本申請要求2011年12月7日Forsman等人提交的題為“METHODS AND SYSTEMS FOR USE IN LASER MACHINING”的美國臨時申請?zhí)?1/568,059的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合至此。

背景技術(shù)：

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及激光制造加工，且更特別地，涉及保護(hù)工件不受不想要的激光照射。

2.相關(guān)領(lǐng)域討論

在激光制造加工中，令一系列激光脈沖撞擊目標(biāo)工件以鉆出穿過該工件的孔。然而，激光能量通常要么穿過該工件，要么被該工件反射后傳播到該工件的一區(qū)域或其他表面并對該工件造成損傷。例如，該激光能量對該工件上的孔的形成部分相反的工件后壁或穿過表面造成損傷。典型的減輕后壁損傷的方法包括在該工件將要鉆孔的表面和后壁表面之間引入流體介質(zhì)，其中該流體包括激光阻礙或吸收性質(zhì)，諸如光吸收粒子、顏料粒子、染料、熒光粒子或具有光散射性質(zhì)的油/水乳劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的幾個實(shí)施例通過提供在激光制造加工期間保護(hù)一表面的方法，有利地滿足了上述需要以及其他需要。在一些實(shí)施例中，在激光制造加工期間保護(hù)一表面的方法包括：將流體引導(dǎo)至正進(jìn)行激光制造加工的物體的腔中，其中該流體不具有激光吸收性質(zhì)；并且將多個激光脈沖引導(dǎo)至該正進(jìn)行激光制造加工的物體的壁，其中該激光脈沖被配置為形成穿透該壁的孔，以使至少一個激光脈沖在該流體被引導(dǎo)進(jìn)該腔中時穿過該孔并進(jìn)入該腔，以使該激光脈沖同時入射到該流體和一表面上，以抑制后壁損傷。

一些實(shí)施例提供在激光制造加工期間用于保護(hù)多個表面的系統(tǒng)，包括：一保護(hù)襯底，被配置為放置在將進(jìn)行激光制造加工的物體的腔內(nèi)，這樣執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖在穿過該物體通過激光制造加工所形成的孔并進(jìn)入該腔內(nèi)時入射到該保護(hù)襯底上，其中該激光脈沖被抑制不會從該孔橫穿該腔射到該物體的后表面上；相對于該保護(hù)襯底放置流體源，其中該流體源被配置為引導(dǎo)流體至該保護(hù)襯底上。

在其他實(shí)施例中，激光制造加工的方法包括：相對于將進(jìn)行激光制造加工的物體而配置激光源，其中該將進(jìn)行制造加工的物體在該將進(jìn)行激光制造加工的物體的一部分處具有一內(nèi)部腔；控制該激光源以產(chǎn)生一系列激光脈沖；當(dāng)執(zhí)行該激光源的控制時，將流體供應(yīng)至該腔內(nèi)；并且控制哪些激光脈沖被引導(dǎo)至該物體的一部分處，在此部分處將產(chǎn)生孔，以使少于所有的這些激光脈沖被引導(dǎo)至該物體，其中被引導(dǎo)至該物體的脈沖之間的定時為該物體后壁提供保護(hù)不受損傷，否則將由射到該物體的激光脈沖中的一個或多個造成此類損傷。

附圖簡述

通過下面對其更詳細(xì)的描述，結(jié)合下面附圖的介紹，本發(fā)明的幾個實(shí)施例的上述和其他方面、特征和優(yōu)勢將更為明顯。

圖1描繪了一將進(jìn)行激光制造加工的物體的簡化的橫剖面圖。

圖2描繪了圖1中的物體在激光制造加工期間的簡化的橫剖面圖，此時一激光脈沖穿透該壁并且對一后壁表面造成損傷。

圖3描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)系統(tǒng)的簡圖。

圖4描繪了根據(jù)一些實(shí)施例保護(hù)襯底和流體導(dǎo)管協(xié)作的簡圖。

圖5描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)襯底的簡化透視圖。

圖6描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)襯底的簡化局部剖視圖。

圖7描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)系統(tǒng)的簡化透視圖。

圖8描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)的簡化方框圖。

圖9描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)的簡化方框圖的表示。

圖10A描繪了一簡化方框圖，示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖9的激光系統(tǒng)和脈沖限幅器的示例實(shí)現(xiàn)。

圖10B描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。

圖10C描繪了一簡化方框圖，示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖9的激光系統(tǒng)和脈沖限幅器的示例實(shí)現(xiàn)。

圖10D描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。

圖11描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的一激光制造加工過程的簡化流程圖，此時提供了后壁保護(hù)。

圖12描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的一激光制造加工過程的簡化流程圖，此時保護(hù)了進(jìn)行激光制造加工的物體的后壁表面。

圖13描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工物體過程的簡化流程圖。

圖14描繪了根據(jù)一些實(shí)施例在對一物體進(jìn)行激光制造加工期間保護(hù)該物體后壁的過程的簡化流程圖。

圖15描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的一物體在激光制造加工期間的橫剖面簡圖。

圖16A描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。

圖16B描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。

圖17示出了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。

圖18描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)的簡化方框圖。

圖19描繪了根據(jù)一些實(shí)施例在激光制造加工期間提供后壁保護(hù)的過程的簡化流程圖。

圖20描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工一物體的過程的簡化流程圖。

圖21示出了一沒有后壁保護(hù)的物體被激光鉆孔的示例橫剖面圖。

圖22示出了一物體被激光鉆孔的示例橫剖面圖，此時根據(jù)一些實(shí)施例應(yīng)用了后壁保護(hù)。

圖23描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工保護(hù)系統(tǒng)的橫剖面簡圖。

圖24示出了根據(jù)一些實(shí)施例的可選激光制造加工保護(hù)系統(tǒng)的橫剖面簡圖。

圖25示出了一種系統(tǒng)，在根據(jù)一些實(shí)施例提供激光制造加工的同時保護(hù)進(jìn)行激光制造加工的物體的后壁表面時用于實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)、控制、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、計算機(jī)等等。

圖26及27示出了根據(jù)一些實(shí)施例具有保護(hù)襯底的保護(hù)系統(tǒng)的圖。

圖28示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于激光制造加工保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)透視圖。

圖29示出了根據(jù)一些實(shí)施例圖28的保護(hù)系統(tǒng)一部分的橫剖面簡圖。

圖30示出了根據(jù)一些實(shí)施例圖28的保護(hù)系統(tǒng)的透視圖，涉及安裝標(biāo)桿，用于在一將進(jìn)行激光制造加工的物體中定位該保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)襯底。

圖31示出了根據(jù)一些實(shí)施例放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體內(nèi)的圖28的保護(hù)系統(tǒng)的一部分的局部橫剖面簡圖。

圖32示出了根據(jù)一些實(shí)施例圖31的保護(hù)系統(tǒng)在軸A-A的橫剖面簡圖。

圖33A示出了根據(jù)一些實(shí)施例一激光保護(hù)系統(tǒng)一部分的橫剖面簡圖。

圖33B示出了根據(jù)一些實(shí)施例放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體內(nèi)的圖33A的激光保護(hù)系統(tǒng)的一部分的局部橫剖面簡圖。

圖34A示出了根據(jù)一些實(shí)施例一激光保護(hù)系統(tǒng)一部分的橫剖面簡圖。

圖34B示出了根據(jù)一些實(shí)施例放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體內(nèi)的圖34A的激光保護(hù)系統(tǒng)的一部分的局部橫剖面簡圖。

圖35示出了由于沒有后壁保護(hù)執(zhí)行激光制造加工一物體被激光損傷的圖。

圖36示出了根據(jù)一些實(shí)施例一物體在后壁保護(hù)下執(zhí)行激光制造加工后沒有后壁損傷的圖。

在這些附圖中，相同的參考字符表示相同的組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會到在圖中的元件被簡單而清晰地示出，而不必要按比例畫出。例如，在圖中的一些元件的尺寸相對于其他元件被夸大以幫助促進(jìn)對本發(fā)明各種實(shí)施例的理解。另外，在一個商業(yè)可行的實(shí)施例中有用或必要的，普通但已被充分理解的元件經(jīng)常未被描繪，以幫助為這些本發(fā)明的各種實(shí)施例提供較少阻礙的視圖。

詳細(xì)描述

下面的描述不應(yīng)作為限制性的觀念，而僅是為了描述示范實(shí)施例的一般概念的目的而作。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求確定。

在本說明書中提到“一個實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“一些實(shí)現(xiàn)”或類似語言意味著所描述的與該實(shí)施例相關(guān)的特別的特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。因此，在本說明書中出現(xiàn)短語“在一個實(shí)施例中”、“在一實(shí)施例中”、“在一些實(shí)施例中”及類似語言可，但非必要，全部適用于相同實(shí)施例。

進(jìn)一步地，所描述的本發(fā)明的特征、結(jié)構(gòu)、或特性可以任何合適的方式結(jié)合在一個或多個實(shí)施例中。在下述描述中，提供了許多具體細(xì)節(jié)，諸如編程、軟件模塊、用戶選擇、網(wǎng)絡(luò)交易、數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、硬件模塊、硬件電路、硬件芯片等的示例，以提供對本發(fā)明實(shí)施例的深入理解。在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，然而，本發(fā)明可以不使用這些具體細(xì)節(jié)中的一個或多個，或使用其他方法、組件、材料等等而實(shí)行。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)示出或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料、或運(yùn)作，以避免模糊本發(fā)明的方面。

圖1描繪了一將進(jìn)行激光制造或加工的物體112的簡化的橫剖面圖。例如，該激光制造加工可打算在預(yù)定位置116穿過該物體112的壁114激光鉆孔。在某些情況下，然而，當(dāng)執(zhí)行該加工的激光脈沖穿透該壁114并進(jìn)入該物體的腔122內(nèi)并撞擊進(jìn)行加工的壁對面的表面120時，該激光制造加工可能對該表面120造成損傷。為簡單化，在下面將該進(jìn)行加工的壁對面的表面120稱為后壁表面。

圖2描繪了該物體112在激光制造加工期間的簡化的橫剖面圖，此時一激光脈沖212穿透該壁114。在激光制造加工期間，該激光脈沖在壁114上形成孔214。典型地，引導(dǎo)一個或多個額外激光脈沖至該物體以實(shí)現(xiàn)期望的鉆孔尺寸和/或質(zhì)量。因此，那些激光脈沖中的至少一部分在初始孔建立后引導(dǎo)至該物體穿透該孔214，進(jìn)入該腔122并且可照射到該后壁表面120上。因此，照射到該后壁表面120上的激光脈沖122可對該后壁表面造成損傷220，特別是當(dāng)該后壁表面120相對靠近該孔214時?？稍斐傻膿p傷程度可取決于許多因素包括，但不限于該激光脈沖212的焦點(diǎn)218和該后壁表面120之間的距離、該激光脈沖的強(qiáng)度和/或功率、該激光脈沖的色散率或角度、該激光脈沖暴露在該后壁表面120上的持續(xù)時間、偏振、脈沖能量和其他因素包括所鉆孔的深度、材料、尺寸、和錐形。

注意到激光制造加工的目的典型地是打算在該壁114內(nèi)生成孔214或其他間隙，并因此該穿過該孔214射到該后壁表面120上的激光脈沖212有可能造成損傷，特別是當(dāng)該后壁表面相對靠近該激光焦點(diǎn)218時。在某些情況下，該損傷220可大到足以對外表面224造成外部損傷222和/或產(chǎn)生不需要的穿透該定義后壁表面120的壁的孔。因此，一些實(shí)施例提供限制和/或防止對該后壁表面120的損傷的系統(tǒng)、裝置、方法和過程。

圖3描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)系統(tǒng)310的簡圖。該保護(hù)系統(tǒng)310包括從支撐314延伸出的保護(hù)襯底312。該支撐被配置為放置在一進(jìn)行激光制造加工的物體320的腔318內(nèi)，并且將該保護(hù)襯底312放置在該腔318內(nèi)該激光脈沖324的路徑上的位置。

在激光制造加工期間，該激光脈沖324被引導(dǎo)至該物體320的壁326上。例如，在某些情況下，引導(dǎo)一系列激光脈沖至該壁326在壁上形成孔330。當(dāng)一系列激光脈沖穿透該壁，這些激光脈沖可繼續(xù)橫穿該腔318并射到該保護(hù)襯底312上。因此，該保護(hù)襯底312限制并且在某些情況下防止激光脈沖射到后壁表面332上，并防止對后壁表面的損傷。

在一些實(shí)施例中，支撐314可進(jìn)一步包括和/或由導(dǎo)管結(jié)合流體源(圖3中未示出)構(gòu)成。因此，該流體導(dǎo)管314可供應(yīng)流體進(jìn)入該腔318，且典型地被供應(yīng)，這樣該流體接觸到該保護(hù)襯底312。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，該導(dǎo)管被配置為引導(dǎo)該流體至撞擊該保護(hù)襯底312的表面。因此，來自該導(dǎo)管的流體與該激光脈沖射到的表面接觸。該流體限制了將伴隨該保護(hù)襯底材料較長梯度，否則將存在的在該表面形成的等離子體擴(kuò)散從而幫助減少局部激光吸收的增加，并且在至少一些情況下幫助保持該表面的反射率以反射激光脈沖中的至少一些。反射的激光脈沖繼續(xù)傳播，減小強(qiáng)度和對該腔內(nèi)表面造成進(jìn)一步損傷的可能性。該流體進(jìn)一步幫助散熱并限制該保護(hù)襯底312的等離子體產(chǎn)生表面降解。進(jìn)一步地，該流體可限制激光制造加工造成的材料飛濺以及飛濺造成的物體內(nèi)表面涂層的潛在損傷。在某些情況下，該流體可在導(dǎo)管中進(jìn)行冷卻和增壓，這樣釋放時其趨向凝結(jié)。

在一些實(shí)現(xiàn)中，該物體320可被取向成輔助除去引入該腔318中的流體和/或允許撞擊該保護(hù)襯底312的多余的流體從該保護(hù)襯底上排出，其可在該保護(hù)襯底之上提供一流體流并提高該流體提供的冷卻效果。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，該物體可放置成利用重力從該腔排出多余的水，其速度至少等于或超過流體導(dǎo)管314輸送流體的速度。此外或可選地，真空力可應(yīng)用于輔助除去該流體。在許多實(shí)施例中，保持流體接觸該保護(hù)襯底312且流體不淹沒正在鉆的孔330很重要。因此，控制該流體流到該被激光照射的保護(hù)襯底312部分上，并隨后進(jìn)入該腔318。如果該流體流速度太慢，那么該保護(hù)襯底312可能未保持充分地圖層，而如果該流速太高，那么可能很難或不可能阻止該流體進(jìn)入正在鉆的孔330附近。這兩個互相矛盾的因素在該腔較大時較不嚴(yán)格。對于特定尺寸的孔的一些腔尺寸和執(zhí)行鉆孔的激光功率的一些實(shí)驗(yàn)室測試已示出，諸如使用大約2000的每秒脈沖數(shù)的脈沖頻率進(jìn)行激光制造加工期間，流速達(dá)到大約1m/s或更多的程度。

在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)310進(jìn)一步包括氣體導(dǎo)管340，其也被配置為放置在該腔318內(nèi)。進(jìn)一步地，該氣體流導(dǎo)管可相對于該腔內(nèi)正在鉆的孔330處的部分放置。氣體，諸如空氣、氧氣或其他適當(dāng)氣體可被引入該腔以限制，并在一些情況下，防止該流體導(dǎo)管314供應(yīng)的液體進(jìn)入激光制造加工形成的孔330。例如，該氣體導(dǎo)管340的出口孔可放置以引導(dǎo)氣體流橫穿該孔330并迫使流體遠(yuǎn)離該孔。此外或可選地，在某些情況下可相對于正進(jìn)行加工的孔330引導(dǎo)一個或多個外部氣流或噴射。該內(nèi)部氣體噴射和/或外部氣體噴射還起到防止流體進(jìn)入該孔330和/或正在鉆的孔附近的作用。在一些實(shí)施例中，該外部空氣噴射被安排為與鉆孔激光普通同軸(例如，通過聚焦該激光穿過氣體輸送噴嘴的孔或?qū)Ч?。該外部空氣噴射上的實(shí)質(zhì)壓力(例如，以數(shù)十磅/平方英寸來測量等等，其可取決于正在鉆的孔的尺寸、脈沖頻率和/或其他正在執(zhí)行的加工)，結(jié)合對該內(nèi)部空氣噴射的非常適度的供應(yīng)速度，大大幫助了從該正在鉆的孔附近清除水。進(jìn)一步地，對控制進(jìn)入內(nèi)部空氣噴射的空氣流很重要，這樣流體被從正在鉆的孔330被清除，但不會太多而將流體吹得與該保護(hù)襯底312脫離接觸。

