激光复合制造技术研究进展

姚喆赫，张群莉，王 梁，吴国龙，姚建华

（浙江工业大学机械工程学院，浙江工业大学激光先进制造研究院，高端激光制造装备省部共建协同创新中心，浙江杭州 310023）

激光制造技术具有高柔性、高质量、环境友好、选择性高等优点，可实现增材制造、焊接、表面处理、切割、打孔等加工处理，已广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通、新能源、冶金及石化等领域。在我国制造业的转型升级朝深层次发展的过程中，国家出台了多项对激光制造产业鼓励和支持的产业政策。比如，《“十四五”智能制造发展规划》、《加强“从0到1”基础研究工作方案》等提及应加强关键核心技术攻关，开发应用增材制造技术等在工业领域中的适用性技术，同时加强自助供给，研发激光增材制造装备，为激光制造的发展提供了良好的政策环境。

熔池热质传输及控制是激光制造控形控性的基础，但由于激光制造具有高温快速冶金的特点，易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷。目前如激光工艺参数调节的改进手段只能改变熔池的外部传热边界，无法控制熔池内部流体的运动，难以对微观组织及其缺陷进行灵活而有效的控制。激光复合制造利用激光及其他能量场/工艺的优势，克服了单一激光制造技术的弱点，已成为激光制造技术的重要发展趋势之一。中国科协将“特种能场辅助制造的科学原理”列为2020年十大前沿科学问题之一[1]，激光复合制造在高品质制造方面具有突出的优势和切实可行性，是当前的研究热点。因此，本文提出了激光复合制造技术定义及分类，并从多能场复合与多技术协同两方面介绍了当前国内外激光复合制造技术的发展现状，揭示了多能场、多技术的协同作用机理，阐述了激光复合制造技术的优势，并分析了激光复合制造技术面临的挑战与发展趋势。

1 激光复合制造的定义与分类

激光复合制造是指激光与其他至少一种能场/工艺相互作用参与同一加工过程，并改变材料性能，在质量、效率、成本等方面产生了比单种能场/工艺更优的加工效果（“1+1＞2”）的制造方法。

激光复合制造可分为多能场复合激光制造和多技术协同激光制造两大类（图1）。其中，多能场复合激光制造是将其他能场作为辅助手段并引入激光制造过程来调节温度场或流场；多技术协同激光制造是激光制造与其他工艺协同作用，共同实现高质/高效制造。

图1 激光复合制造分类

2 多能场复合激光制造

2.1 电磁场复合激光制造

电磁场复合激光制造是在激光制造过程中施加电场、磁场或同时施加电磁复合场的一种激光复合制造技术[2]，通过在激光制造过程中施加不同种类的电磁能场，从而实现对熔池的不同调控，以达到提高不同性能的目的。

单一电场辅助激光制造主要集中在焊接和熔覆领域，涉及直流电流辅助、交变电流辅助和脉冲电流辅助等，其作用方式主要分为两种。一种是通过对熔池施加电流，促使熔池内部金属原子的运动迁徙，从而调控熔池内金属组织的大小和金属元素的分布。比如，王东生等[3]和Zhai等[4]通过对熔池施加脉冲电流，促进了晶粒的均匀分布，细化晶粒尺寸，提高了熔覆层的硬度，同时脉冲电流在熔覆层裂纹尖端形成的绕流效应和焦耳热效应能够实现熔覆层裂纹的在线自愈合，减少激光熔覆层易开裂问题；Yu等[5]利用对基体施加脉冲电流，驱动大量电子定向运动时，进而冲击基体中存在的位错从而提高基体塑性。另一种是通过电与激光的相互作用，优化对熔池的影响。激光-电弧复合焊接的过程中，通过激光与电弧之间的相互作用，激光引导并稳定电弧，电弧提高金属对激光吸收率，产生了“1+1＞2”的效果[6]。

