传统的激光打孔方式效率低、速度慢，而应用激光高速转镜制备医用钛合金微孔模板可以在百秒内制备上万个微孔结构。为此，对高速转镜制备医用钛合金微孔模板进行了研究，探究了激光参数、转镜扫描速度对打孔孔径、深度、锥度、孔形貌的影响，当高重复频率激光功率达到500 W时，钻孔孔直径可达100 μm，深度为156 μm，锥度趋于0。高转镜扫描速度最大可达1000 m/s，加工前确定孔距、行距等相关参数，加工效率可达万孔每秒。另外，为增大加工孔径，提出一种优化加工工艺技术，对常规转镜旋转扫描时需要进行校正的转镜扫描位置偏差进行利用。此方法可使最终孔直径达到150 μm，对生物涂层材料及药物沉积钛合金微孔模板更有益处。

将稳健设计方法应用于激光微细打孔工艺, 以克服不确定因素带来的成形质量波动问题。通过考虑激光打孔工艺中噪声因素(加工时间、气体气压等)的随机不确定性对3个可控设计变量(脉冲能量、脉冲宽度和离焦量)的影响, 对孔型出口直径进行了分析性稳健优化设计。首先, 通过正交试验设计, 利用响应面模型建立了质量指标与参数之间的显示二次回归方程; 其次, 运用泰勒级数展开, 得到指标的期望和波动方差, 建立了以方差最小为目标和期望值为约束的稳健优化设计模型; 最后, 结合MATLAB优化算法得到工艺参数的最佳组合, 并与确定性优化对比, 验证了所采用的优化方法具有良好的效果。

为了避免对含腔体零件内表面造成损伤以及提高加工效率, 需要确定激光打孔过程中穿透材料所需脉冲个数。在对GH3536高温合金激光冲击打孔过程中, 使用光电二极管对材料上表面的光信号进行检测。通过采集得到的电压信号判断材料是否被穿透, 进而识别穿透时已作用的脉冲个数。研究结果表明, 选取的光电二极管产生的电压信号幅值变化, 可反映出打孔过程中孔形貌变化引起的材料上表面激光反射光强度变化, 从而可将打孔进程划分为3个阶段, 并成功识别出试验参数下穿透脉冲个数为14个。

激光去除材料作为激光在工业生产中的重要应用，具有非接触、效率高、加工精度高等其他加工技术无法比拟的诸多优势。本文从单一激光束去除材料和激光复合减材技术两个方面进行阐述，介绍了激光打孔、激光切割、激光烧蚀、激光光刻这四项激光加工技术，并将其与其他加工技术进行了对比；此外，本文还介绍了以激光去除材料为主、多能量场为辅的激光复合技术，并针对单一激光束去除材料技术难以高效加工沟槽的问题，介绍了一种电磁场辅助的激光沟槽加工方法。

利用60 W国产CO2激光器对黑色耐高温聚酯薄膜进行密群孔加工, 通过正交实验法分析激光扫描速度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲宽度等工艺参数对微孔入光孔径、出光孔径和锥度的影响程度, 并采用综合平衡法得到优化工艺参数组。结果表明, 激光扫描速度、离焦量和脉冲宽度对微孔锥度影响较大; 离焦量、脉冲能量对孔径影响较大; 得到的优化工艺参数组为: 激光扫描速度50 mm/s,脉冲能量输出10%, 重复频率11 kHz,离焦量0 mm, 脉冲宽度0.1 ms, 并通过实验验证采用该优化参数组加工获得的微孔入光孔径、出光孔径、锥度均较小, 且质量较好, 指导企业生产的升级改造。

针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°~6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60 μm厚板材上实现了出口孔径为55 μm的具有海量微孔的滤网的加工。

针对厚度1.2 mm以下的软质微喷带在激光打孔过程中存在的易变形、调试繁琐和对中操作不便等问题，专门设计了一套柔性化程度高和通用性强的微喷带激光打孔定位夹具。该夹具主要由支撑机构、对中机构和防打透机构3部分组成。通过实验改进，能够保证带宽在100 mm以内微喷带的精确定位和对中，实现了微喷带动态在线速度57 m/min的连续精密打孔，达到了预期的生产效果，适应微喷带的产业化发展要求，且为同类型零件的加工夹具设计提供了参考。

飞秒激光通过高NA值的物镜进行表面微加工时，过短的焦深会影响加工性能。分析了高倍物镜所带校正环对焦点的离散作用，提出了一种利用空间光调制器(SLM)进行全息散焦控制的方法。通过改变衍射轴锥镜(Axicon)计算机生成全息图(CGHs)中环形闪耀光栅的周期，来进行散焦控制以形成长焦深。焦点轴向强度分布以加工于聚酰亚胺薄膜(PI)表面微孔的形式表示，其分布与仿真结果一致。使用0.6 NA的40倍镜进行散焦加工，当环形闪耀光栅最小环周期为200 μm，并由内向外以400 μm递增时，可获得50.90 μm的均匀焦深，是直接使用高倍物镜聚焦进行加工所获得的6.15 μm均匀焦深的8.28倍。此外还通过SLM与校正环进行复合散焦加工，进一步均匀化了整个焦深区域。

激光打孔可以改善烟支的总通风率和吸阻等指标, 满足消费者对烟支的感官质量体验。为了获得最佳的激光打孔参量组合,在吸阻指标固定的前提下, 采用全因子试验方法,探究出激光打孔参量与吸阻的关系方程。结果表明, 脉冲宽度较另外两个因子（功率与布孔偏量）对吸阻的影响更为显著;在3个因子同时变化一个单位的情况下, 脉冲宽度对吸阻的影响最大, 大约是功率和布孔偏量的10倍;为使吸阻变小, 应该让3个主效应因子尽可能大;功率与布孔偏量的交互作用对于吸阻的影响相对于其它因子之间的交互效应要显著得多。该研究为吸阻的质量管控提供了统计学依据, 这种试验分析问题的方法也为其它类似的试验提供了借鉴。

为了更准确地研究激光打孔相变过程, 基于流体传热和流体力学理论, 建立了GH4037镍基高温合金激光打孔相变模型。模型中考虑了重力、粘滞力、反冲压力的作用, 以及材料的固-液相变和液-气相变过程, 通过数值计算得到了激光打孔相变过程的温度场和速度场。结果表明, 气化材料的反冲压力可以加快熔池的流动, 在激光功率为2000W、脉宽为1.70ms时, 材料最大气化蒸发速率可以达到250m/s。该模型为进一步开展激光打孔研究提供了理论基础。