圖4描繪了該保護(hù)襯底312和流體導(dǎo)管314協(xié)作的簡圖。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底312以角度412相對于該流體導(dǎo)管314放置。當(dāng)流體離開該流體導(dǎo)管，其可具有足夠的力直接影響該保護(hù)襯底312的第一表面414。類似地，該保護(hù)襯底312可被配置為當(dāng)該保護(hù)系統(tǒng)310被放置在該腔318內(nèi)時，該保護(hù)襯底312相對于該激光脈沖324的路徑、行進(jìn)方向或軸420為斜角416。這樣，該激光脈沖可分散在該保護(hù)襯底312的較大區(qū)域上。雖然在一些實(shí)施例中確實(shí)如此，但其不總是必要的。例如，在某些情況下該保護(hù)襯底312可垂直于該激光脈沖324放置。該保護(hù)襯底312相對于該激光的軸420的配置、方向、角度等可以，在一些實(shí)現(xiàn)中，被選擇為更好地與正被保護(hù)的設(shè)備協(xié)作和/或保護(hù)該設(shè)備。例如，大多數(shù)燃料噴射器的內(nèi)部為錐形，并且因此，該保護(hù)襯底可相對該激光束以一角度放置以更容易地放入該腔。在其他實(shí)施例中，該保護(hù)襯底可具有可選的配置，諸如圓錐或圓錐形狀、拋物線、或其他相對于該激光脈沖324的軸420具有期望角度的形狀。在其他實(shí)現(xiàn)中，該保護(hù)襯底可具有可選的形狀諸如圓形、球形、管狀或其他適當(dāng)形狀。此外或可選地，在一些實(shí)施例中該保護(hù)襯底可以動或旋轉(zhuǎn)將激光脈沖的暴露分布在更大的區(qū)域和/或增加該保護(hù)襯底的冷卻。例如，在某些情況下，該保護(hù)襯底可徑向?qū)ΨQ(例如，表面具有形成的孔的管狀)。進(jìn)一步地，該保護(hù)襯底可，在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)以改變該保護(hù)襯底被激光照射其上的表面區(qū)域。

該保護(hù)襯底312可由許多材料中的一種或多種配置。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底312是該流體導(dǎo)管314的延伸。例如，可在靠近終端處切割該流體導(dǎo)管314以形成該保護(hù)襯底312。進(jìn)一步地，切下的保護(hù)襯底312可成形和/或彎曲成期望的角度412。但在其他實(shí)施例中，該保護(hù)襯底312以期望的角度切割或形成并安裝或以其他方式與該流體導(dǎo)管314固定。該保護(hù)襯底312的尺寸可進(jìn)一步配置為取決于該腔318的尺寸、該激光脈沖324的期望高度、寬度和/或直徑424。類似地，該保護(hù)導(dǎo)管的尺寸或直徑430可取決于該腔的尺寸、以及流體期望的輸送量、該激光脈沖的尺寸、該保護(hù)襯底312的尺寸和/或其他此類因素。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底312可配置為具有表面結(jié)構(gòu)、不規(guī)則、不一致和/或變化，諸如但不限于凹陷、開口、突出、隆起、尖刺、錐體、凹槽、脊、缺口、突出、粗糙化和/或其他表面結(jié)構(gòu)、不規(guī)則或此類表面結(jié)構(gòu)和/或不規(guī)則的組合。

在一些測試中，該保護(hù)襯底312由材料薄片制造，切割成形，之后捆扎或粘合至該導(dǎo)管314的終端。在某些情況下形成除所鉆孔進(jìn)入該腔處外提供360度覆蓋的保護(hù)襯底可能是期望的。如果那樣，空氣和水都能通過一可旋轉(zhuǎn)環(huán)在連接該導(dǎo)管的適當(dāng)放置的槽處進(jìn)入。

圖5描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)襯底312的簡化透視圖。該保護(hù)襯底312可配置為具有多個開口512、凹處、或其他此類表面結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底312包括開口512的網(wǎng)格或矩陣，這些開口貫穿該保護(hù)襯底。該保護(hù)襯底312可由許多材料或材料組合構(gòu)建。例如，在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底可由該流體導(dǎo)管314同樣的材料和/或從(該導(dǎo)管)上切割下的材料構(gòu)建。此外或可選地，該保護(hù)襯底312可由銅、鎳、鋼、碳、陶瓷、銀、難熔金屬、碳化鎢、或其他此類材料或此類材料組合制成。進(jìn)一步地，在某些情況下所使用的材料被選擇為至少部分反射、拋光以反射和/或該激光脈沖射至其上的表面可用反射材料涂層。

如上所述，該保護(hù)襯底312的尺寸可取決于該預(yù)期執(zhí)行的激光制造加工、供應(yīng)進(jìn)入該正進(jìn)行加工的物體320的腔118的流體量和/或類型、該激光脈沖的預(yù)想直徑或尺寸424和/或其橫剖面面積、該加工中應(yīng)用的激光脈沖的類型、強(qiáng)度和/或功率、在該激光脈沖下的預(yù)計暴露時間、以及其他此類因素。

例如，到目前為止，通過至少部分地遵循四種設(shè)計原理，已獲得一些成功的測試結(jié)果。第一，該保護(hù)襯底這樣放置以使它盡可能遠(yuǎn)離激光焦點(diǎn)。例如，當(dāng)激光加工于一燃料噴射器時該保護(hù)襯底312可因靠在正在鉆的孔對面的腔壁放置而獲益(例如，在一些測試中離正在鉆的孔1-3mm遠(yuǎn))。該設(shè)計概念可規(guī)定該保護(hù)襯底應(yīng)適當(dāng)?shù)爻尚我员氵@樣放置。在具有足夠距離的情況下，在距該后壁一個特定距離后，將該保護(hù)襯底放得更遠(yuǎn)幾乎不獲得收益。

第二，使用一種內(nèi)在強(qiáng)度非常高且在軟化前需要達(dá)到高溫的材料(例如，鉻鎳鐵合金(Inconel))，對于至少一些實(shí)現(xiàn)已經(jīng)獲得了較好的結(jié)果。雖然造成這種好處的精確機(jī)制尚不清楚，但可能是強(qiáng)度高的材料更能抵抗來自該保護(hù)襯底和流體之間在激光脈沖作用下交互中的空穴化的侵蝕。

第三，當(dāng)該保護(hù)襯底中的錐形孔網(wǎng)格512形成時，一些材料比其他(材料)更容易形成期望的穿孔圖案。對于至少一些實(shí)現(xiàn)，該期望的穿孔圖案是一種穿孔逐漸地而非迅速錐化的穿孔圖案，且典型地這些穿孔盡可能地互相擠得很近。對于保護(hù)襯底上未強(qiáng)加孔的網(wǎng)格512的情況，這種考慮則沒有價值。

第四，該保護(hù)襯底被選擇為足夠厚，這樣則該保護(hù)襯底具有用于消融的邊緣。在一些測試中，該保護(hù)襯底頂部的一百微米在噴射器內(nèi)鉆前幾個孔期間被消融，并且隨后展示出慢得多的消融速度。其精確的機(jī)制尚不清楚，但可能涉及“微調(diào)”進(jìn)入的激光遇到該保護(hù)襯底時的入射角。在一些實(shí)施例中，選擇300um的厚度。

其他設(shè)計概念可額外或可選地加以考慮。例如，一些實(shí)施例被配置為在該保護(hù)襯底處引導(dǎo)該流體，這樣該流體進(jìn)入該襯底的開口。此外，該流體可以這樣的角度并具有足夠的力引導(dǎo)至該襯底，以確保進(jìn)入大部分開口的流體達(dá)到一個或多個預(yù)定的灌裝面。

圖6描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)襯底312的簡化局部剖視圖。該保護(hù)襯底312可包括貫穿該保護(hù)襯底從第一表面612至第二表面614的厚度的多個開口512。在一些實(shí)施例中，這些開口512的壁在第一表面612和第二表面614之間錐化和/或通常成圓錐形。

這些開口512的包含以及錐形配置都為該激光脈沖入射處提供了更大的表面積。同樣，該激光脈沖被分布在增加的表面積上，分散了激光能量的同時提供了提高的散熱。除此之外該激光能量的分散，在一些實(shí)施例中，由該保護(hù)襯底312相對于該激光脈沖以角度416定位提供。此外，隨著通過該流體導(dǎo)管314供應(yīng)的流體接觸該保護(hù)襯底312，該流體可部分和/或完全充滿一些或所有開口512，在該激光脈沖射入處提供增加的流體量，可提供進(jìn)一步的散熱并且可額外輔助控制該保護(hù)襯底312的等離子體產(chǎn)生表面降解。該流體典型地限制了將伴隨該保護(hù)襯底材料較長梯度，否則將存在的在表面形成的等離子體擴(kuò)散，從而幫助減少局部激光吸收的增加。激光吸收的增加典型地造成該保護(hù)襯底的消融增加。進(jìn)一步地，當(dāng)激光脈沖射到該接觸保護(hù)襯底312的流體上，這些穿過該保護(hù)襯底312的孔512的延伸為該液體和/或氣體提供了額外的出口。

該開口512可以各種安排放置。在一些情況下，這些開口以六角形配置放置并靠得很近。在一些實(shí)施例中，這些開口可以其他配置放置和/或這些開口512的尺寸或直徑可改變。進(jìn)一步地，在某些情況下，這些開口512被激光鉆孔進(jìn)該保護(hù)襯底312以達(dá)到期望的密度、定位和/或孔形狀或配置。在一些實(shí)施例中，諸如在開口之間、在保護(hù)襯底312各區(qū)域之間或其他此類配置中這些開口的形狀可改變。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底被配置為開口512在激光將要射至其上的第一表面612具有大約20-50微米的直徑620。這些開口沿大約200-400微米的深度624，在第二表面614錐化到大約為5至10微米的直徑622。這些開口在激光將要射到的表面上互相間隔在幾個um以內(nèi)。一些執(zhí)行的測試在鉆孔之間使用具有大約18-27um的開口入口以及大約5-10um的出口的保護(hù)襯底。具有較大或較小尺寸的孔也是可能的。在使用中且當(dāng)該保護(hù)襯底頂部的100um左右被激光消融，這些開口收縮到可能10-15um且間隔增加到大約10um左右，由于該表面相對于該襯底原始表面可成更大角度，該間隔很難定義。

圖7描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的保護(hù)系統(tǒng)710的簡化透視圖。該保護(hù)系統(tǒng)710包括與流體導(dǎo)管314、氣體導(dǎo)管340、定位固定器712、定位臂714、流體供給線716以及氣體供給線718協(xié)作的保護(hù)襯底312。該流體導(dǎo)管314和氣體導(dǎo)管340與該定位固定器712協(xié)作以保持該保護(hù)襯底312、流體導(dǎo)管314和氣體導(dǎo)管340的定位。

進(jìn)一步地，該流體供給線716和氣體供給線718與該定位固定器712協(xié)作以分別向該流體導(dǎo)管314和氣體導(dǎo)管340供應(yīng)流體和氣體。該定位臂714與該定位固定器712用例如，螺紋、螺栓、焊接、別針、螺絲、諸如此類或其組合固定。該定位臂714，在一些實(shí)施例中，進(jìn)一步與一個或多個齒輪、馬達(dá)等等協(xié)作以定位相對于正進(jìn)行激光制造加工的物體320的定位固定器712，以及固定在該物體320的腔318內(nèi)和/或在該激光脈沖路徑中的保護(hù)襯底312。在一些實(shí)施例中，該物體320可選地或額外地相對于該保護(hù)系統(tǒng)310移動。在一些實(shí)施例中，該定位固定器712進(jìn)一步配置為與該正進(jìn)行激光制造加工的物體320協(xié)作。例如，該定位固定器712可包括一個或多個校準(zhǔn)開口722、肩、插槽等等，皆配置為協(xié)作和/或輔助將要進(jìn)行激光制造加工的物體320相對于該保護(hù)系統(tǒng)310以及該保護(hù)襯底312的定位。例如，當(dāng)該物體320是燃料噴射器時，該定位固定器712可配置為緊密配合該燃料噴射器以使該燃料噴射器或該燃料噴射器的一部分向下延伸進(jìn)該校準(zhǔn)開口722和/或向四周延伸并緊密配合該定位固定器712的外部。

該流體導(dǎo)管314以及氣體導(dǎo)管340采取合適尺寸并與該定位固定器712協(xié)作以允許該保護(hù)襯底312、流體導(dǎo)管314以及氣體導(dǎo)管340定位為至少部分在正在進(jìn)行激光制造加工的物體320的腔318內(nèi)，且在一期望位置以允許該保護(hù)襯底312在該激光路徑內(nèi)，且該氣體導(dǎo)管340氣流沿該腔318的一內(nèi)表面引導(dǎo)，接近該激光制造加工孔330。因此，在某些情況下，該保護(hù)襯底312、流體導(dǎo)管314和/或氣體導(dǎo)管340的尺寸至少部分由該將進(jìn)行加工的物體320確定。

圖8描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)810的簡化方框圖。該激光制造加工系統(tǒng)810包括激光系統(tǒng)812、與將進(jìn)行激光制造加工的物體816協(xié)作的保護(hù)系統(tǒng)814、移動控制和/或定位系統(tǒng)818(下面稱為定位系統(tǒng))、以及控制器820。

該控制器820可作為單個設(shè)備或多個獨(dú)立設(shè)備配置，諸如一個或多個控制器，其可包括一個或多個在該激光系統(tǒng)812、保護(hù)系統(tǒng)814、定位系統(tǒng)818和/或整體控制器內(nèi)的控制器。在一些實(shí)施例中，該控制器820包括一個或多個用于控制該激光制造加工系統(tǒng)810的處理器和/或微處理器結(jié)合儲存代碼、指令和/或軟件的存儲器。在一些實(shí)施例中，該控制其820可至少部分通過計算機(jī)結(jié)合一個或多個激光系統(tǒng)812、保護(hù)系統(tǒng)814以及定位系統(tǒng)818執(zhí)行。

該激光系統(tǒng)812產(chǎn)生該激光脈沖并將該激光脈沖引導(dǎo)至精確影響該將要進(jìn)行激光制造加工的物體816上該物體816的期望位置。典型地，該激光系統(tǒng)812包括光學(xué)儀器、限幅器、選擇器等等以聚焦并引導(dǎo)該激光脈沖射到該物體816上。在一些實(shí)施例中，該激光系統(tǒng)812包括額外的元件和/或特征，諸如延遲路徑等等以產(chǎn)生一個或多個激光脈沖以射到該物體816上以實(shí)現(xiàn)期望的激光制造加工。