单一磁场辅助激光制造的作用主要体现在稳态磁场对熔池流动的抑制，以及交变磁场产生的定向洛伦兹力对熔池的定向调控上。图2是姚建华团队[7-9]利用熔池流动切割磁感线，产生始终与流动方向相反的感应洛伦兹力，可降低70%的熔凝层表面波纹起伏，获得了更为平滑的改性层；同时，该感应洛伦兹力能有效抑制熔池中元素的扩散，减弱不同材料间熔覆时的宏观偏析现象。王维等[10-11]通过引入旋转的稳态磁场，不同于固定磁场的抑制流动，电磁搅拌作用加强了熔池的对流，使得熔池的温度场和溶质场更为均匀，对晶粒的细化起到促进作用。同时，王维[12-13]、刘洪喜[14-16]、郑启光[17-18]等发现低频交变磁场也能达到类似的效果。

图2 施加稳态磁场对熔池影响[7]

交变磁场对熔池的定向调控作用主要体现在中高频交变磁场和基体的相对位置上。图3是交变磁场和基体二者的相对位置，基体中的感应洛伦兹力方向会随之改变。如图4所示，在激光扫描速度为0.4 m/min、激光功率为8 kW、交变磁场距基体底部距离为3 mm、交变磁场频率为2500 Hz的条件下，德国联邦材料研究及测试研究所[19-20]将交变磁场装置预置在基体下方，在基体内部感应向上的洛伦兹力，通过控制交变磁场的大小，在激光焊接时对熔池施加不同大小的向上洛伦兹力，实现对焊接熔化区域的形状控制；将交变磁场装置预置在基体的上方，在激光重熔铝合金时对熔池施加向下的洛伦兹力，从而加速了气泡的溢出，进而大幅降低了铝合金焊接区的气孔数量（图5）。

图3 交变磁场装置位置与感应洛伦兹力方向关系

图4 不同大小的交变磁场对焊接熔化区域的形状控制影响[20]

图5 交变磁场复合激光焊接铝合金的气孔调控[19]

电磁复合场辅助激光制造是在激光制造过程中同时施加电场和磁场，在二者协同作用下形成定向洛伦兹力。相较于单一的磁场和电场辅助，电磁复合场的协同作用对熔池产生的调控范围更广，作用更明显。如图6和图7所示，姚建华团队[21-23]通过控制定向洛伦兹力的方向，实现了对熔池中气孔含量以及熔池中硬质点分布的调控，同时利用向下洛伦兹力改良了激光修复区熔合不良的缺陷，实现了激光修复质量的提高。陈根余等[24-25]通过在不锈钢板焊接过程中控制形成向上的洛伦兹力，抑制了焊缝根部驼峰的形成及熔池的滴落，提高了焊接质量，并实现了对厚板焊接熔深的控制。

图6 电磁复合场对激光熔覆气孔及激光熔注硬质相颗粒分布的影响[21-22]

图7 电磁场复合激光再制造对修复区缺陷的影响[23]

2.2 超声复合激光制造

在激光制造过程中，熔池在高能激光束的作用下产生了极大的温度梯度和冷却速度，并且易产生气孔、裂纹等缺陷[26]，严重影响了成形部件的性能。将超声振动作为外加能场耦合作用于激光制造过程成为抑制缺陷的有效方法[27]，该方法可应用于激光熔覆、激光焊接、激光切割等工艺。超声振动引入的有效性是超声辅助激光制造技术的核心与关键。当前主要的超声振动引入方式有固定接触式、非固定接触式与非接触式等。

固定接触式是将超声变幅杆固定在基体的下方，超声振动从基体底部直接作用于加工区域。Ning等[28]利用超声辅助激光熔覆技术成功制备了内部致密、结合良好的Inconel 718高温合金涂层，其分析认为超声振动促进了晶粒由柱状晶向等轴晶转变、抑制了Laves相的形成，并提升了熔覆层的硬度与弹性模量。Liu等[29]利用超声辅助激光-电弧复合焊接技术，解决了铝合金焊接过程中焊缝气孔率高、晶粒粗大的问题，同时对比无超声辅助下的成形部件，发现超声振动显著增加了焊缝的硬度与抗拉性能（图8）。Khajehzadeh等[30]将超声振动与激光共同作用于AISI 4340金属的车削过程中，相较于传统车削，超声辅助激光切割技术将车削过程中的切削力降低了75%、表面粗糙度值降低了35%。超声振动作用于激光加工过程，在金属熔池中产生声空化效应、声流效应以及机械效应，改变熔融金属凝固过程中的结晶、过冷度和成核速率[31]，减小了温度梯度，避免了应力集中，促进了气孔排溢，从而改善微观结构，降低孔隙率[32]，抑制裂纹萌生，提升激光制造成形部件性能[33]。

