摘　要：采用激光打孔方法分別加工出直徑為0.2mm、0.25mm和0.3mm的微小孔，應用剖分法直接接觸式測量得到所加工微小孔的內表面粗糙度，并使用反射式顯微鏡進一步直接觀察驗證。該測量結果可用于熔融快速原型機噴頭的微小孔內表面粗糙度的確定，也可用于研究紡絲機、噴墨打印機等類似微小孔時參考。
關鍵詞：微小孔，粗糙度，激光加工，熔融沉積造型

1　引言

微小孔的加工一直是機械制造中的一個難點，圍繞這個問題研究人員進行了大量研究。目前可用于加工微小孔的方法有：機械加工、激光加工、電火花加工、超聲加工、電子束加工及復合加工等[1]。有關各種方法可加工的微小孔直徑范圍已有較多的報道，而對于加工所得微小孔側壁粗糙度的研究卻比較少。隨著科學技術的發展和尖端產品的日益精密化、集成化和微型化，微小孔越來越廣泛地應用于汽車、電子、光纖通訊和流體控制等領域，這些應用對微小孔的加工也提出了更高的要求。例如，熔融沉積快速原型機所用噴頭是一個高精度微小孔，不僅要求孔徑大小準確，而且要求孔壁光滑，有利于熔體擠出以及擠出時微小孔流體阻力的準確控制。本文通過對可用于快速原型機噴頭的微小孔側壁粗糙度進行測量，進一步研究該微小孔粗糙度對熔融沉積快速原型機所用噴頭工作質量的影響。本研究結果還可對紡絲、噴墨打印機等其他行業中類似微小孔表面粗糙度的研究提供參考。

快速原型(RP)技術是20世紀80年代末出現的一種先進制造技術[2]。采用快速原型技術可以對產品設計進行快速評價和修改，以及時響應市場需求，提高企業的競爭能力。熔融沉積造型(FusedDepositionmodeling，FDm)作為一種快速原型制造工藝，是指采用熱熔噴頭將處于半流動狀態的材料按CAD分層數據控制的路徑逐層擠出，堆積、凝固后形成整個原型或零件[3]。常見的用于FDm的噴頭口型直徑約為0.2mm，屬微小孔范圍。目前如此微小的孔可以使用電火花、高速鉆削以及激光等方法加工。激光加工工藝近年來發展較快，現在已經可以用激光在紅、藍寶石上加工直徑為0.3mm、深徑比為50：1的微小孔[4]；也可以利用聚焦極細的激光束方便地鉆出直徑為0.1～0.3mm的微小孔[5]。考慮到微小孔激光加工工藝的的優點及其應用日益增加的趨勢，本文著重研究采用激光加工的微小孔內表面粗糙度的測量。

2　測量實驗

(1)被測微小孔的確定

被測微小孔孔深為4mm；孔徑分別為0.2mm、0.25mm和0.3mm；實驗中每種直徑的微小孔各加工3個。

(2)測量方法

對于孔深小于1mm的通孔，可以借助放大鏡比較粗略地觀察該孔內壁的粗糙度。本研究采用反射式顯微鏡直接觀察孔口內表面情況，作為實測粗糙度試驗的對照。對于孔深達4mm的微小孔內壁粗糙度，顯然無法用此方法準確測量。由于所測量的微小孔孔徑較小，可控光源無法準確地深入孔內，故無法用光干涉原理的方法測量。若采用直接接觸式測量方法，雖然探頭直徑比微小孔內徑小，但與其連接的后續部分太大，使得探頭無法深入微小孔內部進行直接測量。因此，筆者對微小孔采用剖分法，并用錐度為60°的輪廓儀對剖分后外露的微小孔內表面進行直接測量，以取得準確數據。

微小孔的剖分加工有兩種方法：一種是微小孔加工后再剖切，另一種是在緊密結合的兩塊光滑平板上沿結合縫打孔。由于孔徑微小，加工后剖切應屬薄板切割。此時為取得較高切割精度應使用激光切割。但由于切割光斑直徑較大(如薄板厚為5mm、要求切割速度為1.5m/min時，光斑直徑為0.2mm[6])，與所加工的微小孔直徑接近，切割后所剩余的微小孔內表面太小，難以進行粗糙度測量；同時，為了保護微小孔內壁在剖切時不受飛濺物的影響，通常在剖切前向微小孔內先注入蠟等物質以保護孔內壁，但此時保護物對微小孔內壁粗糙度測量結果的影響無法評估，因此采用這種剖切加工工藝時需非常慎重，以避免