該保護(hù)系統(tǒng)814與該控制器820和該物體816協(xié)作以對該物體在該孔或其他正發(fā)生的加工對面的部分提供后壁保護(hù)。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)814供給流體進(jìn)入該物體816的腔內(nèi)，這樣該流體對該物體816在該物體正進(jìn)行激光制造加工的部分對面的后壁提供保護(hù)。該保護(hù)系統(tǒng)814，在一些實(shí)施例中，進(jìn)一步包括后壁保護(hù)設(shè)備(在圖8中未示出)，其在該物體816正在進(jìn)行激光制造加工的部分和該物體正進(jìn)行激光制造加工部分對面的后壁之間插入該腔。例如，該后壁保護(hù)設(shè)備可包括圖7的保護(hù)系統(tǒng)710。在其他實(shí)施例中，該后壁保護(hù)系統(tǒng)可包括網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(例如柱、管、立方結(jié)構(gòu)等)、多孔結(jié)構(gòu)或其他適當(dāng)結(jié)構(gòu)，能夠放置在該物體816內(nèi)正加工的孔和該后壁之間。該保護(hù)系統(tǒng)814可包括額外的或可選的組件，諸如但不限于氣體源及配氣設(shè)備、流體源結(jié)合流體導(dǎo)管314、用于該流體和/或氣體的一個或多個流量計、調(diào)壓器、和/或其他此類組件。

該定位系統(tǒng)818可與該激光系統(tǒng)812、該保護(hù)系統(tǒng)814和/或該物體816協(xié)作以定位該激光制造加工系統(tǒng)810的組件，以在提供后壁保護(hù)的同時精確激光制造加工該物體816。該定位系統(tǒng)可包括一個或多個馬達(dá)、齒輪、泵浦、活塞、液壓裝置、電纜、末端執(zhí)行器、鉗子、和/或其他此類設(shè)備以定位組件相對于互相之間的位置。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，該定位系統(tǒng)818與該物體816協(xié)作以在激光制造加工期間控制和/或保持該物體的定位和/或重定位該物體以執(zhí)行進(jìn)一步的激光制造加工(例如，重定位該物體以激光鉆孔多個孔進(jìn)入該物體816)。在其他實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)818可額外或可選地與該保護(hù)系統(tǒng)814協(xié)作以定位該保護(hù)系統(tǒng)的至少一部分以精確地將流體施加如該腔、在該腔內(nèi)定位保護(hù)襯底312和/或相對于正進(jìn)行激光制造加工的表面定位一個或多個氣體源。類似地，在一些實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)可對該激光系統(tǒng)812或該激光系統(tǒng)的一部分在某種程度上提供一些控制，以精確聚焦并引導(dǎo)該激光脈沖至該物體816上。

圖9描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)910的簡化方框圖的表示。該激光制造加工系統(tǒng)910包括激光系統(tǒng)912、一個或多個脈沖限幅器914和/或脈沖選擇器、光束傳遞系統(tǒng)916、光學(xué)系統(tǒng)918、保護(hù)系統(tǒng)920、控制器922、定位系統(tǒng)924、包括氣體供給928的氣體供給系統(tǒng)926、調(diào)壓器930以及在某些情況下一個或多個流量計832、以及包括流體供給938的流體供給系統(tǒng)936以及一個或多個流量計940.該激光制造加工系統(tǒng)910可在一些情況下進(jìn)一步包括一個或多個傳感器944以及定時器以及信號處理器946。

該激光系統(tǒng)912包括一個或多個激光發(fā)生器，生成適當(dāng)激光脈沖以執(zhí)行該激光制造加工。該脈沖限幅器914與該激光系統(tǒng)912協(xié)作并根據(jù)期望的脈沖定時和/或沒沖頻率引導(dǎo)期望數(shù)量的脈沖至該物體950，其為典型的預(yù)定時間周期。該光束傳遞系統(tǒng)916引導(dǎo)該一個或多個脈沖向該物體950、且可包括光學(xué)器件，諸如但不限于快門、望遠(yuǎn)鏡、鉆頭、鏡等等。該光學(xué)系統(tǒng)918典型地包括一個或多個聚焦透鏡以精確聚焦該激光脈沖至該物體950上。有可能，在至少一些實(shí)施例中，在此包括兩個其他要考慮的裝備相關(guān)的細(xì)節(jié)。第一，可使用過程控制快門，在一些實(shí)施例中，以調(diào)節(jié)整體的鉆孔時間。第二，可使用脈沖限幅器降低這些激光的發(fā)射率，從大約每秒10000次至期望的大約每秒1000-2000次。不同的激光系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)該期望的發(fā)射率而不需要任何外部脈沖選擇設(shè)備。

該保護(hù)系統(tǒng)920相對于該物體950放置和/或該物體相對于該保護(hù)系統(tǒng)放置(例如，通過定位系統(tǒng)924)，這樣該保護(hù)系統(tǒng)920可至少輸送進(jìn)入該物體950的腔，并從該流體供給系統(tǒng)936獲得合適的流體，并且當(dāng)適當(dāng)時將氣體供給系統(tǒng)926供給的氣體輸送。在某些情況下，該保護(hù)系統(tǒng)920和/或該氣體供給系統(tǒng)926在該腔內(nèi)靠近激光制造加工位置處供應(yīng)氣體流(如，空氣、氧氣等)。此外或可選地，一些實(shí)施例在激光制造加工位置處沿該物體950的外部提供氣流。進(jìn)一步地，在某些情況下該保護(hù)系統(tǒng)920包括該放置在該腔內(nèi)且在激光制造加工期間對準(zhǔn)激光脈沖的保護(hù)襯底312。在許多實(shí)施例中，該沿著外部的氣流通常與激光同軸，因此其更垂直于該正加工的物體表面而非平行。

該控制器922可通過一個或多個計算機(jī)和/或處理器結(jié)合該激光制造加工系統(tǒng)910的各種組件或作為它們的一部分執(zhí)行。例如，該控制器922基于該流量計932提供的反饋信息控制該氣體供給928和/或調(diào)壓器930；基于從該流體流量計940收到的反饋控制該流體供給938。類似地，在一些實(shí)施例中，該控制器922可對該能控制該物體950、該保護(hù)系統(tǒng)920、該激光系統(tǒng)912、該脈沖限幅器914和/或該激光制造加工系統(tǒng)910的其他組件或子組件相對位置的定位系統(tǒng)924提供至少一些控制。例如，在某些情況下，該定位系統(tǒng)924可定位物體950以使穿過該物體950的第一孔可在后壁被保護(hù)時進(jìn)行激光鉆孔，而隨著該第一孔的激光鉆孔該物體950可重定位，諸如旋轉(zhuǎn)到將該物體950的另一個部分對齊該激光系統(tǒng)以便第二孔可進(jìn)行激光鉆孔。取決于該物體950的預(yù)期激光制造加工，該激光系統(tǒng)912、物體950和/或保護(hù)系統(tǒng)920可被放置多次，同時在該物體950上激光鉆孔多個孔或預(yù)形成其他激光制造加工。

此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，該控制器922可對該氣體供給系統(tǒng)926和/或流體供給系統(tǒng)936至少部分提供控制。例如，該控制器922可從該一個或多個流量計932、940獲得流量數(shù)據(jù)并使用這些信息控制壓力和/或輸送到該保護(hù)系統(tǒng)920的氣體和/或流體的流動。如上所介紹的，在某些情況下，該氣體供給系統(tǒng)926可引導(dǎo)氣體流在執(zhí)行激光制造加工時橫跨該物體950的腔的內(nèi)表面，其可幫助限制液體在激光制造加工期間進(jìn)入該孔或該物體950產(chǎn)生其他加工的區(qū)域。類似地，該氣體流可被引導(dǎo)橫跨該物體接近激光制造加工區(qū)域的外部，可從正加工的區(qū)域除去雜物和飛濺物，還幫助減少或消除水量或其他流體進(jìn)入正在鉆的孔。至少在一些測試中，該外部氣體噴射已經(jīng)與該激光束同軸地被部署。更進(jìn)一步地，在某些情況下，該光學(xué)系統(tǒng)918可包括氣體輔助噴射并因此可使用調(diào)壓器930控制氣體供給量。

該一個或多個傳感器944可在某些情況下提供，以檢測和/或監(jiān)控各種參數(shù)。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，燒穿檢測器可結(jié)合保護(hù)系統(tǒng)920和/或相對于該腔與該保護(hù)系統(tǒng)920分開放置。該燒穿檢測器可檢測到何時激光脈沖穿透該物體950的壁并進(jìn)入該腔。該檢測可用于控制該激光制造加工，諸如通過調(diào)整激光脈沖的持續(xù)時間、調(diào)整激光脈沖之間的持續(xù)時間、調(diào)整激光脈沖串之間的持續(xù)時間、調(diào)整激光脈沖的強(qiáng)度、調(diào)整激光波長、光束成形、開孔、氣體輔助和/或其他此類調(diào)整或此類調(diào)整的組合。

例如，在某些情況下將燒穿檢測器結(jié)合控制激光脈沖使用。一旦激光脈沖產(chǎn)生穿透該物體的壁的孔，繼續(xù)激光鉆孔或制造加工以實(shí)現(xiàn)期望的激光鉆孔的質(zhì)量通常是較佳的。因此，每個激光脈沖的至少一部分在孔生成后被引導(dǎo)到該物體950上穿過該孔并射到該保護(hù)系統(tǒng)920的保護(hù)襯底312上。進(jìn)一步地，一些實(shí)施例減少了脈沖頻率，提高了脈沖或脈沖脈沖串之間的持續(xù)時間。脈沖或脈沖串之間所增加的持續(xù)時間可減少對該保護(hù)襯底和/或后壁的不利影響。然而，直到在該物體950中生成孔，提高脈沖頻率并因此提高加工頻率是期望的。因此可使用燒穿檢測器檢測在該物體950內(nèi)孔的初始生成。該傳感器可通知信號處理器946或直接通知脈沖限幅器914和/或控制器922以控制脈沖頻率，諸如減少引導(dǎo)到該物體950的脈沖頻率。減少的頻率可取決于許多因素，諸如但不限于正加工的物體950、正加工的物體的材料、使用的保護(hù)襯底312、液體流速、希望的空穴化率、激光強(qiáng)度、該腔尺寸，和/或其他此類因素或此類因素的組合。該燒穿檢測器或傳感器944可，在一些實(shí)施例中，通過一個或多個可放置在腔內(nèi)或腔外的二極管實(shí)施。此外，一些實(shí)施例進(jìn)一步包括與一個或多個二極管光學(xué)協(xié)作的光纖，其中該光纖的終端遠(yuǎn)離可放置在該物體950腔內(nèi)的二極管，諸如與流體導(dǎo)管314或氣體導(dǎo)管340協(xié)作。

此外或可選地，可使用定時器946來預(yù)計激光燒穿。典型地，已經(jīng)大約知道達(dá)到期望的燒穿所需的時間。同樣，可使用該定時器946預(yù)計燒穿以便調(diào)整脈沖頻率以對該后壁提供進(jìn)一步的保護(hù)，同時允許迅速的激光鉆孔。

圖10A描繪了一簡化方框圖，示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖9的激光系統(tǒng)912和脈沖限幅器914的示例實(shí)現(xiàn)。該激光系統(tǒng)912可包括與激光器1014協(xié)作的定時發(fā)生器1012。該脈沖限幅器914可包括第二定時發(fā)生器1018和脈沖限幅器1020。一些實(shí)施例包括光學(xué)器件1024以引導(dǎo)該激光脈沖沿預(yù)期路徑，從而可引導(dǎo)到該光束傳遞系統(tǒng)916。

圖10B描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。激光脈沖1030-1032生成并被引導(dǎo)至該物體950。脈沖1030-1032由持續(xù)時間1036分開。例如，該持續(xù)時間1036可大約為0.5ms。此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，每個激光脈沖具有的脈沖持續(xù)時間在大約10ps和100ns之間的范圍。由本實(shí)施例提供的后壁保護(hù)，然而，并不限于這些激光脈沖和/或定時。此外，該后壁保護(hù)實(shí)質(zhì)上可配合任何激光脈沖、激光脈沖持續(xù)時間和/或脈沖或脈沖脈沖串之間的持續(xù)時間使用。例如，一些實(shí)施例為具有5ps脈沖的雙脈沖、或具有100fs激光脈沖的單脈沖加工提供后壁保護(hù)。在某些情況下，該持續(xù)時間1036可基于預(yù)定加工計劃表隨時間變化，諸如根據(jù)檢測激光脈沖突破該正加工物體950的壁、預(yù)計的時間量或其他此類因素。

參考圖10A-B，該定時發(fā)生器1012可部分地安排該脈沖，第二定時發(fā)生器1018提供定時以與脈沖限幅器1020協(xié)作以根據(jù)預(yù)定脈沖頻率精確引導(dǎo)脈沖1030-1032以實(shí)現(xiàn)脈沖之間的相對時間。該光學(xué)器件1024可包括適當(dāng)光學(xué)器件以瞄準(zhǔn)該激光脈沖，并可包括但不限于一個或多個波片、偏光器等等。

圖10C描繪了一簡化方框圖，示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖9的激光系統(tǒng)912和脈沖限幅器914的示例實(shí)現(xiàn)。該激光系統(tǒng)912可包括與兩個激光器1014-1015協(xié)作的第一定時發(fā)生器1012。該脈沖限幅器914可包括第二定時發(fā)生器1018以及第一和第二脈沖限幅器1020-1021。一些實(shí)施例包括光學(xué)器件1024以組合或以其他方式引導(dǎo)該激光脈沖沿一單個路徑，其可引導(dǎo)至可包括光學(xué)器件等的光束傳遞系統(tǒng)916。

如上所描述以及下面進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，該激光脈沖可在脈沖串中生成。圖10D描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。激光脈沖串1040-1042生成并被引導(dǎo)至該物體950。這些脈沖串1040-1042包括多個激光脈沖，其中在某些情況下可增強(qiáng)激光鉆孔和/或激光制造加工。例如，這些激光脈沖串可類似于美國專利號6,664,498中所描述的那樣形成和/或使用，該專利內(nèi)容通過引用全部結(jié)合至此。生成這些脈沖串1040-1042的多個脈沖可使用其他方法，諸如但不限于脈沖選擇高重復(fù)率行列并將其放大，造成皮秒再生放大器以在期望正確的失配狀態(tài)運(yùn)行，和/或其他此類方式。

脈沖串1040-1042的脈沖被第一持續(xù)時間分開，且連續(xù)脈沖串1040-1042被第二持續(xù)時間1046分開。在一個實(shí)施例中，第一持續(xù)時間1044為大約50-200ns，而第二持續(xù)時間1046為大約0.5ms。此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，每個激光脈沖具有的脈沖持續(xù)時間在大約10ps至100ns之間的范圍內(nèi)。每個脈沖串的每個激光脈沖之間的時間可在大約5ns和5μs之間的范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，連續(xù)脈沖串之間的時間大于包含每個脈沖串的每個激光脈沖之間的時間，其中每個脈沖串的第一激光脈沖和/或第二激光脈沖的強(qiáng)度超過正在加工的物體的損傷閥值。這些脈沖串202之間的時間由該激光的脈沖重復(fù)率確定，可在幾赫茲到大約100千赫之間變化；然而，脈沖串202之間的時間實(shí)質(zhì)上大于每個脈沖串202內(nèi)脈沖204、206之間的時間(例如，比脈沖204、206之間的持續(xù)時間大10倍、或大100倍、或大1000倍)。再一次地，本發(fā)明提供的后壁保護(hù)實(shí)質(zhì)上可用于任何激光脈沖、脈沖持續(xù)時間、脈沖之間的持續(xù)時間和/或脈沖脈沖串之間的持續(xù)時間，同時考慮到氣泡形成、崩解和/或色散。

在圖10D中，這些脈沖串1040-1042均被單個第二持續(xù)時間1046分開。如上所描述的，然而，該第一持續(xù)時間1044和/或第二持續(xù)時間1046可隨時間變化，諸如基于預(yù)定加工計劃表、諸如基于檢測激光脈沖已穿透正加工的物體950的壁、預(yù)計的時間量或其他此類因素。在其他實(shí)施例中，該激光制造加工被單脈沖執(zhí)行，代替或與多脈沖脈沖串協(xié)作。

