[发明专利]一种用于碳纤维复合材料结构的超快激光切割方法

权利要求书

1.一种用于碳纤维复合材料结构的超快激光切割方法，其特征在于，步骤如下：

S1、在与所述碳纤维复合材料（4）的相同材料的试片上，测定并记录多个入射脉冲能量通量F和与之对应的单次划线刻蚀深度d，并拟合得出去除阈值通量F_th和特征吸收深度d₀的关系式，设定激光加工系统的初始光斑重叠率O₁的范围为[0.96,0.99]；

S2、将防护垫板（5）、所述碳纤维复合材料（4）、压板（3）和磁铁（2）依次叠放在激光加工系统的承载与运动平台（6）上，其中，所述压板（3）由在激光加工光束（1）的波长下透光率≥85%的材料制成；

S3、设置所述激光加工系统的所述入射到待加工件表面的脉冲能量通量F，根据所述去除阈值通量F_th、特征吸收深度d₀的所述关系式，得到相应的单次划线刻蚀深度d，再根据所述碳纤维复合材料的厚度DD与单次划线刻蚀深度d的比值关系，确定加工扫描次数N₁，远程投射所述激光加工光束（1）透过压板（3）并辐照于所述碳纤维复合材料（4），激光切割所述碳纤维复合材料（4）；

所述压板（3）一侧为平面，另一侧上设置的等高的凸触部的高度≥所述激光加工光束（1）的瑞利长度的10倍，其中，所述压板（3）的凸触部具有平面的底部，所述凸触部直径范围为0.3mm-3mm，所述压板（3）由高分子聚合物材料制成；

在所述步骤S1中，测定单次划线刻蚀深度d随不同的入射脉冲能量通量F的关系，所述拟合的关系式为：

d(F)=(4/3)/(1-O)×d₀×ln(F/F_th)^3/2，

其中，d是单次划线刻蚀深度，F是入射脉冲能量通量，d₀是吸收特征深度，F_th是去除阈值通量，O是光斑重叠率；

在所述步骤S3中，碳纤维复合材料厚度DD与单次加工刻蚀深度d和加工扫描次数N₁具有以下关系：

N₁=（1.2-1.4）×（DD/d），其中，DD为碳纤维复合材料厚度，d是单次加工刻蚀深度，

单次加工刻蚀深度d需由所述拟合的关系式计算得出，

d=(4/3)/(1-O)×d₀×ln(F/F_th)^3/2，式中O为光斑重叠率，d₀是吸收特征深度，F_th是去除阈值通量，F是入射到待加工件表面的脉冲能量通量。

2.根据权利要求1所述的用于碳纤维复合材料结构的超快激光切割方法，其特征在于，

所述步骤S1在步骤S3之前实施，在步骤S1中，在所述试片上，测定并记录多个单次划线刻蚀深度d及相对应的激光加工光束（1）的多个入射脉冲能量通量F，并拟合关系式计算出吸收特征深度d₀和去除阈值通量F_th，设定所述激光加工系统的初始光斑重叠率O₁的范围为[0.96,0.99]；

所述步骤S2在步骤S3之前实施，在步骤S2中，将所述防护垫板（5）平铺于具有铁磁性的承载与运动平台（6）上，在所述防护垫板（5）上铺设所述碳纤维复合材料（4），将所述压板（3）铺设于所述碳纤维复合材料（4）上，其中，所述压板（3）的一侧的凸触部的压置在所述碳纤维复合材料（4）上，在所述压板（3）另一侧放置磁铁（2），将所述防护垫板（5）、所述碳纤维复合材料（4）和所述压板（3）在所述承载与运动平台（6）上吸附稳固；

在步骤S3中，设置所述激光加工系统的入射到待加工件表面的脉冲能量通量F，通过吸收特征深度d₀和去除阈值通量F_th的关系式确定每次扫描加工可去除的单次加工刻蚀深度d，并进一步确定出切透所述碳纤维复合材料（4）至少所需的加工扫描次数N₁；

保持加工光斑重叠率O₂不变，以所述加工扫描次数N₁使用所述激光加工光束（1）切割所述碳纤维复合材料（4），其中，所述加工光斑重叠率O₂取值范围为[0.2,0.95]。