最近，期刊《Journal of Manufacturing Processes》发表了题为“Investigation on system design methodology and cutting force optimization in laser-assisted diamond machining of single-crystal silicon”的论文。博士生柯金洋为论文第一作者，许剑锋教授和湖北工业大学陈肖教授为论文共同通讯作者。

原位激光辅助金刚石切削（LADM）技术将经过整形的激光束引导穿过透明的金刚石刀具传递至工件-刀具接触区域，以加热软化切削区域，提升硬脆材料的可加工性。尽管这一技术在众多硬脆材料中得到了工艺验证，其系统设计尤其是金刚石刀具的设计方法仍缺乏全面的论证。本研究通过理论分析和光学仿真对原位激光辅助金刚石切削系统的设计方法进行了综合阐释，并开展了原位激光辅助金刚石切削单晶硅过程中工艺参数优化研究。金刚石刀具的工作模式被分为 6 个不同类别，可全面涵盖目前已发表研究中记载的所有 LADM形式；根据光线追迹模拟，金刚石刀具入射面应位于激光束的瑞利范围内以保证较高的功率透过率和集中的能量分布；使用 TM方法进行的正交实验及统计分析表明，进给速度是影响切削力的主要因素，功率低于3.5W时切削区域的材料热软化效果不均匀；在多目标非线性回归分析的基础上建立了一个预测模型，以研究输入参数与切削力之间的定量相关性，残差分析验证了所建模型的适当性；采用基于内点法的非线性优化方法在特定参数范围内选取了使切削力最小的优化参数组合，对优化结果进行了三次实验验证，误差率小于 10%。本研究为 LADM 系统的设计方法提供了有价值的见解，有助于原位激光辅助金刚石切削技术在硬脆材料超精密加工中的实际应用。

原位激光辅助金刚石切削系统设计方法与工艺优化

本研究得到了国家自然科学基金(52225506和51905195)的资助。

论文信息：Ke J, Fu Y, Liu C, et al. Investigation on system design methodology and cutting force optimization in laser-assisted diamond machining of single-crystal silicon[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2024, 115: 1-17.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.01.081