參考圖10C-D，該第一定時發(fā)生器1012可部分地安排該脈沖串1040的脈沖，諸如使具有從第一和第二激光器1014-1015之一生成的每個脈沖的脈沖串翻倍。第二定時發(fā)生器1018提供定時以配合第一和第二脈沖限幅器1020-1021，以根據(jù)確定的脈沖頻率精確引導(dǎo)兩個激光脈沖的脈沖串1040-1042，以實(shí)現(xiàn)脈沖串之間的相對時間。該光學(xué)器件1024可包括適當(dāng)光學(xué)器件以組合激光脈沖，諸如但不限于一個或多個波片、偏光器等。在其他實(shí)施例中，使用單激光器1014且激光束被分開以生成具有延遲的第二脈沖，并入該路徑以實(shí)現(xiàn)期望的脈沖串脈沖之間的持續(xù)時間1034。

圖11描繪了根據(jù)一些實(shí)施例，一激光制造加工過程1110的簡化流程圖，此時提供了后壁保護(hù)。在步驟1112中，流體被引導(dǎo)進(jìn)入正進(jìn)行激光制造加工的物體950的腔內(nèi)。典型地，該引導(dǎo)入墻內(nèi)的流體在激光脈沖的波長不具有激光吸收或色散特性。類似地，該流體典型地實(shí)質(zhì)上沒有激光阻隔性質(zhì)。在步驟1114中，多個激光脈沖被引導(dǎo)至正在進(jìn)行激光制造加工的物體950的壁上。這些激光脈沖被配置為穿過該物體950的壁形成孔，這樣激光脈沖穿過該孔并進(jìn)入該腔，同時該流體流體被引導(dǎo)進(jìn)入該腔，這樣該激光脈沖入射到該流體和表面上以抑制后壁損傷。

圖12描繪了根據(jù)一些實(shí)施例，一激光制造加工過程1210的簡化流程圖，此時保護(hù)了進(jìn)行激光制造加工的物體950的后壁表面。在步驟1212中，一保護(hù)襯底(例如，保護(hù)襯底312)被放置在該物體950的腔內(nèi)，這樣該保護(hù)襯底對準(zhǔn)預(yù)計激光路徑以及預(yù)期的孔或其他將在該物體950的壁上執(zhí)行的激光制造加工。

在步驟1214中，一種流體流體被引導(dǎo)進(jìn)該腔內(nèi)并到該保護(hù)襯底312上。在許多實(shí)施例中，該流體不包括激光吸收性質(zhì)，且進(jìn)一步地，可簡單的是水(例如，非蒸餾水、冷卻水、過冷水等)、乙醇、液化氣(例如，液氮)或其他適當(dāng)流體，能夠傳輸激光并至少在一些情況下沸騰，這樣它們能將激光的能量帶走。在一些情況下，該流體可包括表面活性劑以幫助更好地弄濕該保護(hù)襯底。此外，該流體典型地不會留下必須通過額外或復(fù)雜過程清除的殘留。進(jìn)一步地，該流體可被引導(dǎo)至直接接觸該保護(hù)襯底312的表面，激光脈沖射到其上。在步驟1216中，控制激光制造加工以生成該孔或其他激光制造加工進(jìn)入該物體950的壁。隨著該保護(hù)襯底312的精確定位，這些穿透該物體950的壁并進(jìn)入該腔的激光脈沖入射到該保護(hù)襯底312以及被引導(dǎo)到該保護(hù)襯底上的流體上，以使該保護(hù)襯底抑制該激光脈沖從正進(jìn)行激光制造加工的孔橫跨該腔，射到后壁表面上。

圖13描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工物體950的過程1310的簡化流程圖。例如，該過程1310可用于激光鉆孔進(jìn)入該燃料噴射器內(nèi)接近該燃料噴射器的狹窄尖端的多個孔，當(dāng)該燃料噴射器用于發(fā)動機(jī)中時燃料將從該尖端射出。在步驟1312中，保護(hù)襯底312根據(jù)預(yù)定尺寸和形狀被配置和/或構(gòu)造，取決于正進(jìn)行激光制造加工的物體950(例如，一燃料噴射器)、該物體尺寸、該腔的尺寸、接入該腔的可用空間和其他此類相關(guān)因素。此外，在某些情況下，該保護(hù)襯底312的尺寸可取決于預(yù)期的激光制造加工、預(yù)期的激光脈沖強(qiáng)度、激光脈沖的持續(xù)時間、脈沖之間的持續(xù)時間、采用脈沖串時激光脈沖串之間的持續(xù)時間、當(dāng)放置在該腔內(nèi)時保護(hù)襯底312的支撐(例如，流體導(dǎo)管314)以及保護(hù)襯底和流體導(dǎo)管314的耦合，以及其他此類因素。例如，在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底通過加工該流體導(dǎo)管314成形直接從該流體導(dǎo)管切斷該保護(hù)襯底312。該保護(hù)襯底312，在某些情況下，可相對于該流體導(dǎo)管314的軸彎曲，以允許該保護(hù)襯底的表面以相對于該激光脈沖路徑的期望角度放置在該腔內(nèi)和/或這樣以使該流體導(dǎo)管314釋放的流體至少部分引導(dǎo)到該保護(hù)襯底312上。

在步驟1314中，在該保護(hù)襯底312中形成一個或多個表面結(jié)構(gòu)，諸如開口、和/或不規(guī)則。例如，在一些實(shí)施例中，在該保護(hù)襯底中加工、激光鉆孔或以其他方法形成開口512的網(wǎng)格或矩陣。例如，該開口和/或凹陷網(wǎng)格可以靠得很近的六角形配置，這些開口和/或凹陷的橫截面為錐形。在步驟1316中，該保護(hù)襯底312由該流體導(dǎo)管314支撐，(該導(dǎo)管)與該定位固定器712協(xié)作，該流體導(dǎo)管314進(jìn)一步與該流體供給系統(tǒng)936的一出口協(xié)作(例如，結(jié)合流量計940的出口)。在步驟1318中，該氣體導(dǎo)管340與該定位固定器712組裝，并連接到該氣體供給系統(tǒng)926(例如，流量計932的出口)。

在步驟1320中，將要進(jìn)行激光制造加工的物體950(例如，一燃料噴射器)被放置為使該將進(jìn)行激光制造加工物體的一部分將接近激活時的激光的焦點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)924可將該物體950定位在期望位置。注意到將進(jìn)行激光制造加工的物體950和/或該激光器不是必須這樣放置使該激光焦點(diǎn)218正好在將要進(jìn)行激光制造加工的孔或其他間隙中央。事實(shí)上，在某些情況下將焦點(diǎn)不放在正形成的孔中央可能是有意并期望的。例如，該激光焦點(diǎn)218可引導(dǎo)至孔的徑向中心上形成，而非軸向。在其他情況下該焦點(diǎn)218可能放置在該物體950外。類似地，在某些情況下，諸如使用一鉆頭時，該激光可以移動，例如，以繞正在加工的孔或間隙圓周旋進(jìn)。在步驟1322中，該保護(hù)系統(tǒng)310被放置在該物體950的腔內(nèi)，這樣該保護(hù)襯底312對準(zhǔn)該激光脈沖的預(yù)期路徑。

在步驟1324中，激光參數(shù)為該激光系統(tǒng)912而設(shè)置，諸如激光功率、脈沖定時(例如，雙倍脈沖定時)及其他此類相關(guān)參數(shù)。在步驟1326中，該一個或多個脈沖限幅器914被配置為設(shè)置一選擇率。在一些實(shí)施例中，步驟1324和1326根據(jù)加工計劃而配置，其可包括在激光制造加工期間隨時間改變一個或多個激光參數(shù)和/或選擇率、諸如基于預(yù)期的燒穿定時和/或響應(yīng)檢測燒穿。在步驟1320中，該光束傳遞系統(tǒng)916被配置為，諸如在期望時設(shè)置一鉆頭。

在步驟1332中，該流體供給系統(tǒng)936和氣體供給系統(tǒng)926被配置為設(shè)置氣體和流體流速，并被激活以開始供給流體和氣體至該物體950的腔的內(nèi)部。在一些實(shí)施例中，當(dāng)適當(dāng)時一氣體被進(jìn)一步輸送到氣體輔助噴射，諸如一氣體流被沿該物體950的外部引導(dǎo)。在步驟1334中，一個或多個快門被設(shè)置到期望的定時且激光鉆孔被激活以在該物體950上鉆第一個孔。

在一些實(shí)施例中，可能在該物體950上執(zhí)行多個孔或其他激光制造加工。例如，當(dāng)該物體是燃料噴射器時，典型地多個孔被激光鉆孔進(jìn)入該燃料噴射器。因此，一些實(shí)施例包括步驟1336，其中物體950被旋轉(zhuǎn)或以其他方式移動到該物體950上新的目標(biāo)點(diǎn)。在步驟1340中，該物體950相應(yīng)該激光焦點(diǎn)被放置。在一些實(shí)現(xiàn)中，該物體950的旋轉(zhuǎn)和定位由定位系統(tǒng)924執(zhí)行。在步驟1342中，該一個或多個快門被設(shè)置為期望的鉆孔時間且激光鉆孔被執(zhí)行。當(dāng)將執(zhí)行進(jìn)一步的激光鉆孔和/或加工時，過程1310可回到步驟1336以旋轉(zhuǎn)或以其他方式重定位該物體950以進(jìn)行后續(xù)的激光鉆孔或加工。

當(dāng)激光鉆孔完成時該過程繼續(xù)到步驟1344，此時該保護(hù)襯底310從該腔內(nèi)移開。在步驟1346中，后續(xù)的物體950相對于該激光系統(tǒng)912被放置。在步驟1348中，該保護(hù)系統(tǒng)310被插入該腔。在步驟1350中，該后續(xù)物體950相對于該激光焦點(diǎn)被放置。該過程1310之后可回到步驟1334以設(shè)置快門時間并執(zhí)行激光鉆孔。

一些實(shí)施例提供后壁保護(hù)而不將該保護(hù)襯底插入該激光脈沖和該后壁之間。在某種程度上，該正實(shí)施的保護(hù)方案通過將流體供給進(jìn)入該正進(jìn)行激光制造加工的物體的腔內(nèi)，同時在激光制造加工期間控制激光脈沖以及激光定時。

圖14描繪了根據(jù)一些實(shí)施例，在對一物體進(jìn)行激光制造加工期間保護(hù)該物體950(例如，渦輪葉片、燃料噴射器或?qū)嵸|(zhì)上任何物體)后壁的過程1410的簡化流程圖。在步驟1412中，流體供給系統(tǒng)被激活以供給流體進(jìn)入該物體950的腔。典型地，供應(yīng)進(jìn)入該腔的流體不具有激光吸收或色散性質(zhì)，且在許多情況下簡單地將水供應(yīng)進(jìn)入該物體950的腔內(nèi)。該流體和正進(jìn)行保護(hù)防止損傷的后壁接觸，且在一些情況下填充或填充該物體的腔。在步驟1414中，多個激光脈沖和/或脈沖串生成。典型地，這些激光脈沖在脈沖串中提供，每個脈沖串包括多個激光脈沖(例如，兩個脈沖)在時間上僅由小的持續(xù)時間分開，至少與脈沖串之間的持續(xù)時間有關(guān)。在激光制造加工中這些激光脈沖串的生成以及激光脈沖串的使用在Forsman等人的美國專利號6,664,498中描述，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合至此。

在步驟1416中，在射到該物體950上激光脈沖和/或脈沖串之間的定時被精確控制，以使激光脈沖在該后壁上產(chǎn)生單個或多個氣泡時，一般不射到該后壁上。因此，這些激光脈沖入射到該流體及后壁表面上，該流體以及該后壁表面一起抑制后壁損傷。在一些情況下，在激光脈沖和/或脈沖串之間的定時通過根據(jù)預(yù)定的定時選擇激光脈沖串的子集并引導(dǎo)該激光脈沖串子集至該物體950上來控制，以在與該后壁接觸的流體輔助下，限制和/或防止后壁損傷。預(yù)定定時取決于由激光脈沖造成的氣泡的生成和/或流體內(nèi)的氣穴。

圖15描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的一物體1510在激光制造加工期間的橫剖面簡圖。激光脈沖1512通過光學(xué)器件1514等等引導(dǎo)到該物體1510上以執(zhí)行激光制造加工，諸如激光鉆孔一個或多個孔1518進(jìn)入該物體1510的壁1520。隨著突破該壁1520，后續(xù)的激光脈沖繼續(xù)引導(dǎo)到該物體以使該孔1518實(shí)現(xiàn)期望的質(zhì)量和/或?qū)挾?。同樣，該被引?dǎo)到該物體1510的激光脈沖的至少一部分隨著該突破穿過該孔進(jìn)入該物體的腔1522，且可繼續(xù)橫跨該腔射到后壁1526的表面1524上(其中一些物體1510的后壁1526是在該腔1522對面?zhèn)日M(jìn)行激光制造加工的壁1520的延長或相同的壁)，并可能損傷該后壁。該直接射到該后壁表面1524的激光脈沖可產(chǎn)生該后壁1526材料的等離子體，可在該點(diǎn)損傷該后壁和/或降低后壁完整性、產(chǎn)生熱氣、流且在某些情況下，對該后壁的損傷造成的后壁一部分濺出產(chǎn)生殘留。

因此，一些實(shí)施例在執(zhí)行激光制造加工時引導(dǎo)流體1530進(jìn)入該腔1522。該流體典型地不包括激光吸收性質(zhì)，且在一些情況下是水、乙醇或其他適當(dāng)流體。在一些實(shí)現(xiàn)中該流體可能包括表面活性劑以幫助濕潤該后壁表面。留在該后壁表面1524上的流體1530的量可取決于該激光脈中1512的強(qiáng)度和/或功率、后壁表面1524到激光焦點(diǎn)1532之間的距離、后壁材料、激光脈沖持續(xù)時間、脈沖之間的持續(xù)時間和/或其他此類因素。該進(jìn)入該腔的流體流可取決于該腔的體積、脈沖頻率、預(yù)期的氣泡形成、崩解和/或色散，和/或其他此類因素。進(jìn)一步地，該流速可控制以防止該流體進(jìn)入正激光鉆孔的孔。再一次地，還可使用內(nèi)部和/或外部氣體噴射保持流體遠(yuǎn)離該孔。

進(jìn)一步地，該激光脈沖和/或激光脈沖脈沖串之間的持續(xù)時間被進(jìn)一步控制為減少潛在的，不然可能發(fā)生后壁損傷。已認(rèn)定當(dāng)該流體，諸如水，接觸該后壁表面1524時，在該后壁表面1524的反射率得到增強(qiáng)。伴隨增強(qiáng)的反射率，該流體和后壁表面一起抑制后壁損傷，此時激光脈沖射到該后壁表面1524上容易地從該后壁表面反射，且因此當(dāng)該反射保持時造成如果有的任何消融、等離子體形成和/或其他后壁表面處的損傷的最小化。該反射的激光脈沖繼續(xù)傳播，減少強(qiáng)度及對該腔1522的內(nèi)表面導(dǎo)致進(jìn)一步損傷的可能性。

進(jìn)一步認(rèn)定，然而，該激光脈沖1512可導(dǎo)致在流體1530內(nèi)的空穴化或氣泡的形成。后壁表面1524處或接近處氣泡的形成可降低該后壁表面的反射率，例如當(dāng)該后壁表面處形成氣泡時在該后壁表面上缺少流體1530。伴隨著降低的反射率，后續(xù)的激光脈沖可導(dǎo)致在該后壁表面1524處的損傷和/或增加的消融，例如，由于激光脈沖射到干燥或?qū)嵸|(zhì)上干燥的后壁表面1524部分，該處形成了氣泡。因此，一些實(shí)施例通過在流體被輸送進(jìn)該腔內(nèi)時，控制該激光脈沖在該物體表面1510上的持續(xù)時間，減少和/或消除了潛在的后壁損傷，這樣一個或多個在先激光脈沖所導(dǎo)致形成的氣泡在后續(xù)脈沖被引導(dǎo)至該物體時實(shí)質(zhì)上或完全崩潰了。其結(jié)果就是，該流體1530接觸該后壁表面1524并提供增強(qiáng)的反射率，減少了后壁表面的等離子體形成和/或消融。

