激光打孔是通過高功率密度、短時(shí)間停留（低于激光切割）的脈沖熱源進(jìn)行打孔的激光加工技術(shù)。孔徑的形成可以通過單脈沖或多脈沖實(shí)現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的機(jī)械鉆床、電化學(xué)和電火花放電等打孔技術(shù)，在加工深度較淺的孔位時(shí)，激光打孔是更有經(jīng)濟(jì)效益的打孔技術(shù)。雖然基于切割設(shè)計(jì)的激光熱源也可以用于鉆孔，但是使用基于鉆孔設(shè)計(jì)的激光熱源在工作時(shí)更為有效。同時(shí)這個(gè)高功率、可重復(fù)的脈沖激光可以通過加工一系列緊密相連的小孔來實(shí)現(xiàn)激光切割。一般來講激光打孔的直徑一般在0.075～1.5mm之間。（0.003～0.060英寸）。

由激光制備的小孔孔內(nèi)清潔，并伴有少量的重鑄層，也就是說在打孔過程中熔化的金屬可能會(huì)附著在小孔的內(nèi)壁。當(dāng)需要孔徑較大時(shí)，就需要采用切割模式下的激光束打孔技術(shù)來獲取需要的孔徑。在打孔過程中，首先使用打孔模式制備足夠尺度的小孔，從而使后續(xù)的切割過程從此處開始作業(yè)。鉆孔或穿透過程需要具有高峰值功率的可重復(fù)脈沖激光束，同時(shí)配合較高的氣壓來實(shí)現(xiàn)，工件穿透之后，激光束通過峰值功率降低甚至轉(zhuǎn)變?yōu)闊o脈沖模式實(shí)現(xiàn)切割。

固體激光器波長較短，能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度的脈沖輸出，因此更適用于激光打孔，比如Nd:YAG激光器、Nd:glass激光器和Nd:ruby激光器。在工程應(yīng)用中，對(duì)于金屬材料的激光打孔常采用Nd:YAG激光器實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。CO2激光器常用來進(jìn)行非金屬材料的開孔，如陶瓷、復(fù)合材料、塑料或者橡膠。

金屬材料的激光鉆孔需要脈沖激光，光束聚焦功率密度要在10^5 W/mm^2 (6.5 W/in.^2 × 10^7 W/in.^2)以上。切割過程中聚焦光束擊中材料表面，材料發(fā)生熔化并揮發(fā)，熔融和蒸發(fā)的金屬會(huì)被噴射出來，從而在工件上形成孔洞。一般來講激光開孔的深度一般為孔徑的6倍。對(duì)于厚壁部件的激光開孔，可能需要多次脈沖才能實(shí)現(xiàn)材料的完全穿透。激光開孔技術(shù)最大能達(dá)到25mm厚材料的打孔。

激光束的聚焦

在激光打孔模式下，需要使用短焦距透鏡將脈沖激光的高峰值功率光束聚焦到直徑為0.6毫米數(shù)量級(jí)的光斑上以達(dá)到鉆孔所需要的功率密度水平。

通過特定的激光諧振器可以實(shí)現(xiàn)激光束的低發(fā)散度。在打孔過程中，低發(fā)散度的激光束改變了工作時(shí)的光束的反射傳播，從而提高了鉆孔的質(zhì)量和孔深。通過改變聚焦裝置的光圈可以實(shí)現(xiàn)光束直徑的控制。因此光圈可以用來提高聚焦光束的能量密度，提高光束的強(qiáng)度分布，這些原理都對(duì)激光打孔的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

圖1:使用 Nd:YAG激光器在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞桿上開設(shè)滑油孔

激光打孔技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

激光鉆孔具有激光切割的大部分優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)需要的孔直徑小于0.5毫米（0.020英寸）時(shí)，激光鉆孔尤其有利，而且在常規(guī)工具無法進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行開孔時(shí)，僅需要使光束與材料表面形成一定的角度就可實(shí)現(xiàn)激光束的攝入打孔，有效避免了機(jī)械加工時(shí)因結(jié)構(gòu)干涉帶來的撞擊破碎事件的發(fā)生。

其他激光打孔的優(yōu)勢(shì)如下：

• 開孔時(shí)間短

• 自動(dòng)化適應(yīng)性強(qiáng)

• 可用于難于開孔材料的穿透加工

• 與機(jī)械開孔相比，開孔過程中與工件之間不存在任何形式的機(jī)械磨損