图8 焊缝硬度与抗拉性能[30]

非固定接触式是将超声变幅杆与基体上表面接触，进而将超声振动作用于加工区域。Wen等[34]利用超声振动的声空化与声流效用，促进了熔覆层中各元素的搅拌、扩散与混合，使单一固溶体向双相固溶体转变，获得的高熵合金涂层在力学性能、摩擦学性能和耐蚀性能上都有明显提升；Ye等[35]探讨了振幅对晶粒尺寸的影响，认为超声振动能促进再结晶过程，显著细化晶粒，同时提高熔覆层的显微硬度，增加硬化层的深度，赋予材料表层梯度特性；Zong等[36]将超声振动引入激光送丝熔覆过程，发现超声振动可诱发熔覆层发生塑性变形（图9），其中部分应变逐层转移到成形件内部，从而抑制气孔等缺陷的形成，提高成形件的硬度并降低表面粗糙度值。相对于固定接触式，非固定接触式在超声施加方式上更加灵活，更适合大型复杂零部件的制造[37]，同时也避免了连接可靠性对超声有效传递的影响。然而，超声能量将随着激光与超声振动点之间距离的增加而逐渐减弱，因此实现非固定接触式超声振动点与激光光斑的精确匹配是保障超声施加有效性的关键[36]。

图9 超声振动对熔覆层应变的影响[36]

非接触式是指超声变幅杆不与基体接触，超声振动以空气为介质作用于加工区域。Jiang等[38]探讨了超声施加角度对熔覆层的影响，发现超声振动可使熔覆层组织细化，元素分布更均匀，摩擦系数降低，硬度与耐磨性能提高，同时发现当超声振动的作用角为45°时，摩擦系数的减小最为明显（图10）。Zhou等[39]在激光沉积24CrNiMoY涂层时发现，超声振动将熔覆层的平均显微硬度、耐磨性、抗拉强度、延展率分别提升了10.6%、33.3%、31.7%、88.5%。尽管非接触式能最为便捷地调整超声施加角度与超声作用区域[39]，但以空气为介质引入超声的有效性仍需进一步验证与研究。

图10 熔覆层与基体磨损形貌[38]

2.3 感应复合激光制造

感应复合激光制造是在激光制造中耦合感应产生的热场。激光制造具有效率高、作用时间短、热影响区小的特点，但同时高能束产生的局部高温也会带来工艺局限性，如加工过程中存在着裂纹、气孔、淬硬层深度浅等问题。因此引入感应热场与激光热场进行耦合，通过耦合感应改变温度场分布从而改善裂纹等缺陷并提高材料性能。感应复合激光制造主要有感应复合激光焊接、感应复合激光熔覆、感应复合激光相变硬化等。

感应复合激光焊接是利用感应所产生的热场实现焊接过程中对材料的预热或后热，同时热场也可改善工件对激光的吸收率，即通过感应产生的热作用改善热循环从而改善其焊接接头的组织与性能[40]。采用合理的工艺可在焊接异种材料时避免焊接过程中异种材料的液态混合所产生的不必要的金属间化合物[41]。感应的影响在于降低了冷却的速度、抑制了马氏体的产生，最终抑制裂纹的萌生，使材料的疲劳性能得到提高[42-44]。由于感应在焊接过程中的预热作用，马氏体与铁素体之间的界面数量得到了有效抑制，从而减少材料的腐蚀速率，焊接接头的耐腐蚀性也得到了提高[45]。此外，有关感应复合激光焊接技术的数值模拟也具有很大的价值，如多个能场的耦合以及焊接过程中产生的匙孔都被考虑在其中[46]。