進(jìn)一步地，一些實(shí)施例額外引導(dǎo)氣體流1536(例如，空氣、氮?dú)狻鍤狻⒑饣蚱渌m當(dāng)氣體)進(jìn)入該腔1522，典型地橫跨將進(jìn)行激光制造加工的區(qū)域。因此，氣體流1536可限制或防止流體1530進(jìn)入成形的該孔1518和/或接觸該孔，在某些情況下其可潛在地在該孔1518表面造成擴(kuò)口。此外，一些實(shí)施例引導(dǎo)一個或多個氣體流1540進(jìn)入該孔1518和/或橫跨該物體1510的外表面，在激光制造加工期間可部分消除雜質(zhì)和/或抑制流體從該腔內(nèi)部進(jìn)入該孔。

圖16A描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。一系列激光脈沖1612-1613被引導(dǎo)到正進(jìn)行激光制造加工的物體。已發(fā)現(xiàn)至少在一定的激光強(qiáng)度和距激光焦點(diǎn)的距離下，氣泡由于該激光脈沖1612，在該物體的腔1522的后比表面1524處形成?？赡芙咏蜞徑摵蟊?524形成的氣泡可導(dǎo)致一個或多個后續(xù)激光脈沖射由于氣泡到該后壁的干燥或?qū)嵸|(zhì)上干燥部分，這些氣泡可減少后壁的反射率和/或減少液體提供的冷卻作用。

因此，該激光系統(tǒng)可控制為這樣，第二激光脈沖1613不被引導(dǎo)至該物體1510，直至跟隨第一脈沖1612的第二持續(xù)時間1622結(jié)束。因此，該激光系統(tǒng)被控制為這樣，后續(xù)第二脈沖1613在預(yù)期持續(xù)時間或預(yù)期的時間量1624內(nèi)不被引導(dǎo)至該物體1510，以使實(shí)質(zhì)上所有或所有接近后壁表面1524的氣泡崩解或消散。再一次地，該持續(xù)時間部分基于激光強(qiáng)度或功率、激光焦點(diǎn)1532和后壁表面1524之間的距離、流體1530、實(shí)質(zhì)上所有在后壁表面1524由于第一激光脈沖1612形成的氣泡的形成和崩解的預(yù)計時間、以及其他此類因素定義。例如，在后續(xù)脈沖1612-1613之間的持續(xù)時間1624可為大約0.5ms。在流體中由于初始激光脈沖而產(chǎn)生的氣泡典型地在該后壁處相對快地崩解，特別是當(dāng)在后壁的激光強(qiáng)度相對低時。

圖16B描繪了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。如上所描述的，以及如在美國專利號6,664,498中描述的，激光脈沖的脈沖串1632-1635的使用可加強(qiáng)激光鉆孔和/或激光制造加工。已發(fā)現(xiàn)至少在某些激光強(qiáng)度下由第一持續(xù)時間1640分開的兩個激光脈沖中的第一脈沖串1632在該后壁表面1524處可不產(chǎn)生氣泡。進(jìn)一步地，在激光脈沖串1632-1633之間的第二持續(xù)時間1642被選為這樣，氣泡在第二脈沖串1633之前不形成。在一些情況下，當(dāng)流體1530位于或接近該焦點(diǎn)時，氣泡可能在位于或接近該激光焦點(diǎn)1532處形成；然而，由于第一脈沖串1632，氣泡典型地不會接近該后壁形成，或至少不會在第二脈沖串1633射到該后壁表面1524之前形成。因此，在第二持續(xù)時間1642跟隨第一脈沖串1632后，第二脈沖串1633可被引導(dǎo)至該物體1510。這些第二脈沖串1633穿過該孔1518的脈沖部分將射到該后壁表面1524上，此時流體1530與該后壁表面接觸并先于氣泡形成。

氣泡有可能響應(yīng)第一組脈沖串的第二脈沖串1633而形成。因此，后續(xù)的第二組脈沖串的第三脈沖串1634在第三持續(xù)時間1644，其典型地與分隔一個脈沖串內(nèi)的脈沖的第一持續(xù)時間1640相比相對大(例如，大于脈沖之間的持續(xù)時間1640的幾百倍，或幾千倍)并且大于第一和第二脈沖串1632-1633之間的第二持續(xù)時間1642(例如，比第一組脈沖串內(nèi)的脈沖串之間的持續(xù)時間1642大5、10或幾百倍)，之后被引導(dǎo)至該物體1510。該第三持續(xù)時間1644基于激光強(qiáng)度或功率、激光焦點(diǎn)1532和后壁表面1524之間的距離、流體1530、流體的粘度、密度、及表面張力、到后壁的入射角、流速、第一和/或第二脈沖串1632-1633在后壁表面1524形成的實(shí)質(zhì)上所有氣泡的形成和崩解/或消散的預(yù)期時間、以及其他此類因素而確定。例如，脈沖串1632的脈沖之間的第一持續(xù)時間1640可在大約50-200ns內(nèi)，且在第一和第二脈沖串1632-1633之間的第二持續(xù)時間1642可為大約0.1ms。由第三持續(xù)時間1644分隔的脈沖串組可為大約0.5ms。因此，由兩個連續(xù)激光脈沖串造成的流體內(nèi)產(chǎn)生的氣泡典型地在后壁處崩解地相對快，特別是當(dāng)在后壁處的激光強(qiáng)度相對低時。一些實(shí)施例考慮到各種尺寸的氣泡由對于各種估計尺寸的氣泡的表面張力造成的崩解的估計時間。定時的適應(yīng)性通過在管內(nèi)創(chuàng)造及避免后壁損傷的測試驗(yàn)證。再一次地，該流體流可輔助崩解氣泡和/或移動氣泡遠(yuǎn)離激光射到的后壁處。

在一些實(shí)施例中，根據(jù)一些測試，激光內(nèi)的強(qiáng)度在激光焦點(diǎn)比在離激光焦點(diǎn)大約2-3mm的后壁位置強(qiáng)近似大約10X和100X(例如，在后壁的激光強(qiáng)度可至少在一些實(shí)現(xiàn)中在10⁷W/cm²至10⁹W/cm²之間)。因此，在該后壁表面的氣泡形成少于在激光焦點(diǎn)將發(fā)生的。進(jìn)一步地，一單個脈沖可能在后壁表面不形成氣泡，允許使用脈沖串中的多個脈沖以改善加工，同時仍限制或避免后壁損傷。注意到引導(dǎo)進(jìn)入該腔的流體可輔助驅(qū)散并去除氣泡中的一些。高速流體流動可輔助掃除至少氣泡中的一些。類似地，在一些情況下，該流體流動可從激光射到的后壁處驅(qū)散或掃除并非所有的氣泡中的基本上所有的氣泡，可允許該激光系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上的連續(xù)運(yùn)作，諸如脈沖串之間具有短得多的持續(xù)時間的持續(xù)激光脈沖串。例如，取決于腔的尺寸，該流動可以是在5m/s的量級上。再一次地，然而，該流速在密封的幾何體中可能難以保持，諸如一些燃料噴射器幾何體。

然而，本實(shí)施例提供的后壁保護(hù)不限于這些激光脈沖和/或定時。可選地，該后壁保護(hù)可以伴隨實(shí)質(zhì)上任何激光脈沖、激光脈沖持續(xù)時間和/或脈沖或脈沖的脈沖串之間的持續(xù)時間使用，同時考慮到激光射到處的區(qū)域內(nèi)的氣泡形成和氣泡崩解、消散和/或移除的時間。進(jìn)一步地，該脈沖開關(guān)和/或控制可類似地結(jié)合后壁保護(hù)襯底(例如，襯底312)使用。因此，脈沖和/或脈沖串控制可被使用，同時該后壁保護(hù)襯底被放置在該正進(jìn)行激光制造加工的物體的腔內(nèi)。

在一些情況下，該流體1530可部分進(jìn)入正在激光制造加工的孔1518，并且相應(yīng)地接近該激光焦點(diǎn)1532。該可能在接近該激光焦點(diǎn)1532處發(fā)生的氣泡形成可在某些情況下增強(qiáng)激光制造加工。例如，第一脈沖串1632造成的，接近該激光焦點(diǎn)的氣泡的形成可允許第二脈沖串1633由于氣泡形成射到相對干燥的表面，在接近激光焦點(diǎn)處提供了增加的等離子體形成和消融，可促進(jìn)激光制造加工達(dá)到期望的激光制造加工(例如，孔1518的形成)，并且可進(jìn)一步防止孔內(nèi)夾帶流體。

圖17示出了一簡化定時圖，表示根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖定時。激光系統(tǒng)可生成一系列脈沖串1712-1723。這些脈沖串的一個子集可被選擇并被引導(dǎo)至該物體以根據(jù)預(yù)定的定時執(zhí)行激光脈沖。在一些情況下，可基于預(yù)定定時控制脈沖限幅器以選擇那些期望的脈沖被引導(dǎo)至該物體。例如，第一和第二脈沖串1712-1713可被選擇，此時第一和第二脈沖串由第一持續(xù)時間(例如，第一持續(xù)時間1732)分隔。如上所描述的，在某些情況下，隨著第一和第二脈沖串被定時，在后壁表面不形成氣泡，直到第二脈沖串1713之后?？商^一系列后續(xù)脈沖串1714-1721，不引導(dǎo)至該物體1510。基于氣泡在后壁表面1524崩解的預(yù)期時間，確定該第二持續(xù)時間1734并且該限幅器可選擇脈沖串的第二子集以引導(dǎo)至該物體1510，例如，第十一和第十二脈沖串1722-1723，與脈沖串集之間預(yù)期的持續(xù)時間相一致。同樣，根據(jù)預(yù)定定時選擇脈沖串的第二子集，以使第十一和第十二脈沖串在實(shí)質(zhì)上所有或所有由于脈沖串的第一子集形成的氣泡崩解且流體1530接觸該后壁表面1524后才射到該后壁表面1524上。在某些情況下，一對脈沖串可從預(yù)定數(shù)量的脈沖串中選出(例如，從每十個脈沖串的集合中選擇兩個脈沖串)。

圖18描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工系統(tǒng)1810的簡化方框圖。該激光制造加工系統(tǒng)1810包括激光系統(tǒng)1812、與將進(jìn)行激光制造加工的物體1816協(xié)作的保護(hù)系統(tǒng)1814、移動控制和/或定位系統(tǒng)1818(下面稱為定位系統(tǒng))，以及控制器1820。

該控制器820可被配置為單個設(shè)備或分離的設(shè)備，諸如包括在激光系統(tǒng)1812、保護(hù)系統(tǒng)1814和/或定位系統(tǒng)1818中的控制器。在一些實(shí)施例中，該控制器1820包括一個或多個處理器和/或微處理器結(jié)合儲存編碼、指令和/或軟件的存儲器以控制該激光制造加工系統(tǒng)1810。在一些實(shí)現(xiàn)中，可通過計算機(jī)結(jié)合激光系統(tǒng)1812、保護(hù)系統(tǒng)1814和定位系統(tǒng)1818中的一個或多個部分執(zhí)行該控制器1820。

該激光系統(tǒng)1812生成該激光脈沖并引導(dǎo)這些激光脈沖，以在該物體上的期望位置處精確影響正進(jìn)行激光制造加工的物體1816。典型地，該激光系統(tǒng)1812包括光學(xué)器件、限幅器等以聚焦和引導(dǎo)該激光脈沖射到該物體1816上。在一些實(shí)施例中，該激光系統(tǒng)1812包括額外的元件和/或特征，諸如延遲路徑等等以產(chǎn)生一個或多個激光脈沖射到該物體1816上以實(shí)現(xiàn)期望的激光制造加工。

該保護(hù)系統(tǒng)1814與該控制器1820以及物體1816協(xié)作，以對該孔或其他正發(fā)生的加工對面的物體部分提供后壁保護(hù)。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)1814供給流體進(jìn)入該腔，以使該流體為該物體1816在正激光制造加工的物體部分的對面的腔的后壁提供保護(hù)。該保護(hù)系統(tǒng)1814進(jìn)一步包括限幅器控制器(例如，脈沖限幅器914和定時器和/或信號處理器946)，與該激光系統(tǒng)1810協(xié)作和/或作為該激光系統(tǒng)1810的一部分，控制從一系列脈沖和/或脈沖串中選擇脈沖和/或脈沖脈沖串的子集。因此，限幅器914、控制器1820以及信號處理器946可，在一些實(shí)現(xiàn)中，引導(dǎo)一系列脈沖或脈沖脈沖串的一個子集至該物體1816，同時防止這些脈沖或脈沖脈沖串中的一些被引導(dǎo)至該物體，以在保護(hù)后壁表面時控制在后壁表面1524處的氣泡形成和/或氣泡的崩解。在一些實(shí)現(xiàn)中，該保護(hù)系統(tǒng)1814可包括額外或可選的組件，諸如但不限于，可供給一道或多道相對于該物體1816的內(nèi)部或外部氣流的氣體供給系統(tǒng)926(例如，外部同軸氣體輔助噴射器、一個或多個沿外表面噴射器、和/或其他此類輔助噴射器)、供給流體進(jìn)入該腔的流體供給系統(tǒng)936、一個或多個流量計932、940、調(diào)壓器930、燒穿檢測器944和/或其他此類組件。

該定位系統(tǒng)1818可與該激光系統(tǒng)1812、保護(hù)系統(tǒng)1814和/或物體1816協(xié)作以定位該激光制造加工系統(tǒng)1810的組件，以精確激光制造加工該物體1816，同時提供后壁保護(hù)。該定位系統(tǒng)可包括一個或多個馬達(dá)、齒輪、泵浦、活塞、液壓裝置、電纜、終端執(zhí)行器、鉗子、和/或其他此類設(shè)備以互相定位組件。例如，在某些情況下，該定位系統(tǒng)1818與該物體1816協(xié)作以在激光制造加工期間對該物體定位和/或維持定位，和/或重定位該物體以執(zhí)行進(jìn)一步的激光制造加工(例如，激光鉆孔多個孔進(jìn)入該物體1816)。此外或可選地，該定位系統(tǒng)1818可與該保護(hù)系統(tǒng)1814協(xié)作以定位至少該保護(hù)系統(tǒng)的一部分以將流體精確施加進(jìn)入該腔。類似地，在一些實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)可對激光系統(tǒng)1812的定位或激光系統(tǒng)的部分在某種程度上提供控制，以精確聚焦并引導(dǎo)該激光脈沖到該物體1816上。

圖19描繪了根據(jù)一些實(shí)施例，在激光制造加工期間提供后壁保護(hù)的過程1910的簡化流程圖。在步驟1912中，激光源被相對于將進(jìn)行激光制造加工的物體(例如，物體1510)而配置。這可包括設(shè)置激光功率及其他此類參數(shù)。進(jìn)一步地，這可包括該激光源、將進(jìn)行激光制造加工的物體和/或該保護(hù)系統(tǒng)和/或襯底的定位。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)被固定且該將進(jìn)行激光制造加工的物體被移動到這樣的位置，以使該保護(hù)襯底位于期望位置。在其他實(shí)施例中，該物體被定位在固定位置且該保護(hù)系統(tǒng)相對于該將進(jìn)行保護(hù)的物體表面被移動到位。進(jìn)一步地，該定位可基于配準(zhǔn)器、傳感器和/或?qū)⒃摫Ｗo(hù)系統(tǒng)的一個或多個部分與該將進(jìn)行激光制造加工的物體的一個或多個部分接觸。

