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高精密高效率水导激光加工装备关键技术

发布时间: 2023-08-31

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式: 技术转让
成果类型: 发明专利
行业领域:
高新技术改造传统产业
成果介绍
水导激光利用水束光纤传导激光及其冷却、冲击效应,具有加工热影响区小、无需实时调焦、切槽壁面平直、切缝深宽比大、绿色、无污染等优点,在航空航天、MEMS、IC、3C产品、光伏、轨道交通、生物医疗等领域中诸如Si、SiC、蓝宝石、玻璃、CFRP等高熔点、高脆硬性难加工材料的高精度加工中应用广泛。 本项目针对战略新兴领域高熔点、高硬脆性、难加工材料的高效率、高质量加工需求,突破了国外对水导激光加工装备的关键技术封锁,实现了水导激光加工装备的自主研发。在水束与高功率密度激光高效耦合可控的基础上,通过水导高功率密度激光加工实验研究,厘清了水导激光划切硬脆性材料的高质量高效率去除机理、工艺参数优化规律,建立了“水导高功率密度激光系统的优化设计-加工机理-加工质量-加工效率的内在关系,实现了硬脆性难加工材料的高性能制造过程中的加工新原理与技术,重点突破了硬脆性难加工材料的高效率、高质量加工新工艺。
成果亮点
1.利用主动和被动控制结合的方法,采用气驱液压泵实现低脉动高压供液系统的控制与构建;研制了生成稳定液层和水束光纤的耦合腔体和相匹配的喷嘴实物;采用气体同轴辅助水束,获得高稳定性与相干性的水束光纤。 2.建立了凹、凸轴棱锥镜组合空间配置可调制生成无衍射激光的高容忍度轴向耦合水束光纤的创新方案,实现了轴向耦合高容忍度的水-光束耦合。利用非球面/球面透镜组生成均匀聚焦激光束,实现高容忍度水束耦合高功率密度激光,提升水导高功率密度激光系统稳健性与协调性。 3.建立水导高功率密度激光中激光能量损失与热引致水束光纤非稳态模型,实现高容忍度水束耦合高功率密度激光的低热损失方案;揭示受激拉曼散射阈值-高功率激光引致温升-水束扰动内在联系,提出有效抑制受激拉曼散射的方法,获得水导高功率密度激光中高效水-光束耦合与传能规律。 4.建立了硬脆性、大差异异质难加工材料高性能加工方法和加工评判模型,为水导激光加工工艺参数优化提供技术支撑。
团队介绍
项目负责人:龙芋宏教授、华中科技大学机械工程博士、柳州东风柳汽博士后、美国Northwestern University访问学者、广西高校创新团队及卓越学者、广西高等学校优秀青年教师资助人选、桂林电子科技大学机械工程学术带头人。 项目团队聘用长江学者、首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选、华中科技大学史铁林教授担任技术顾问,聘有经验丰富的财务、运营和营销总监,拥有参与项目研发的博士4名(博士后3名)、博士研究生4名、硕士研究生6名等20余人。
成果资料
产业化落地方案
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成果综合评价报告

评价单位:“科创中国”绿色建材产业科技服务团 (中国空间科学学会) 评价时间:2023-09-28

李凯

中国科学院力学研究所

研究员

综合评价

技术创新性强:这项科技成果针对战略新兴领域高熔点、高硬脆性、难加工材料的高效率、高质量加工需求,突破了国外对水导激光加工装备的关键技术封锁,实现了水导激光加工装备的自主研发。因此,我们认为这项技术在水导激光加工装备关键技术方面具有优势。 市场前景广阔:水导激光可替代传统激光,实现切割、打孔、打标、雕刻等。2022年,全球激光加工设备市场规模呈现上升趋势,我国激光切割设备市场规模突破300亿元,同比增长7.1%。预计2023年中国激光切割设备市场规模将进一步增至333.4亿元。中小功率激光器的国产化率已经超过80%,激光加工设备的市场占有率逐年上升。水导激光加工设备应用领域广,适应性强,可替代紫外和超快激光的部分应用领域,扩大其在高端精密制造领域的市场份额及占有率,为高精密、高效加工注入新的活力。因此,我们相信这项成果有望在市场中取得成功。 投资风险可控:尽管存在一些挑战和改进的空间,但该技术的投资风险相对可控。成果适合在不同领域同时进行试点应用和市场推广。 产品稳定性需关注: 在转化过程中,需要特别关注产品的稳定性。确保产品在不同环境条件下的可靠性将是成功市场推广的关键因素。 总体而言,这项科技成果具有显著的创新性,广阔的市场前景和可控的投资风险。我们鼓励进一步研究和发展,以充分发挥其潜力,并为实际问题提供创新解决方案。
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