在材料加工中，鉆孔是激光在工業(yè)中最早的應(yīng)用之一。當(dāng)時(shí)使用紅寶石激光器是因?yàn)樗鼈兙哂忻翡J的啟動特性。目前，脈沖Nd:YAG激光器主要用于大量鉆井作業(yè)。

作為一種合適的技術(shù)，激光鉆孔主要用于鉆取薄膜冷卻孔。它用于鉆削燃?xì)廨啓C(jī)部件，如葉片、葉片、燃燒室、加力燃燒室和其他部件，如燃油柴油發(fā)動機(jī)噴油器和金屬絲擠壓用硬模具。盡管激光鉆孔速度很快，但它仍然必須與電火花加工（EDM）技術(shù)競爭，因?yàn)樾D(zhuǎn)空心電極和直線電機(jī)高壓供油技術(shù)的發(fā)展大大提高了EDM的鉆孔速度，即從質(zhì)量角度來看，該加工技術(shù)的性能優(yōu)于激光打孔。

激光打孔優(yōu)于電火花加工的優(yōu)點(diǎn)是，激光不依賴于材料的導(dǎo)電性。由于相對較高的熱輸入，激光加工不適合鉆削陶瓷涂層部件。

脈沖激光通常用于鉆井作業(yè)。其平均性能取決于以下比率：

路面。Pp.tp*與p

在這里：

Pp=峰值功率[kW]

Tp=脈沖寬度[ms]

v P=脈沖頻率[Hz]

對于給定的平均功率，峰值功率、脈沖寬度和脈沖頻率有無數(shù)種可能的組合，并且至少一種組合可以提供最佳處理結(jié)果。長脈沖會導(dǎo)致低峰值功率，因此材料只能在加熱過程中熔化而不被移除。如果脈沖寬度較短且頻率較低，則峰值功率非常高。然而，由于曝光時(shí)間短，只有一層很薄的材料被燒蝕剝離。

準(zhǔn)分子激光鉆孔

由于它們的波長比Nd:YAG激光器的波長短，因此準(zhǔn)分子激光器比Nd:YAG激光器更容易被金屬吸收。短波長使準(zhǔn)分子激光器更適合于鉆取小直徑的孔。然而，鉆小孔時(shí)的材料去除成為一個(gè)限制因素。

傳統(tǒng)準(zhǔn)分子激光器的脈沖寬度為10到20ns。在研究脈沖寬度對鉆孔效率和質(zhì)量的影響時(shí)，Schoondebeek2使用了高達(dá)μ的XeCl 308nm激光器。研究發(fā)現(xiàn)，在長脈沖（104 ns）和高峰值功率（15 kW）下可以獲得最佳的鉆井質(zhì)量。他還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)累積能量固定時(shí)，單個(gè)104納秒脈沖的效率高于12 9納秒脈沖。

效率是不同的，因?yàn)闊崮鼙仨殢牟牧系谋砻孓D(zhuǎn)移到內(nèi)部。這項(xiàng)研究的另一個(gè)結(jié)果是，即使在激光脈沖停止后，孔中的材料仍會放電。對于0.65mm厚的哈氏合金X金屬板，材料去除沒有停止到0.1 ms，這比脈沖寬度的典型值長100倍。另一方面，脈沖寬度比用于鉆孔的傳統(tǒng)Nd:YAG激光器短，因此熱影響區(qū)域很小。同時(shí)，功率密度將更高。這樣，更多的材料在氣相中被去除，從而導(dǎo)致形成層的厚度減小。所有這些影響都有助于提高鉆井過程的質(zhì)量。

梁剖面圖

通常，待鉆孔的橫截面為圓柱形，而準(zhǔn)分子激光的原始光束為矩形。打圓孔的一個(gè)簡單方法是使用防曬霜。一個(gè)或多個(gè)鏡頭用于在材質(zhì)表面上映射遮光罩。這種方法的缺點(diǎn)是只使用了部分激光能量；在許多情況下，僅使用30%或更少的爆炸功率。一種更有效的光束整形方法是使用Biesheuvel的方法3，通過全息技術(shù)聚焦光束，可以達(dá)到90%的效率。全息照相也可以得到不同的光束形狀。全息分束器可以用來鉆多個(gè)孔，也可以獲得圓形光束來鉆直徑較大的孔。

沖壓應(yīng)用程序

激光在陶瓷涂層表面鉆孔時(shí)，會遇到涂層剝落的問題。由于其短脈沖寬度，準(zhǔn)分子激光可以穿透涂層而不會剝落。