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金属粉末激光微成型系统研究

王旭葆  
【摘要】: 21世纪,科学技术的趋向之一是向微小方向发展,由毫米级、微米级继而涉及纳米级。微米/纳米技术使人类在认识和改造自然方面进入一个新的层次,使单位体积信息处理和运动控制的能力实现又一次飞跃。 微、纳米粉末激光微成型技术是激光快速成型技术在微领域的应用和发展。该技术将选区激光烧结快速成型技术与纳米科学技术、激光技术、计算机控制技术结合起来,应用分层制造思想,以更精细聚焦的激光熔烧微、纳米粉粉末直接成形三维微结构。在微机械加工中,一个重要技术指标是分辨率,在快速成型微细加工中,把分辨率区分为扫描分辨率以及成型分辨率。成型分辨率是指成型的最小单位,也称为光固化单元;扫描分辨率则指扫描机构移动的最小距离。 从成型工艺角度上讲,光固化单元就是单个激光脉冲固化固体金属粉末的体积或者单道激光光束固化金属粉末所获得固化轨迹的单位体积。要想获得细小的光固化单元,对于激光粉末快速微成形工艺而言,主要从下面两个方面入手: 1.使用光斑直径细小的激光器 2.选择粉末颗粒直径小的金属粉末作为激光粉末快速微成型固化材料为了解决精细聚焦问题,我们采用Nd:YAG倍频的方法获得短波长激光器。本文在激光烧结方法、短波长激光获得方法、短波长激光光束特性等方面进行了研究和探讨。 本文根据非线性理论和光学谐振腔理论设计了在环形腔内对Nd:YAG激光进行腔外倍频的实验装置,并用实验证明了该实验方案的可行性,获得了光——光转换效率大约31.4%的0.532μm的绿光输出。在激光倍频领域,实现了首次成功利用环形腔方法对1kHz附近输出频率的1.064μm激光高转换效率倍频。从而为采用倍频技术获得良好的激光微成型光源提供了实验依据。 从实验结果分析了环形腔倍频的特性,指出了该方法的优缺点。从光束质量和聚焦光斑直径方面,对基频光和二次谐波进行了比较,本文提供了利用CCD测得光斑的部分图片,并利用其对一些实验现象进行了比较。分析了环形腔倍频的工作原理,解决了困扰倍频技术的转换效率问题和光束质量问题,为激光微加工


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