一種能夠在多種基材(如金屬、聚合物和陶瓷)上進(jìn)行表面特征可控生產(chǎn)的新型激光工藝。在應(yīng)用中，快速掃描的激光能將材料熔化。因表面溫度梯度而產(chǎn)生的表面張力使得熔化的材料隨之做局部移動(dòng)。值得注意的是，整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有添加電線或粉末等任何材料，完全是自動(dòng)自發(fā)的。材料如何移動(dòng)，以及最終形成的特征形狀由精確控制的光束路徑及其掃描過(guò)材料表面的速度所決定。此種工藝能夠制造出一致或迥異的特征。尤為特別的是，所能獲得的不同規(guī)格的表面特征為眾多應(yīng)用(包括骨科植入物、用于金屬連接的復(fù)合材料、熱交換器)提供了性能優(yōu)勢(shì)，并在超厚涂層的應(yīng)用中也有所幫助。
這一工藝的關(guān)鍵特點(diǎn)在于光束在同一點(diǎn)進(jìn)行多次回跡，并對(duì)順序構(gòu)建的各個(gè)表面特征進(jìn)行多次“碰擦”。這些特點(diǎn)使其區(qū)別于傳統(tǒng)的表面紋理加工工藝。電子束和激光束都可以用這一方法來(lái)生產(chǎn)表面特征，這一方法已獲“Surfi-Sculpt”注冊(cè)商標(biāo)。本文討論了這種激光變形技術(shù)，即利用光學(xué)功率來(lái)熔化和移動(dòng)材料，從而制造出所需的表面特征。下面介紹近期兩個(gè)激光材料加工的進(jìn)展來(lái)展示這一工藝。高亮度激光器具備的優(yōu)勢(shì)在于其光束可以聚焦出高功率密度的小斑點(diǎn)，同時(shí)利用長(zhǎng)焦距的光束聚焦透鏡。聚焦透鏡和焦斑之間需要較遠(yuǎn)的距離，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)正交安裝的光束掃描振鏡可以實(shí)現(xiàn)Surfi-Sculpt工藝中要求的快速操縱激光束。近期，在后一領(lǐng)域產(chǎn)生了新一代激光掃描系統(tǒng)，能夠使用千瓦級(jí)激光束功率進(jìn)行操作。在此，碟片激光器和光纖激光器使用兩種不同的激光光束掃描系統(tǒng)，但都使用200-1000瓦之間相對(duì)適中的激光功率。
如何利用這一工藝開(kāi)發(fā)出線性特征，也展示了聚焦于材料表面的激光光束的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。注意光束運(yùn)動(dòng)的方向。被光束熔化的材料在凝固之前首先沿著光束路徑回流，在與光束的最初接觸點(diǎn)形成微小突出物，在光束“碰擦”后形成微小的物(在普通空氣環(huán)境中)。使用了碟片激光器來(lái)產(chǎn)生這一特征，激光功率為1千瓦，光束掃描速度為26毫米/秒。每個(gè)特征物的高度為2.5毫米。作為比較，圖5展示了用類(lèi)似的掃描式樣在鈦金屬板上制成的特征(使用氬保護(hù)氣體)。這些特征是使用功率為750瓦的激光器而生成，從特征的底部延伸出16條
