电气工程与电子技术学报

通过激光重熔对光学工具进行表面结构化

Evgueni V Bordatchev，

问题陈述：光学照明和照明产品及组件的功能性能主要取决于先进技术，以便以经济高效的方式制造具有严格表面质量和形状几何精度的工具。激光材料加工的最新进展促成了一种独特的无材料添加/去除技术的基础开发，该技术称为激光重熔表面结构化 (SSLRM) 工艺 [1-3]。在 SSLRM 过程中，激光束以恒定速度和同步控制的激光功率在工件表面上移动，同时所需的表面几何形状定义为激光功率控制算法的函数。因此，由于熔融工件材料的重新分配和重新定位，形成了新的表面几何形状。这是一个复杂、高度非线性的热力学过程，其中材料的快速熔化、重​​新分配和快速凝固由所施加的连续波激光辐照的参数控制。本研究的目的是推动 SSLRM 向光学工具应用的初步发展 [4, 5]。方法：楔形侧光导 (WELLG) 被选为汽车尾灯的典型元件。最初，对正弦形 WELLG 进行了光学设计，发现其几何参数（例如周期为 500 µm、振幅为 40 µm、楔角为 2°，由 PMMA 塑料制成）可确保光传输效率 >50%，同时覆盖 >80% 的照明区域。使用 SSLRM 工艺制造了由 DIN 1.2343（AISI H11）工具钢制成的金属插件（图 a），通过热压印复制到 PMMA 塑料中作为功能性 WELLG 原型（图 c），并评估了其光学性能（图 d）。结果：制造的工具插件的周期为 498.2±3.8 µm，振幅为 40.0±2.0 µm。塑料 WELLG 原型已展示出高效的光传输性能，同时完全覆盖照明区域。结论和意义：这项研究表明，SSLRM 工艺在高效制造用于导光、分配和照明功能的光学工具及产品方面具有很高的适用潜力，尤其是用于汽车、太阳能和生物医学行业。