在步驟1914中，流體被供給進(jìn)入該進(jìn)行激光制造加工的物體1510的腔內(nèi)，以至少保持一層流體在后壁表面1524上。在步驟1916中，該激光源被激活。在步驟1920中，一激光脈沖的子集的選擇被引導(dǎo)至該物體1510，其中被引導(dǎo)至該物體的激光脈沖之間的定時被根據(jù)激光強(qiáng)度、從焦點(diǎn)到該后壁表面1524的距離、被供給進(jìn)入該腔的流體、在所供給流體中的預(yù)期氣泡崩解速度、以及其他此類因素而控制。如上所描述的，在某些情況下，可使用包括多個激光脈沖的激光脈沖串，且在一些情況下脈沖串集合被引導(dǎo)至該物體1510，根據(jù)在該后壁表面1524形成的氣泡崩解的預(yù)期時間，預(yù)定脈沖串集合之間的持續(xù)時間。

圖20描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工物體1816的過程2010的簡化流程圖。例如，該過程2010可用于激光鉆孔多個孔進(jìn)入一飛機(jī)或引擎部件(渦輪葉片)、燃料噴射器或其他將在一腔的至少一側(cè)執(zhí)行激光制造加工的物體，其可能將該腔的對面一側(cè)暴露在潛在損傷下。在步驟2012中，流體輸送設(shè)備(例如，噴嘴或噴射器)與固定器(例如，定位固定器712)協(xié)作并連接一流體供給設(shè)備936的出口(例如，流量計940的出口)。在一些實(shí)施例中，該過程包括步驟2014，其中氣體輸送設(shè)備(例如，噴嘴或噴射器)組裝在該固定器(例如，定位固定器712)上，并連接該氣體供給系統(tǒng)926的出口(例如，流量計932的出口)。

在步驟2016中，將要進(jìn)行激光制造加工的物體1816(例如，一燃料噴射器)被這樣定位，以使該將進(jìn)行激光制造加工的物體的一部分將在該激光激活后的焦點(diǎn)處。在一些實(shí)施例中，該定位系統(tǒng)1818可定位該物體1816于期望位置。在步驟2020中，該流體輸送系統(tǒng)被相對于該物體1816的腔定位，以在該腔內(nèi)保持期望的水位。在某些情況下，該腔實(shí)質(zhì)上充滿流體是期望的。在一些實(shí)施例中，該氣體輸送設(shè)備類似地被相對于該腔內(nèi)部放置，以引導(dǎo)氣流跨過該表面將執(zhí)行激光制造加工的一部分(例如，將鉆孔處)。在其他實(shí)施例中，該流體和/或氣體輸送設(shè)備被定位，且之后該物體被實(shí)質(zhì)上相對于該流體和/或氣體輸送設(shè)備定位。

在步驟2022中，針對該激光系統(tǒng)1810而設(shè)置激光參數(shù)，諸如激光功率、脈沖定時(例如，兩倍脈沖定時)和其他此類相關(guān)參數(shù)。在步驟2024中，該一個或多個脈沖限幅器914被配置為設(shè)置一選擇率，其可包括選擇激光脈沖串的一個子集引導(dǎo)至該物體1816，同時引導(dǎo)剩余激光脈沖串離開該物體。在一些實(shí)施例中，步驟2022和2024根據(jù)預(yù)定加工計劃被配置，其可包括在激光制造加工期間隨時間改變一個或多個激光參數(shù)和/或選擇率，諸如基于預(yù)定燒穿定時和/或響應(yīng)檢測到的燒穿。在步驟2026中，該光束輸送系統(tǒng)916被配置為，諸如當(dāng)期望時設(shè)置一鉆頭。

在步驟2030中，該流體供給系統(tǒng)936和氣體供給系統(tǒng)926被配置為設(shè)置該流體和氣體流速，并被激活以開始供給流體和氣體進(jìn)入該物體1816的腔內(nèi)部。在一些實(shí)施例中，氣體在合適時被進(jìn)一步輸送至氣體輔助噴射器。在步驟2032中，該一個或多個快門被設(shè)置為期望的定時且激光鉆孔被激活以在該物體1816中鉆第一個孔。

在一些實(shí)施例中，在該物體1816上可執(zhí)行多個鉆孔或其他激光制造加工。例如，當(dāng)該物體是燃料噴射器，典型地有多個孔被激光鉆孔進(jìn)入該燃料噴射器。因此，一些實(shí)施例包括步驟2034，其中該物體1816被旋轉(zhuǎn)或以其他方式移動到該物體1816上新的目標(biāo)點(diǎn)。在步驟2036中，該物體被放置在該激光焦點(diǎn)。在一些實(shí)現(xiàn)中，該物體1816的旋轉(zhuǎn)和定位由該定位系統(tǒng)1818執(zhí)行。在步驟1840中，該一個或多個快門被設(shè)置為期望的鉆孔時間且激光鉆孔被執(zhí)行。當(dāng)進(jìn)一步的激光鉆孔和/或加工將被執(zhí)行時，該過程2010可返回步驟2034，以為后續(xù)的激光鉆孔或加工旋轉(zhuǎn)或以其他方式重定位該物體1816。

當(dāng)激光鉆孔完成，該過程繼續(xù)到步驟2042，其中該流體輸送設(shè)備和/或氣體傳輸設(shè)備如果被放置在該腔內(nèi)，可從該腔內(nèi)移開。在步驟2044中，后續(xù)物體1816被相對于該激光系統(tǒng)1810放置。在步驟2048中，該流體輸送設(shè)備被相對于該腔放置，且合適時氣體輸送設(shè)備可相對于該腔被放置。在步驟2048中，該后續(xù)物體1816被相對于該激光焦點(diǎn)放置。該過程2010之后可回到步驟2032以設(shè)置快門定時，并實(shí)施該后續(xù)物體的激光鉆孔。

因此，本實(shí)施例對正進(jìn)行激光制造加工的物體部分對面的表面提供保護(hù)。該保護(hù)允許對物體高度精確和精密的激光制造加工，同時保護(hù)該物體防止可能降解該物體或?qū)嵸|(zhì)上使該物體無法使用的外圍損傷。進(jìn)一步地，當(dāng)在制造業(yè)應(yīng)用中使用時，本實(shí)施例提供的后壁保護(hù)可大幅改善生產(chǎn)能力，同時明顯降低，如果還未消除，由于超過閥值水平的外圍損傷而不得不丟棄的物體數(shù)量。此外，可實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)，而不必要引入將需要有效清除的物質(zhì)，且不會產(chǎn)生危險的廢品。

圖21示出了一沒有后壁保護(hù)的物體2110被激光鉆孔的示例橫剖面圖。該激光鉆孔產(chǎn)生兩個孔2112-2113或貫穿該物體2110的壁的通道。如可以看到的，在激光鉆孔期間，該激光脈沖射到激光脈沖形成的孔2112-2113對面的腔2118的后壁表面2116，并且對該后壁表面2116造成明顯的損傷。在某些情況下，這種損傷包括對壁和對物體結(jié)構(gòu)(例如，熱影響區(qū)(HAZ))的損傷，且在某些情況下該損傷可貫穿該壁至該壁2120的外部和/或穿過該壁形成一個或多個孔。取決于該損傷的程度，該進(jìn)行激光制造加工的物體2110可能不能用于其預(yù)期目的或具有大幅降低的預(yù)期使用壽命。例如，激光制造加工噴射器引擎和/或燃料噴射器部分可能對損傷具有零或非常有限的容忍程度。

然而，圖22示出了一物體2210被激光鉆孔的示例橫剖面圖，此時根據(jù)一些實(shí)施例應(yīng)用了后壁保護(hù)。通過提供后壁保護(hù)，一個或多個孔2212-2213，通道或其他激光制造加工可在該物體2210中被精確生成，而不損傷該孔2212-2213對面的腔2218的后壁表面2216。因此，使用后壁保護(hù)可大幅提高生產(chǎn)的物體的質(zhì)量，提高可用于它們的預(yù)期目的的物體的生產(chǎn)數(shù)量，提高激光制造加工物體的使用壽命以及其他此類益處。

進(jìn)一步地，一些實(shí)施例提供的后壁保護(hù)可允許該激光制造加工非常精確且高度精密。例如，在一些實(shí)施例中，可形成激光孔2212-2213，這些孔具有大約為50微米的直徑2230，這些孔貫穿具有鋼壁的物體，其厚度2232為大約1.4mm或更大(例如，1.0mm的壁厚度以及在45度角形成的孔)，同時沒有HAZ效應(yīng)。進(jìn)一步地，該激光制造加工可產(chǎn)生多個靠得很近的孔，同時仍限制或防止后壁損傷。例如，兩個孔2212-2213可形成在彼此的150μm或更小之內(nèi)。此外，該后壁保護(hù)防止內(nèi)部殘骸接觸后壁表面、防止熱飛濺并限制或防止在后壁表面處暴露在熱等離子體下。一些實(shí)施例進(jìn)一步地，不管進(jìn)行激光制造加工的材料提供后壁保護(hù)，而不需要在腔內(nèi)和/或后壁表面上夾帶保護(hù)材料，可能需要大量的和/或成本高的清潔來去除此類保護(hù)材料。

相對于不使用保護(hù)襯底312的實(shí)施例，那些使用保護(hù)襯底312和/或嵌入腔和/或在預(yù)期激光及后壁表面之間的保護(hù)系統(tǒng)310的實(shí)施例可典型地用于承受較高的激光強(qiáng)度和/或功率。進(jìn)一步地，當(dāng)保護(hù)襯底312被放置在該腔內(nèi)時，執(zhí)行激光制造加工時脈沖定時可配置為這樣，在脈沖和/或脈沖串之間的定時相對于沒有該保護(hù)襯底312時的定時可減少，且替代對脈沖串定時的控制以允許在先脈沖或脈沖串形成的氣泡崩解。

圖23描繪了根據(jù)一些實(shí)施例的激光制造加工保護(hù)系統(tǒng)2310的橫剖面簡圖。該保護(hù)系統(tǒng)2310包括犧牲性的插入物或保護(hù)襯底2312、提供流體2316的流體源2314、以及一個或多個氣體源2318、2320。該保護(hù)襯底2312被放置成接近或接觸進(jìn)行激光制造加工的物體2324的后壁表面。該流體源2314被相對于該物體的腔2326放置以便流體2316層保持在該腔內(nèi)。該流體源2314，諸如導(dǎo)管、噴嘴等是控制流體流進(jìn)入該腔的流體供給系統(tǒng)936的一部分。類似地，在一些實(shí)施例中，該氣體源2318可為導(dǎo)管、噴嘴等等，是提供氣體(例如，空氣)進(jìn)入該腔及沿該腔表面以限制或防止流體2316進(jìn)入該孔2330的氣體供給系統(tǒng)926的一部分。一些實(shí)施例可包括第二氣體源2320，其為氣體供給系統(tǒng)926的一部分或是獨(dú)立氣體供給系統(tǒng)，引導(dǎo)氣體(例如，空氣)與該激光2332同軸(注意到可能包括一個或多個額外或可選氣體源，諸如供給氣體橫跨該物體2324外表面的噴嘴)。

流體2316典型地不具有激光吸收或色散性質(zhì)并提供該保護(hù)襯底2312的冷卻。激光脈沖2332隨著孔繼續(xù)形成穿過該孔2330射到該保護(hù)襯底2312上。同樣，該保護(hù)襯底2312和流體2316在激光制造加工期間為該物體2324的后壁提供保護(hù)。在某些情況下，該流體2316被引導(dǎo)流過該保護(hù)襯底2312，其可從被激光射到的區(qū)域移除流體中可能形成的氣泡，這樣該流體仍然接觸該保護(hù)襯底表面并在該表面增強(qiáng)反射率。該保護(hù)襯底2312可由實(shí)質(zhì)上任何可承受重復(fù)暴露于激光制造加工該物體2324中所使用的激光脈沖的適合材料構(gòu)成，諸如但不限于銅、鎳、鋼、碳、陶瓷、或其他此類材料或此類材料組合。在某些情況下，該保護(hù)襯底2312可由高反射材料構(gòu)成和/或具有反射材料涂層。該保護(hù)材料2312可包括表面結(jié)構(gòu)和/或不規(guī)則，諸如那些上面所描述的。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底2312可由多孔材料構(gòu)成。

圖24示出了根據(jù)一些實(shí)施例的可選激光制造加工保護(hù)系統(tǒng)2410的橫剖面簡圖。該保護(hù)系統(tǒng)2410包括中空保護(hù)襯底2412以及流體源2414。該保護(hù)襯底2412相對于該進(jìn)行激光制造加工的物體2432的后壁2428以腔2426被放置。該流體源2414將流體2416供給進(jìn)入該保護(hù)襯底的中空部2418。該保護(hù)襯底2412由多孔材料構(gòu)成，諸如多孔銅、碳等等。典型地，保護(hù)襯底中這些孔的尺寸足夠小，這樣流體不會輕易流出該保護(hù)襯底。當(dāng)激光脈沖2420射到該保護(hù)襯底2412上，該保護(hù)襯底受熱導(dǎo)致鄰近外表面、在保護(hù)襯底的孔內(nèi)和/或內(nèi)部的流體沸騰產(chǎn)生蒸汽2422，至少通過該保護(hù)襯底的孔部分釋放并且，諸如通過氣流、真空等等，離開該物體2432的腔2430。在一些實(shí)現(xiàn)中，這些孔被配置成這樣，流體被迫以期望的速度通過這些氣孔(或孔，取決于該保護(hù)襯底的配置)，以保持在該激光射到其上的保護(hù)襯底2412表面上的流體。當(dāng)激光射到，可能汽化的流體被通過該氣孔和/或孔釋放的進(jìn)一步的流體代替。

該保護(hù)襯底2412，在某些情況下，被接近該后壁2428放置，且經(jīng)常被盡可能靠近改后比放置，這增加了該保護(hù)襯底和激光焦點(diǎn)之間的距離，且考慮到該腔的結(jié)構(gòu)、該流體流以及其他相關(guān)因素。在一些實(shí)現(xiàn)中，該保護(hù)襯底2412可被配置為旋轉(zhuǎn)對稱。該旋轉(zhuǎn)對稱保護(hù)襯底在加工中可旋轉(zhuǎn)，以在加工時暴露該表面的不同部分。在某些情況下，該保護(hù)襯底可連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

在此描述的這些方法、技術(shù)、控制、系統(tǒng)、設(shè)備等等可用于、實(shí)施于和/或運(yùn)行于與一個或多個激光源協(xié)作的許多不同類型的設(shè)備和/或系統(tǒng)。參考圖25，示出了一種系統(tǒng)2510，根據(jù)一些實(shí)施例，可用于任何此類實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)2510的一個或多個組件可用于執(zhí)行上述或下述的任何設(shè)備、系統(tǒng)或裝置，或此類系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的部分，諸如例如上述或下述的任何控制器820、922、946、1820，定位系統(tǒng)818、924、1818，等等。然而，該系統(tǒng)2510或其任何部分的使用當(dāng)然不是必須的。

通過示例的方式，該系統(tǒng)2510可包括控制器或處理器模塊2512、存儲器2514、用戶界面2516、以及一個或多個通信連接、路徑、總線等等2520。能量源或能量供應(yīng)(未示出)被包括在或結(jié)合在該系統(tǒng)2510。該控制器2512可通過一個或多個處理器、微處理器、中央處理單元、邏輯電路、本地數(shù)字存儲器、固件和/或其他控制硬件和/或軟件執(zhí)行，且可被用于執(zhí)行或輔助執(zhí)行在此描述的方法和技術(shù)中的步驟，并控制各種激活、定位、選擇、速度、持續(xù)時間、流速、壓力、定時、檢測、移動等。該用戶界面2516可允許用戶與該系統(tǒng)2510互動，設(shè)置參數(shù)、調(diào)整運(yùn)作條件及通過該系統(tǒng)接收信息。在某些情況下，該用戶界面2516包括顯示器2522和/或一個或多個用戶輸入2524、諸如鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球、按鈕、觸摸屏、遠(yuǎn)程控制等等，可以是該系統(tǒng)2510的一部分，或以有線或無線結(jié)合該系統(tǒng)。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)2510可進(jìn)一步包括一個或多個通信接口、端口、收發(fā)器2518等等，允許該系統(tǒng)2510與激光制造加工系統(tǒng)的其他組件和/或控制器通信，在分布式網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、因特網(wǎng)、通信連接2520、連接其他設(shè)備的其他網(wǎng)絡(luò)或通信渠道中和其他設(shè)備通信和/或其他此類通信。進(jìn)一步地該收發(fā)器2518可配置為有線、無線、光學(xué)、光纖電纜或其他此類通信配置或此類通信的組合。