感应复合激光熔覆技术是在激光熔覆技术基础上再复合感应加热，通过感应加热加工工件表面，使熔覆温度场更加均匀，从而减少单一激光熔覆的裂纹及气孔等问题，进一步改善熔覆层层数以及基体的元素含量，有效地提高熔覆层性能。根据感应加热的时间顺序可将感应复合激光熔覆技术分为激光熔覆感应预热及激光复合感应后加热两种。Yi等[47]在激光感应复合熔覆CoCrAlYTa涂层中添加了Al2O3，熔覆后涂层具有较高的冶金质量。Li等[48]采用激光感应复合熔覆在全尺寸轨道上沉积镍基涂层，显著提高了钢轨硬度、强度和韧性。Lu等[49]采用激光感应复合熔覆技术在低合金钢表面制备多层镍基合金。Zhou等[50]研究了Fe含量对激光感应复合快速熔覆Cu-Fe基复合镀层组织和性能的影响。

感应复合激光相变硬化技术采用感应来改善激光相变硬化过程中的温度场，通过增加材料奥氏体化的深度，解决单一激光淬火淬硬层深度较浅的局限性，张群莉等[51]通过MSC.Marc软件对感应复合激光淬火过程进行了模拟，得到了材料在淬火过程中的温度场和组织场分布且复合淬火的相变硬化深度可达5.9 mm。Li等[52]提出了感应辅助激光离散淬火技术来提高试样的耐磨性和疲劳性能，其研究结果表明：经过感应辅助激光离散淬火后的显微组织为相对较软的珠光体与贝氏体复相组织，与之前的单纯离散淬火相比，经过处理后的试样抗弯强度得到了提高；通过感应复合激光离散淬火有效地平衡了材料的耐磨性能与疲劳接触寿命，不以表面损伤为代价来改善耐磨性能。

2.4 电化学复合激光制造

电化学复合激光制造技术综合了激光制造和电化学加工两者的优势，可运用于航天、航空、航海以及医疗等领域，近几年来得到了快速的发展。该技术主要有激光复合微弧氧化、激光复合电沉积及激光复合电化学刻蚀等。

激光复合微弧氧化将激光加工作为微弧氧化的前/后处理工艺，可提高微弧氧化膜层质量和性能、实现材料表面双重强化及拓展微弧氧化的应用领域，目前主要有激光熔凝、激光熔覆、激光冲击以及激光织构等激光加工技术与微弧氧化技术的复合。激光熔凝可用于微弧氧化的前处理或者后处理工艺。前处理时，激光熔凝可获得低于原始粗糙度的细晶层[53-54]，而细晶层在提高钛合金的表面性能同时可改善后续微弧氧化膜层的均匀性、致密度和耐蚀性[55-60]；后处理时，激光熔凝可实现微弧氧化膜层的封孔处理，避免膜层孔隙较高而导致腐蚀介质进入并降低膜层整体腐蚀性能带来的影响[61-62]。激光熔覆/微弧氧化技术突破了单一微弧氧化技术对处理材料的限制，在钢表面制备钛层或铝层并转换成金属陶瓷，提高了钢材在海洋环境中耐蚀性能以及其表面生物活性[63-65]。激光冲击技术可降低微弧氧化处理对基材疲劳性能的损伤，并通过细晶强化提高微弧氧化膜层质量[66]。激光刻蚀/微弧氧化技术可在材料表面构筑具有多尺度功能结构，能用于医用材料表面的生物活化处理和特种材料的超亲/疏水处理，仿生耐磨表面制备等[67-68]。

