碳纤维复合材料具有诸多优良特性，使其应用范围越来越广。与此同时，其高硬度和高耐磨性也使得对其的加工存在较大难度，传统的机械加工容易产生碳纤维层间撕裂、纤维和树脂拉出等加工缺陷，且刀具磨损速度快，在高档汽车的碳纤维零部件等高精度的加工场合每15分钟就需要更换一把刀具，加工成本高。另外，刀具加工碳纤维复合材料存在噪声大、加工环境差、辅助系统复杂等缺点，其通用性差也与柔性制造的发展方向不符，所以急需一种新的、更适合的加工方式。

　　碳纤维复合材料由树脂基体和碳纤维增强体组合，两种材料性能差异明显，特别是在热力学性能上相差巨大，导热系数相差十倍且碳纤维的相变温度比树脂高一个数量级，激光加工具有明显的热加工特性，对材料的高精度加工带来一定程度的困难，激光与碳纤维复合材料作用机理复杂，加工时易出现热影响区明显、锥度大、底面缺陷以及纤维断裂和树脂残留等微观损伤，因此，激光加工碳纤维复合材料具有一定程度的挑战。

　　基于碳纤维复合材料的属性和皮秒激光的特性，开展了影响盲孔质量的主要工艺参数规律实验，研究发现：热影响区大小随着激光功率的增大而增大，随着扫描速度的增大而减小，随着填充间距的增大而减小。过大的填充间距会导致材料去除不完整、底面材料残余等缺陷；过小的填充间距会导致盲孔热影响区过大、树脂碳化现象严重等缺陷；盲孔底面凹陷缺陷的产生是由于激光加工过程中，能量由扫描路径的外圈向内圈聚集，内圈散热速度慢，导致烧蚀区域大于外圈，需要改善盲孔底面缺陷的变填充间距和变扫描速度加工策略。

　　开展了等间距扫描路径、变间距扫描路径和变速度扫描等三种不同加工策略下盲孔质量的工艺参数影响规律实验，分析并总结了填充间距、扫描速度对盲孔的热影响区、底面凹陷深度、底面纤维断裂和树脂残留等盲孔质量的影响规律。研究发现：等间距路径下，盲孔凹陷深度值达300um，盲孔底面纤维断裂、分层现象严重；变间距路径下，盲孔底面凹陷缺陷得以较大程度的改善，当盲孔扫描路径外圈到内圈的填充间距数值依次为0.07mm、0.09mm、0.11mm时，盲孔底面凹陷深度值仅为110um，降低了近2/3；

　　变速度扫描策略下，当从扫描路径外圈到内圈的扫描速度由200mm/s线性增长到400mm/s时，盲孔底面凹陷深度值为200um，降低了近1/2，且盲孔底面分层现象较少，盲孔精度较高。变间距和变速度扫描策略对于改善盲孔底面凹陷、纤维断裂、分层、树脂残留等缺陷具有一定的理论和实际意义，有利于盲孔的高精度激光加工。

　　本文通过变间距和变速度两种策略下的激光加工碳纤维复合材料盲孔数值和实验研究，将盲孔的热影响区、底面凹陷深度值和底面纤维断裂、树脂残留等指标得到改善。具体体现有：与同组别等间距下盲孔的激光加工相比，采用变间距策略的组别热影响区明显减小，底面凹陷深度值降低1/2，纤维断裂和树脂残留现象改善明显；与同组别匀速扫描策略下盲孔的激光加工相比，采用变速度策略的组别热影响区变化不大，底面凹陷深度值降低1/3，纤维断裂和树脂残留现象改善较明显。

　　激光加工碳纤维复合材料的数值模拟和实验研究是目前国内外研究的热点，国内研究了激光工艺参数和材料改性等因素对碳纤维复合材料加工质量和效率的影响规律，但少有研究从宏观的角度研究激光加工碳纤维复合材料盲孔中扫描策略对盲孔底面质量、微观形貌和加工效率的影响。实际上，扫描策略是在宏观尺度上影响盲孔加工质量，特别是盲孔底部质量的重要因素，而扫描策略的优化是激光制孔质量保证的重要研究方向，将有利于解决激光在碳纤维复合材料制孔存在的底面凹陷、纤维拉出、树脂残留、力学性能减弱等问题。

　　阅读延伸：《碳纤维复合材料是否可以采用激光切割工艺 》