該系統(tǒng)2510包括基于控制和/或處理器的具有控制器2512的系統(tǒng)的示例。再一次地，該控制器2512可通過一個或多個處理器、控制器、中央處理單元、邏輯單元、軟件等等執(zhí)行。進(jìn)一步地，在一些實(shí)現(xiàn)中該控制器2512可提供多處理器功能。

該存儲器2514，可通過控制器2512存取，典型地包括一個或多個處理器可讀和/或計算機(jī)可讀介質(zhì)，由至少該控制器2512訪問，且可包括易失性和/或非易失性介質(zhì)，諸如RAM、ROM、EEPROM、閃存和/或其他存儲技術(shù)。進(jìn)一步地，該存儲器2514被示為在該系統(tǒng)2510內(nèi)部；然而，該存儲器2514可以是內(nèi)部的、外部的或內(nèi)部及外部存儲器的組合。該外部存儲器可實(shí)質(zhì)上為任何合適存儲器，諸如但不限于，一個或多個閃存安全數(shù)字(SD)卡、通用串行總線(USB)記憶棒或驅(qū)動器、其他存儲卡、硬盤驅(qū)動器及其他此類存儲器或此類存儲器組合。該存儲器2514可存儲編碼、軟件、可執(zhí)行文件、腳本、參數(shù)、設(shè)置、限制和/或閥值、日志或歷史數(shù)據(jù)、用戶信息等等。

圖26示出了根據(jù)一些實(shí)施例，具有可類似于圖4中的保護(hù)襯底312的保護(hù)襯底2612的保護(hù)系統(tǒng)2610的圖。該保護(hù)襯底2612與實(shí)質(zhì)上直接靠近該保護(hù)襯底的流體導(dǎo)管2614協(xié)作。進(jìn)一步地，該保護(hù)襯底2612與該流體導(dǎo)管2614的中心軸以一角度放置。進(jìn)一步地，該角度經(jīng)常被選擇為這樣，該激光2620也以一斜角射到該保護(hù)襯底上。在這種配置中，流體2640(由虛線表示)從該導(dǎo)管終端2642排出，以該保護(hù)襯底和該流體導(dǎo)管2614之間的角度直接影響該保護(hù)襯底的第一表面2616。因此，該流體接觸該保護(hù)襯底時改變了方向。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，當(dāng)存在于該保護(hù)襯底2612時，流體2640被迫進(jìn)入該網(wǎng)格(見圖5)的開口512。該導(dǎo)管2614可為實(shí)質(zhì)上任何合適尺寸或直徑2622，適合于該進(jìn)行激光制造加工的物體的腔內(nèi)，且允許相對于該將被保護(hù)的物體的表面精確布局該保護(hù)襯底2612。

圖27示出了根據(jù)一些實(shí)施例，具有與流體導(dǎo)管2714協(xié)作的保護(hù)襯底2712的保護(hù)系統(tǒng)2710的圖。在該實(shí)施例中，該流體導(dǎo)管2714具有相對于圖26中的流體導(dǎo)管2614的直徑2622減小的直徑2722。這種縮小的實(shí)施例允許該保護(hù)系統(tǒng)2710用于和/或插入較小的空間和/或進(jìn)入較小的將進(jìn)行激光制造加工的物體。保護(hù)襯底2712從該導(dǎo)管2714延伸出，且典型地相對于該導(dǎo)管接近該導(dǎo)管2714的終端2742處的中心軸以一角度伸出。在使用時，該保護(hù)襯底2712被這樣放置，以使該激光2620入射到該保護(hù)襯底2722上，其在一些實(shí)施例中包括多個開口512或凹處。在一些配置中，該流體導(dǎo)管2714還額外不同于圖26的流體導(dǎo)管2614，在于該流體導(dǎo)管可包括彎曲2736，接近但隔開該流體導(dǎo)管2714的終端2742一段距離。該彎曲2736可進(jìn)一步結(jié)合基于該進(jìn)行激光制造加工的物體并且允許該保護(hù)系統(tǒng)2710相對于該將被保護(hù)的物體的表面而放置。因此，該彎曲2736重定向該流體，導(dǎo)致至少大部分流體實(shí)質(zhì)上平行于該保護(hù)襯底2712表面離開該導(dǎo)管2714。典型地，該通過該導(dǎo)管2714的流體流少于通過圖26中的保護(hù)系統(tǒng)2610的導(dǎo)管2614的流體流。進(jìn)一步地，該流體的平行路徑限制了進(jìn)入開口512，如果存在，的流體量。

圖28示出了根據(jù)一些實(shí)施例的，用于保護(hù)進(jìn)行激光制造加工的物體表面的保護(hù)系統(tǒng)2812的透視圖。圖29示出了根據(jù)一些實(shí)施例，沿圖28的保護(hù)系統(tǒng)2812的長度的一部分的橫剖面視角簡圖。圖30示出了根據(jù)一些實(shí)施例，圖28的保護(hù)系統(tǒng)2812的透視圖，涉及安裝標(biāo)桿或裝置3010，用于在一將進(jìn)行激光制造加工的物體中定位該保護(hù)系統(tǒng)2812的保護(hù)襯底2822。參考圖28-30，該保護(hù)系統(tǒng)2812包括第一或流體輸送導(dǎo)管2814、第二或流體去除導(dǎo)管2816、流體重定向元件2820、以及保護(hù)襯底2822。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)2812包括一個或多個定位間隔器或配準(zhǔn)器2830-2832。

該重定向元件2820被接近該輸送導(dǎo)管2814而放置，且在一些實(shí)施例中由該輸送導(dǎo)管的終端固定和/或延伸出。典型地，該重定向元件2820進(jìn)一步從該輸送導(dǎo)管延伸出，相對于該輸送導(dǎo)管的軸成一角度，以延伸至少部分超出該輸送導(dǎo)管的終端。該保護(hù)襯底2822接近該去除導(dǎo)管2816的終端被放置，且在一些實(shí)施例中由該去除導(dǎo)管的終端固定和/或延伸出。類似于重定向元件2820，該保護(hù)襯底2822也典型地相對于該去除導(dǎo)管的軸成一角度從該去除導(dǎo)管延伸出，以延伸至少部分超出該去除導(dǎo)管2816的終端。

該輸送導(dǎo)管2814及去除導(dǎo)管2816被這樣定位，該重定向元件2820及該保護(hù)襯底2822互相并列放置。此外，在一些實(shí)施例中，該重定向元件2820及該保護(hù)襯底2822被放置成彼此相對，這樣該重定向元件2820及該保護(hù)襯底2822成一角度朝向?qū)Ψ?。該流體2824被引入該保護(hù)系統(tǒng)2812且被迫通過該輸送導(dǎo)管2814流向該重定向元件2820。至少一部分實(shí)施例且在一些實(shí)施例中，大部分流體被該重定向元件2820重定向從而朝著該保護(hù)襯底2822。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底包括開口512的網(wǎng)格或在此描述的其他特征。典型地，該重定向元件2820不包括開口網(wǎng)格。在一些實(shí)施例中，至少一定百分比的流體2824通常被該重定向元件2820相對于該保護(hù)襯底2822的表面以一斜角重定向，且具有足夠力量和體積，這樣一些流體被迫以一速度進(jìn)入該網(wǎng)格的開口512，以限制或防止對該保護(hù)襯底的損傷，類似于在上面通過其他實(shí)施例所描述的保護(hù)。進(jìn)一步地，通過該輸送導(dǎo)管2814輸送的流體的一些典型地通過該去除導(dǎo)管2816回流。例如，在一些實(shí)施例中，大約10％的流體沿該去除導(dǎo)管返回?？赡芡ㄟ^該去除導(dǎo)管回流的流體的多少取決于該去除導(dǎo)管的尺寸、流體輸送量、流體重定向的量以及其他此類因素。在一些實(shí)施例中國，該去除導(dǎo)管可替換為棒、梁或其他結(jié)構(gòu)以定位該保護(hù)襯底。

該保護(hù)系統(tǒng)2812實(shí)質(zhì)上可為任何尺寸且典型地被相對于該進(jìn)行加工的物體配置。例如，在一些實(shí)施例中，橫跨由配準(zhǔn)器保證定位恰當(dāng)?shù)妮斔秃腿コ龑?dǎo)管2814、2816這兩者的距離2914可在1mm至2mm的范圍內(nèi)(例如，1.5mm)。類似地，在一些實(shí)施例中，該輸送導(dǎo)管和/或去除導(dǎo)管的直徑2916可為大約100-1000微米。該輸送和去除導(dǎo)管的直徑，然而，不必要一定相同，且實(shí)質(zhì)上可為任何尺寸，取決于許多因素，諸如但不限于該保護(hù)襯底2822將要放置進(jìn)入的區(qū)域尺寸、期望的流體量、激光強(qiáng)度和/或脈沖頻率、和/或其他此類因素。因此，該橫跨兩個導(dǎo)管的距離2914也取決于實(shí)現(xiàn)而變化，且實(shí)質(zhì)上可為任何適合該進(jìn)行激光制造加工的物體的腔，且同時輸送足夠的流體2824且對該腔的內(nèi)表面(例如，后壁)提供保護(hù)的合適尺寸。

該保護(hù)系統(tǒng)2812被放置在一將進(jìn)行激光制造加工的物體內(nèi)，保護(hù)襯底2822被這樣放置，以使該激光2912在穿過該物體的加工表面后，射到該保護(hù)襯底2822上。在許多實(shí)現(xiàn)中，該激光2912可進(jìn)一步射到并燒穿該重定向元件2820。然而，由該激光造成的重定向元件2820的損傷典型地相對于其功能被最小化了，且不會有害地干擾該重定向元件2820重定向該流體2824流向該保護(hù)襯底2822的能力。

這些配準(zhǔn)器2830-2832沿至少該保護(hù)系統(tǒng)2812的長度的一部分分隔開。在一些實(shí)施例中，這些配準(zhǔn)器沿導(dǎo)管2814、2816被安全定位，例如，通過環(huán)氧樹脂2840、焊接、粘合劑、夾鉗、或其他此類材料或結(jié)構(gòu)。這些配準(zhǔn)器被配置為，至少在一些實(shí)施例中，具有的尺寸允許至少一些配準(zhǔn)器被插入該將進(jìn)行激光制造加工的物體，并相對于該將被保護(hù)物體的表面幫助定位和保持該保護(hù)襯底2822的一部分。此外，在一些實(shí)施例中，這些配準(zhǔn)器2830-2832進(jìn)一步保持該輸送導(dǎo)管2814相對于該去除導(dǎo)管2816的定位。

圖31示出了根據(jù)一些實(shí)施例，放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體3110(例如，燃料噴射器)內(nèi)的圖28的保護(hù)系統(tǒng)2812的一部分的局部橫剖面視角簡圖。圖32示出了根據(jù)一些實(shí)施例，圖31的保護(hù)系統(tǒng)2812在軸A-A的橫剖面視角簡圖。該保護(hù)襯底2822的定位在許多實(shí)施例中是關(guān)鍵的，部分由于該保護(hù)襯底相對小的尺寸、用于執(zhí)行加工的激光器的小尺寸、以及在許多情況下該進(jìn)行激光制造加工的物體、和/或該保護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)襯底可以放入的區(qū)域或腔的小尺寸。因此，這些配準(zhǔn)器2830-2832可配置為該保護(hù)襯底2822提供相對于該進(jìn)行激光制造加工的物體3110的額外定位。這些配準(zhǔn)器可實(shí)質(zhì)上為任何配置和/或形狀，取決于將進(jìn)行激光制造加工的物體以及該保護(hù)將插入的腔。

該保護(hù)系統(tǒng)2812被放置成這樣，在圖31-32的示例中，該重定向元件2820以及保護(hù)襯底2822鄰近該物體3110且在某些情況下接觸該物體3110的內(nèi)表面。進(jìn)一步地，在一些實(shí)現(xiàn)中，該保護(hù)系統(tǒng)2812被配置為這樣，該保護(hù)襯底2822和/或該重定向元件2820的終端打算接觸該物體3110(例如，在封閉端3112)以幫助在該物體的腔內(nèi)配準(zhǔn)和/或定位該保護(hù)系統(tǒng)2822。此外，當(dāng)插入一些物體3110時，該物體放置該保護(hù)襯底處的形狀和/或配置可造成該重定向元件2820和/或該保護(hù)襯底2822彎折或互相靠近。因此，在一些實(shí)施例中，在該物體3110的內(nèi)表面以及該重定向元件2820和/或該保護(hù)襯底2822的外表面之間可能僅有極小的或沒有空間。

進(jìn)一步地，這些配準(zhǔn)器2830-2832額外輔助定位該保護(hù)系統(tǒng)2812以及保護(hù)襯底2822在相對于該進(jìn)行激光制造加工的物體3110的期望位置。在一些實(shí)施例中，一額外的配準(zhǔn)器可被放置以確保該保護(hù)襯底2822僅以期望深度插入該腔。其他此類配準(zhǔn)器、結(jié)構(gòu)或其他測量設(shè)備可用于定位該保護(hù)系統(tǒng)2812和保護(hù)襯底2822。

如圖31-32的示例所示，該物體3110具有圓柱形配置，具有圓截面且向封閉端3112的點(diǎn)錐化。該激光制造加工，在該實(shí)現(xiàn)中，將接近該封閉端發(fā)生。在該配置中，這些配準(zhǔn)器2830-2832可具有普通的圓形配置以對應(yīng)普通的圓截面。如圖32所示，該配準(zhǔn)器2830具有普通的圓形外圓周長3214且包圍該輸送和去除導(dǎo)管2814、2816。再一次地，在一些實(shí)施例中，這些配準(zhǔn)器2830-2832的形狀可由保護(hù)系統(tǒng)2812將要插入的腔的形狀決定。例如，當(dāng)該腔的尺寸相對小時，該間隙3124可非常小(例如，200微米或更小)。在一些實(shí)現(xiàn)中，在導(dǎo)管和物體3110的內(nèi)表面之間可能沒有配準(zhǔn)器的部分。

此外，在一些實(shí)施例中，一個或多個配準(zhǔn)器2830-2832可包括一個或多個切口3216、開口或其他此類結(jié)構(gòu)，或由網(wǎng)格或其他多孔材料構(gòu)成。這些切口3216(或其他此類結(jié)構(gòu))允許流體2640通過這些配準(zhǔn)器離開進(jìn)行激光制造加工的物體3110。注意到圖32示出了實(shí)質(zhì)上位于配準(zhǔn)器2830圓形直徑中心的輸送和去除導(dǎo)管2814、2816。在其他實(shí)施例中，然而，該輸送和/或去除導(dǎo)管可相對于該配準(zhǔn)器2830偏離中心。例如，該輸送和去除導(dǎo)管可定位為偏離中心且靠近該配準(zhǔn)器2830的外圓周長3214或甚至位于該外圓周長上。這種配置，在一些實(shí)施例中，可允許該保護(hù)襯底2822被放置地距該激光2912焦點(diǎn)更遠(yuǎn)，減少激光在該保護(hù)襯底上的強(qiáng)度。

這些配準(zhǔn)器2830-2832實(shí)質(zhì)上可由任何相關(guān)的材料構(gòu)成，該材料可按期望的形狀來形成和/或進(jìn)行加工，可與導(dǎo)管協(xié)作，且可承受流體及其導(dǎo)致的溫度。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，這些配準(zhǔn)器可由金屬或金屬合金、塑料、陶瓷、玻璃、硅、或其他此類材料或材料組合組成。