在激光复合电沉积方面，激光的高方向性使其与常规的电沉积技术相比，在沉积时具有了更高的选择性、更好的定域性，能很好地实现微区沉积，并且激光的引入使电沉积速率提高，沉积层与基体间结合力也得到了增强。激光对电沉积基体表面的辐照作用可发生在电沉积进行过程中，也可发生在这之前或者之后。沉积前的激光处理即在电沉积开始前采用激光预处理基材表面，通过改变基材表面的组织结构和性能来改变沉积形貌及界面处的结合特性[69-70]。激光对电沉积过程中的增强作用，主要是通过采用高能量密度的激光束辐照在固/液界面位置处，引起局部温度升高和微区搅动，增强了辐照区化学反应的进行，促进了界面处液态物质的分解，进而在基材表面沉积出反应物[71-73]。电沉积后的激光处理就是用激光扫描所得的沉积层表面，以快速加热沉积层和基底，其目是为了对沉积表面进行强化，减少沉积的微裂纹，提高沉积的质量，进一步提高沉积层与基体间的结合强度[74-75]。

激光电化学刻蚀技术结合了激光刻蚀和电化学刻蚀加工两种非接触式微细制造技术，能有效地复合并共同实现复杂几何图案的加工，可用于金属和半导体材料的细微加工，在IC和MEMS领域制造三维微结构（如传感器、执行器）具有较好的应用前景[76-77]。同时，该技术还可用于材料表面的织构，能制备减磨、超疏水/亲水、生物活性等功能表面。

3 多技术协同激光制造

3.1 多技术协同激光增材制造

针对激光增材制造的铸态组织特征，辅助其他技术作用于增材制造过程或后处理阶段，通过多技术协同激光增材制造实现对增材制件从显观组织、介/宏观缺陷到宏观形性的调控，从而获得性能优异、成形精度高的增材制件。代表性技术有超音速激光复合沉积（SLD）技术和辊压/冲击复合激光增材制造技术。

SLD是将激光束耦合作用于超音速冷喷涂过程实现涂层制备和增材制造（图11）。与热喷涂完全或部分熔化粉末颗粒相比，SLD大幅减少了热缺陷，如涂层因凝固收缩而产生的高残余应力、熔融金属效应对基体造成的潜在危害和高温氧化等。因此，SLD特别适用于非晶、纳米晶等热敏性材料的涂层以及镁、铝、钛复合材料等氧敏性材料的涂层的制备。SLD主要用于提高金属的表面性能，如耐磨性和耐腐蚀性、电导率和导热性等。国内外学者已采用SLD制备了Ti-6Al-4V、AISI 4340钢、Ti、W、Al等单一高强度材料涂层及HAP/Ti、Al/Si、Al/Cu等复合材料涂层。Koivuluoto等[78]采用SLD工艺制备的铝涂层组织致密，引入激光后涂层与基材结合强度显著提高，从而提升了涂层材料的应用寿命。Birt等[79]采用SLD，以氮为载气在Ti-6Al-4V基体上沉积Ti-6Al-4V粉末，孔隙率小于1%，与氦气冷喷涂效果相近，并且可通过原位热处理控制次生相生成与形态，可见激光的引入大幅降低了载气的使用成本。Jones等[80]证实SLD工艺不需要将金属粉末加速到其临界速度，实现了钨在钼基板上的原位沉积，同时界面上无粉末-基质熔化现象。Tlotleng等[81]研究表明采用SLD可制备生物复合粉体，与纯钛涂层相比，HAP与钛复合涂层具有良好的动力学活性，在植入过程中可诱导骨结合。Barton等[82]利用SLD实现了厚度在1.7～3.5 mm之间的AISI 4340钢涂层喷涂，原位激光加热可使高强度4340钢的沉积效率从48%提高到72%。Story等[83]采用SLD制备Fe-Ni-Zr氧化物弥散强化钢，研究表明：在冷喷雾过程中使用激光加热可以提高沉积效率，但过多的热输入会导致氧化分散剂硬度降低、晶粒长大和粗化，证明该技术可通过激光热输入调控涂层组织。Zhang等[84]采用纳秒脉冲激光和冷喷涂相结合的方法，成功地制备了低缺陷率的Al-Cu铝合金涂层，涂层硬度和基体-涂层界面结合强度均高于传统冷喷涂。

