在交通運輸行業中，由于對提高燃料效率和降低碳排放量有著強烈的需求，因而極大地推動了碳纖維增強復合材料(CFRP)在各種飛機和汽車零部件制造中的應用。隨著這種材料的成本持續下降，對它的需求和使用將進一步加強。碳纖維增強復合材料是一種輕質、經久耐用的材料，具有良好的耐腐蝕性和抗振性，因而可取代許多金屬零部件。優化設計的碳纖維增強復合材料零部件比鋼能的質量輕70%，比鋁則輕了30%，這些優點使其對許多非交通運輸相關行業也極具吸引力，例如風能發電中使用的零部件、運動器材、石油勘探設備和消費類電子產品。
但是這些優點在讓碳纖維增強復合材料成為一種獨特而有用的材料的同時，也使得難以對其進行高質量的加工。在其產品中使用碳纖維增強復合材料的制造商也在尋求降低制造成本的方法。由于刀具磨損以及操作成本很高，常規的機械和磨料水射流切割技術的成本高昂，并且加工過程中的纖維斷裂和材料分層情況很常見，因而造成了成品率損失。而使用激光加工的方法能提供諸多優點，例如非接觸式的加工過程以及在當前的生產環境下容易實現自動化。激光加工避免了刀具磨損以及機械技術引起的質量逐步下降，并且能降低操作成本。此外還可以減少或消除加工過程中的纖維損傷和材料分層情況。不過，對于激光加工碳纖維增強復合材料來說，一個關鍵的挑戰就是同時實現高的生產率以及在材料中形成*小的熱影響區(HAZ)。
脈沖紫外激光器的功能
高功率連續波(CW)紅外(IR)激光器(千瓦功率級)能以更高的速度來加工碳纖維增強復合材料，但是在材料上會留下難以接受的大量的熱影響區。另一方面，超快激光器可以帶來低的熱影響區，但通常加工材料的速度會比較慢。因此，所面臨的挑戰就是找到一個能實現速度和質量的良好平衡的激光源和工藝。脈沖納秒激光器具有良好的加工速度和質量，波長往往會對*后的結果產生重大影響。特別是，在紫外(UV)波長的較強吸收能實現高質量的加工。Spectra-Physics的高功率Quasar紫外激光器和TimeShift脈沖整形技術非常適合碳纖維增強復合材料的燒蝕、切割和鉆孔，并且不會破壞纖維，同時能實現高的速度和質量。
為了展示Quasar紫外激光器的能力，我們對厚度為250μm的基于聚丙烯腈(PAN)的碳纖維增強復合材料板材進行加工(圖1)。我們使用了不同的脈寬、功率、重復頻率和掃描速度。我們還測試了Quasar技術所進行的脈沖串加工的性能。我們對比了各種情況下的切割速度和熱影響區(在這里是指沿著切割路徑暴露的纖維的平均長度)。