返回參考圖30，該保護(hù)系統(tǒng)2812穿過該安裝裝置3010的通道或鉆孔3012并被引導(dǎo)進(jìn)入該物體3110的腔內(nèi)。在一些實(shí)施例中，該安裝裝置3010進(jìn)一步包括夾鉗3014或其他此類設(shè)備以確保該保護(hù)系統(tǒng)2812在以期望位置和/或深度插入該物體3110時，進(jìn)入固定位置。如上所描述的，該輸送導(dǎo)管2814可包括流體接頭3016以結(jié)合流體源供應(yīng)流體2824進(jìn)入該保護(hù)系統(tǒng)2812，并相應(yīng)進(jìn)入該進(jìn)行激光制造加工的物體3110的腔。還可包括一安裝結(jié)構(gòu)3020，以相對于固定該將進(jìn)行激光制造加工的物體3110的固定器定位該安裝裝置3010。在一些實(shí)施例中，當(dāng)該物體將在多個位置進(jìn)行激光制造加工或鉆孔時，一旦該保護(hù)系統(tǒng)2812被放置進(jìn)入該物體3110并相對于該激光2912對準(zhǔn)，該物體3110可被繞該保護(hù)系統(tǒng)2812旋轉(zhuǎn)。因此，該激光系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)不需要進(jìn)行復(fù)位。

進(jìn)一步地，該保護(hù)系統(tǒng)2812可重復(fù)用于許多激光制造加工(例如，單個物體中的多個激光鉆孔)且典型地用于許多不同物體(例如，多個物體，每個物體具有多個激光鉆孔)。有許多因素影響保護(hù)襯底2822和/或保護(hù)系統(tǒng)2818的可使用次數(shù)，諸如但不限于激光2912的強(qiáng)度、該保護(hù)襯底2822距離該激光2912焦點(diǎn)的距離、該激光的脈沖類型、檢測激光穿透該物體的加工表面的精確度以及其他此類因素。

在執(zhí)行激光制造加工時，在某些情況下其可按照上面描述的一個或多個過程、方法和/或控制系統(tǒng)的使用執(zhí)行，該激光2912可被引導(dǎo)至該物體3110的一個或多個期望位置(例如，接近該物體的封閉端3112)。一旦該物體3110的壁上形成孔3114，該激光進(jìn)入該物體的腔且可射到對面或后壁3116上。該保護(hù)系統(tǒng)2812被放置在該腔內(nèi)，具有保護(hù)襯底2822，這樣該激光2912入射到該保護(hù)襯底上。如上所描述的，該流體2824被該重定向元件2820重定向以影響該保護(hù)襯底2822被激光射到的表面上。該流體可增強(qiáng)該保護(hù)襯底的反射率、驅(qū)散激光2912造成的熱、限制在該保護(hù)襯底表面形成的等離子體擴(kuò)散從而幫助減少局部激光吸收的增加、并提供其他益處。

一些實(shí)施例可進(jìn)一步包括外部氣體輔助噴射源3120，在一些實(shí)現(xiàn)中其與該激光2912同軸。該氣體源3120可引導(dǎo)氣體(例如，空氣)流向進(jìn)行激光鉆孔的孔3114，部分去除在激光制造加工器件的雜物和/或抑制腔內(nèi)的流體2824進(jìn)入已經(jīng)鉆孔的孔。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)310進(jìn)一步包括氣體導(dǎo)管340，其也被配置為放置在該腔318內(nèi)。進(jìn)一步地，該氣體流導(dǎo)管可被相對于該腔正進(jìn)行鉆孔的孔330處的部分放置。氣體，諸如空氣、氧氣或其他合適的氣體可被引導(dǎo)進(jìn)入該腔以限制，并在某些情況下，防止輸送導(dǎo)管2814提供的液體進(jìn)入激光制造加工已經(jīng)形成的孔3114。在一些實(shí)施例中，該重定向元件2820針對該氣體流(例如，來自外部氣體輔助噴射源3120和/或來自內(nèi)部氣體輔助噴射源，如果其存在)提供額外的保護(hù)。

圖33A示出了根據(jù)一些實(shí)施例，一激光保護(hù)系統(tǒng)3312一部分的橫剖面視角簡圖。圖33B示出了根據(jù)一些實(shí)施例，放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體3110內(nèi)的圖33A的激光保護(hù)系統(tǒng)3312的一部分的局部橫剖面視角簡圖。該保護(hù)系統(tǒng)3312包括圖28-32的保護(hù)系統(tǒng)2812并進(jìn)一步包括同軸對齊的內(nèi)部氣體輔助噴射源3314。在一些實(shí)施例中，該內(nèi)部氣體輔助噴射源3314包括導(dǎo)管或保護(hù)系統(tǒng)2812放置于其中的管。氣體3316(例如，空氣、氮?dú)獾?被引導(dǎo)圍繞該保護(hù)系統(tǒng)2812以從接近該重定向元件2820和保護(hù)襯底2822的該內(nèi)部氣體輔助噴射源3314的終端3320排出。氣體供給量和/或氣體供給壓力可變化，取決于該實(shí)現(xiàn)。典型地，然而，該壓力被維持在某一水平以避免將流體2824吹離該保護(hù)襯底2822，同時輔助防止該流體進(jìn)入正進(jìn)行激光鉆孔的孔3114(諸如此類)。在一些實(shí)施例中，例如，該氣體可以小于15磅/平方英寸的壓力供給。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)3312可伴隨圖30的安裝裝置3010、圖7的定位固定器712、和/或其他此類安裝或定位系統(tǒng)使用。

在一些實(shí)施例中，該保護(hù)系統(tǒng)3312可包括類似于圖28和31中的第一組配準(zhǔn)器2830-2831以相對于該內(nèi)部氣體輔助噴射源3314的管定位該輸送和去除導(dǎo)管。一些實(shí)施例額外包括第二組配準(zhǔn)器3330-3331，被配置為，至少部分，相對于該進(jìn)行激光制造加工的物體3110定位該保護(hù)系統(tǒng)3312。再一次地，該第二組配準(zhǔn)器3330-3331允許氣體3316穿過或圍繞這些配準(zhǔn)器。例如，在一些實(shí)施例中，該第二組配準(zhǔn)器3330-3331可包括一個或多個切口、孔或其他此類結(jié)構(gòu)以允許氣體穿過。

再一次地，在激光制造加工期間，該激光2912生成穿過該物體3110的壁的孔3114，該保護(hù)襯底2822被這樣放置，以使該激光射到該保護(hù)襯底上。如上所描述的，該激光可進(jìn)一步在該重定向元件2820中造成孔，但該保護(hù)襯底2822為該物體的對側(cè)表面提供保護(hù)。該重定向元件2820繼續(xù)重定向流體，同時提供一些保護(hù)，來自于氣體驅(qū)散來自該保護(hù)襯底2822的表面的逆流流體量。

圖34A示出了根據(jù)一些實(shí)施例，一激光保護(hù)系統(tǒng)3412一部分的橫剖面視角簡圖。圖34B示出了根據(jù)一些實(shí)施例，放置在一進(jìn)行激光制造加工的示范物體內(nèi)的圖34A的激光保護(hù)系統(tǒng)3412的一部分的局部橫剖面視角簡圖。該保護(hù)系統(tǒng)3412包括延伸到封閉端3416的流體導(dǎo)管3414。還進(jìn)一步包括保護(hù)襯底3422，且典型地被接近該封閉端3416定位。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底3422包括開口512的網(wǎng)格、為多孔的和/或以其他方式允許流體2824穿過該保護(hù)襯底的外部。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底可相對于該導(dǎo)管3414安排為成一斜角和/或可取決于該激光2912的期望角度。該流體2824被供給至該導(dǎo)管3414的內(nèi)部，具有足夠壓力導(dǎo)致該流體通過開口312的網(wǎng)格流出該保護(hù)襯底3422。

在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底3422在形成該形成進(jìn)入其中的孔的網(wǎng)格的封閉端的帽3424內(nèi)形成。該保護(hù)襯底實(shí)質(zhì)上可形成為以實(shí)質(zhì)上任何角度相對于該導(dǎo)管3414，且典型地取決于將進(jìn)行激光制造加工的預(yù)期物體以及激光進(jìn)入該腔的角度而形成。此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，因?yàn)樵撁?424的厚度，該保護(hù)襯底3422的厚度相對于該道觀尺寸可增加。在一些實(shí)施例中，凹處或腔3426可在該帽3424內(nèi)形成，以形成該保護(hù)襯底3422的厚度。類似地，在一些實(shí)施例中，該凹處3426相對于該導(dǎo)管3414的角度可相當(dāng)于該保護(hù)襯底的外表面的角度。在其他實(shí)施例中，該凹處3426的角度可偏離該保護(hù)襯底的角度，造成該保護(hù)襯底厚度變化。該帽和/或保護(hù)襯底實(shí)質(zhì)上可由任何合適材料構(gòu)成，諸如上面所描述的。例如，在一些實(shí)施例中，該帽3424和保護(hù)襯底3422可由構(gòu)成。

該保護(hù)系統(tǒng)3412被放置在將進(jìn)行激光制造加工的物體內(nèi)，所放位置這樣，以使該激光2912射到該保護(hù)襯底3422以及排出經(jīng)過該保護(hù)襯底的流體2824上。在一些實(shí)施例中，該保護(hù)襯底3422被放置在距該激光焦點(diǎn)最大距離，但仍適合于為該物體對側(cè)表面提供保護(hù)處。進(jìn)一步地，在許多實(shí)施例中，該導(dǎo)管3414以及該帽3424的直徑可能小于一些其他保護(hù)系統(tǒng)。例如，在一些實(shí)施例中，該導(dǎo)管3414的直徑可能小于100微米，且在一些實(shí)施例中小于50微米。這可允許該保護(hù)襯底3422放置在，至少在一些配置中，進(jìn)一步遠(yuǎn)離該激光2912的焦點(diǎn)。一些實(shí)施例進(jìn)一步包括一個或多個間隔器或配準(zhǔn)器2830-2831。再一次地，這些配準(zhǔn)器2830-2831可為該保護(hù)襯底3422相對于該將進(jìn)行激光制造加工的物體3110的壁提供精確的定位。進(jìn)一步地，這些配準(zhǔn)器可配置為具有切口、開口或其他結(jié)構(gòu)以允許流體2824離開該物體3110。

圖35示出了由于沒有后壁保護(hù)執(zhí)行激光制造加工，一物體3110被激光損傷3512的圖。圖36示出了根據(jù)一些實(shí)施例，在使用后壁保護(hù)時執(zhí)行激光制造加工后，沒有后壁損傷的物體3110的圖。因此，本實(shí)施例的保護(hù)系統(tǒng)為進(jìn)行激光制造加工的物體提供了明顯的保護(hù)。

上面或下面描述的這些實(shí)施例、方法、過程、途徑、和/或技術(shù)中的一個或多個可在一個或多個計算機(jī)程序中執(zhí)行，可通過基于處理器的系統(tǒng)執(zhí)行。通過示例的方式，這樣的基于處理器的系統(tǒng)可包括基于處理器的系統(tǒng)2510、計算機(jī)等等。這樣的計算機(jī)程序可用于執(zhí)行上面或下面描述的方法、過程和/或技術(shù)的各種步驟和/或特征。也就是說，該計算機(jī)程序可調(diào)整為造成或配置一基于處理器的系統(tǒng)以執(zhí)行并實(shí)現(xiàn)上面或下面所描述的功能。例如，這樣的計算機(jī)程序可用于執(zhí)行上面或下面描述的步驟、過程或技術(shù)中的任何實(shí)施例，以在激光制造加工時保護(hù)物體的后壁表面。作為另一個示例，這樣的計算機(jī)程序可用于執(zhí)行使用上面或下面描述的實(shí)施例、方法、過程、途徑，和/或技術(shù)中的任何一個或多個的，任何類型的機(jī)械或類似功用。在一些實(shí)施例中，該計算機(jī)程序中的程序代碼模塊、循環(huán)、子程序等等可用于執(zhí)行上面或下面所描述的方法、過程和/或技術(shù)中的各種步驟和/或特征。在一些實(shí)施例中，該計算機(jī)程序可存儲或嵌入計算機(jī)可讀存儲器或記錄媒體或媒質(zhì)，諸如任何再次描述的計算機(jī)可讀存儲器或記錄媒體或媒質(zhì)。

在本說明書中描述的許多功能單元已被稱為系統(tǒng)、設(shè)備或模塊，是為了更特別地強(qiáng)調(diào)它們執(zhí)行的獨(dú)立性。例如，系統(tǒng)可能作為硬件電路執(zhí)行，包括常說的VLSI電路或門陣列、現(xiàn)成的半導(dǎo)體諸如邏輯芯片、晶體管，或其他分立元器件。系統(tǒng)還可以在可編程硬件設(shè)備中執(zhí)行，諸如現(xiàn)場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設(shè)備等等。

系統(tǒng)還可以在軟件中執(zhí)行，通過各種類型處理器執(zhí)行。被認(rèn)同的可執(zhí)行系統(tǒng)可，例如，包括一個或多個計算機(jī)指令的物理或邏輯塊，可，例如，組織為一目標(biāo)、程序、或功能。然而，被認(rèn)同的系同的可執(zhí)行檔不需要物理上位于一起，而可包括存儲在不同位置的不同指令，當(dāng)邏輯上結(jié)合時，則包括了該系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的預(yù)定目標(biāo)。

的確，一可執(zhí)行編碼的系統(tǒng)可為單個指令、或許多指令，且甚至可分布在多個不同代碼段、不同程序中，并跨過多個存儲設(shè)備。類似地，運(yùn)行數(shù)據(jù)在此可在系統(tǒng)中標(biāo)識并示出，且可以任何合適的形式嵌入并以任何合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型組織。這些運(yùn)行數(shù)據(jù)可作為單數(shù)據(jù)集收集，或分布在不同位置，包括分布在不同存儲設(shè)備，并可能，至少部分，僅以系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)上的電子信號存在。

一些提供激光制造加工的方法的實(shí)施例包括：將保護(hù)襯底定位于將進(jìn)行激光制造加工的物體的腔內(nèi)，以使執(zhí)行激光制造加工的激光脈沖入射到該保護(hù)襯底的第一表面上，此時該激光脈沖穿過物體中的孔并進(jìn)入該腔，并且抑制該激光脈沖射到該物體從該孔橫跨該腔的表面；引導(dǎo)流體到該保護(hù)襯底的第一表面上，此時該激光脈沖射到該第一表面上；并在定位該保護(hù)襯底于該物體的腔內(nèi)后，引導(dǎo)激光脈沖至該物體的第一表面。在一些實(shí)現(xiàn)中，該流體被流體源輸送進(jìn)入該腔時，在該激光脈沖的波長實(shí)質(zhì)上沒有激光阻礙性質(zhì)。

其他實(shí)施例提供系統(tǒng)，在激光制造加工期間保護(hù)物體的后壁或其他表面。這些系統(tǒng)可包括：激光系統(tǒng)，配置為對物體執(zhí)行激光制造加工；控制系統(tǒng)，與該激光系統(tǒng)協(xié)作；以及流體源，被配置為相對于將進(jìn)行激光制造加工的物體的腔定位，并且引導(dǎo)流體進(jìn)入該物體的腔內(nèi)；其中該控制系統(tǒng)被配置為這樣控制該激光系統(tǒng)，使該激光系統(tǒng)生成一系列激光脈沖并控制這些激光脈沖系列中的哪些被引導(dǎo)至該物體將產(chǎn)生孔的部分，以使少于所有的激光脈沖被引導(dǎo)至該物體，其中被引導(dǎo)至該物體的脈沖之間的定時為該物體后壁提供保護(hù)免受損傷，否則(此類損傷)將由被引導(dǎo)至該物體的激光脈沖中的一個或多個造成。

雖然通過特定實(shí)施例、示例及其應(yīng)用的方法，描述了在此公開的本發(fā)明，對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行許多修改和變更，而不離開本發(fā)明權(quán)利要求中提出的范圍。