图11 超音速激光复合沉积（SLD）示意图

辊压/冲击复合激光增材制造采用辊压或冲击作用于凝固区，对于激光增材区进行同步组织调控（图12）。将激光冲击强化（LSP）耦合作用于激光增材制造，可实现材料表面高应变速率的塑性变形。Kalentics等[87]用LSP对选择性激光熔化（SLM）部件进行处理，将SLM和LSP复合。张永康等[88]提出了双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法，通过复合高功率连续激光与低频高能短脉冲激光两束不同功能的激光束，实现同步且相互协同作用逐层堆叠熔敷成形；利用脉冲激光的冲击波力学效应对处于锻造温度范围内的熔敷层进行冲击锻打，使得晶粒发生细化，消除了熔覆层内部缺陷和热应力。鲁金忠等[85-89]分别对纯Al和6061-T6铝合金进行激光冲击试验，研究了该技术下熔覆层不同区域显微硬度、残余应力及微观组织的影响，重点表征和分析激光冲击前后熔覆层顶部及两侧结合区的微观组织及性能变化，获得了激光冲击强化对熔覆层微观结构的影响规律。辊压复合激光增材制造技术是在熔覆后立即进行热轧，该方法可以改善熔覆层顶部平整度，降低残余应力，同时消除了成形过程中的裂纹和变形。张海鸥等[86]利用连续辊轧成形对于激光熔覆层进行压力处理，并采用该复合成形技术实现了大型金属零件的直接成形制造。

图12 辊压/冲击复合激光增材制造技术

3.2 多技术协同激光等材制造

针对塑性成形、材料连接等制造过程中的难成形问题，引入激光束，可在外加高能热源的辅助下促进等材成形的过程发展。目前在多技术协同激光等材制造方面，已发展出激光复合塑性成形、激光复合搅拌摩擦焊等技术（图13）。

图13 多技术协同激光等材制造

在激光复合塑性成形领域中，针对难成形的材料和结构，研究人员在传统制造工艺基础上引入激光，在激光的热作用下将材料内的弹性应变能转化为塑性应变能，优化了整个成形过程。此类典型技术有预载荷激光弯曲成形工艺[90-91]、激光辅助扭转成形工艺[92]、激光复合织构模具成形工艺[93]等。根据成形结构的不同，此类技术可运用于板材成形和管材成形。在板材成形过程中，为抑制模具成形带来的回弹问题并更好的控制板件成形方向，在机械弯曲的基础上施加激光热源。Shi等[94]采用在自由端施加预载荷协同激光成形的方法，致使成形过程中，板件内部热力耦合效应更为显著。徐琅等[91]和张永春等[95]通过在板件两端施加预载荷协同激光成形的方法，分别研究铝合金和钛合金在该工艺下的弯曲角度，其试验均得到了更大的弯曲角。在管件成形中，为获得径厚比小、性能优的薄壁管，Furushima等[92]提出金属管局部热辅助扭转成形工艺，并将其集成到传统的无模拉伸工艺中，在减小金属管直径的同时增大了管件的扭转变形。此外，为降低管材机械绕弯时弯折处的皱曲，提高弯管成形质量，符永宏等[93]采用激光复合织构弯管模具成形工艺，利用该工艺分别对模具夹块、压块进行激光毛化处理，对防皱板进行激光微造型处理，研究得到了外壁减薄率低，截面畸变更小的金属弯管。

在激光复合材料连接领域中，激光复合搅拌摩擦焊接[96-97]是其中一项代表性的固态连接技术。激光的引入使该技术具有降低焊接载荷、提升材料塑性、提高焊接速度的优势。在搅拌摩擦焊接过程中，利用激光对待焊区进行局部预热，可迅速提高焊接温升速率，实现异种材料在熔点以下的温度连接[98]。此外，激光预热可减少搅拌摩擦焊接过程中焊接接头插入和行进时的阻力，解决了传统制造过程中搅拌头力学性能差的问题。Casalino等[99]针对镁合金进行激光复合搅拌摩擦焊接试验，发现该工艺既降低了材料的内部缺陷，又使接头处获得了良好的力学性能，同时激光的引入可降低材料屈服强度，使材料的可焊性和工具的使用寿命均得到了显著提高。

3.3 多技术协同激光减材制造

多技术协同激光减材制造是在利用激光选择性地去除同质/异质材料，以满足材料加工要求的同时，引入其他技术实现对激光减材制造效率、精度等方面的提升，进而满足加工要求，制备出高精度、高质量的复杂零部件。目前多技术协同已应用于激光打孔和激光清洗等激光减材制造。

激光复合打孔技术是复合多技术与激光的优势，克服传统打孔中存在的精度、效率低和材料适应性等问题。Shin[100]、Li[101]、Eckert[102]等开展了对浸液激光与电解复合打孔技术作用机理研究。张华等[103]研究了激光在电解液中的传输特性，并建立了射流激光电解打孔加工数学模型，Sun等[104-105]利用毫秒激光快速加工出预制导向小孔，进而利用管电极电化学加工技术去除激光加工产生的重熔层。Alakesh等[106]发现激光辅助可大幅度提高电解打孔加工的定域性和加工效率，可用于表面微槽结构的打孔加工。Duan等[107]研制了激光-电解复合打孔加工系统，采用电极丝进行电解加工去除毫秒激光加工所产生的表面重铸层，实现了无重铸层小孔的精密加工。Yang等[108-109]在电化学铣削中同步引入激光进行微槽加工，与纯电化学铣削相比，同步激光辅助异型管电化学铣削可以提高微槽的加工效率和加工精度，同时采用缩回管状混合电极可使其效果得到较大提升。Wang[110]和Wu[111]采用水射流引导激光加工技术进行减材研究，与常规激光加工相比，该技术是激光和水射流加工技术的结合，具有无磨损、无接触、加工灵活的特点。

激光复合清洗技术因具有高效率、高可控性和绿色无污染的优势特点，已在文物保护、脱漆除锈、微电子、生物医学等领域得到了广泛应用[112-114]。Coyne[115]、Chiu[116]、Madhukar[117]等 分 别 提 出 在 激 光 清洗过程中引入电场、高频机械振动、水射流以降低清洗过程中的残渣飞溅与再沉积，大幅降低了激光清洗的碎屑残留。激光水射流复合清洗还可用于微纳米颗粒去除[118]。Ahn等[119-120]使用激光击穿水流液滴产生的冲击波成功去除了硅圆晶片表面尺寸为300 nm的聚苯乙烯乳胶颗粒（图14）。在医学祛痔/斑/纹身方面，激光去除较传统的手术切除、药物治疗、化学处理更加安全高效，而多束光的协同处理被证明能进一步提高激光手术效率[121-122]，另外有研究发现激光手术复合化学处理要比单独的激光处理具有更好的祛斑效果[123-124]。激光与化学液复合清洗还被应用于大理石涂鸦[125-126]和瓷砖地衣[127]的清洗，脉冲激光辐射前处理能够破坏菌体结构，有利于后续的杀菌剂渗透，并最大限度地降低化学溶剂清洗造成的石材色素扩散的风险。Tian等[128]提出使用连续/脉冲激光分步协同的方法去除铝合金表面的海洋藤壶附着物。Wang等[129]使用离子氧化复合激光清洗技术，在硅基铜膜清洗过程中获得了纳米级的表面粗糙度。

图14 激光复合水滴射流冲击波清洗[119]

4 展望

激光制造已实现“从无到有”，目前正处于“从有到好”的阶段，而激光复合制造是实现“从有到好”的关键手段。激光复合制造已在多个领域展现出巨大的潜力，但要进一步考虑如何统筹效率、质量与成本并最终推广至批量应用。针对技术发展，激光复合制造仍需在以下方面开展深入研究：

（1）多能量场/多技术协同作用机理。多能场/多技术协同作用的耦合机制是开展激光复合制造研究的关键，因此亟需揭示其耦合机制并实现工艺可控。

（2）激光复合制造过程的建模与仿真。激光复合制造过程复杂，试验中的部分过程参量数据难以通过设备进行监测，建模和仿真优化工艺将为智能化控制提供支撑.

（3）前沿复合工艺方法。激光制造领域不断涌现前沿新技术，结合前沿技术的发展将带动前沿复合工艺方法的发展，将为攻克目前难以解决的制造难题提供解决方案。