現(xiàn)代渦輪發(fā)動機在制造過程中需要鉆很多個孔，燃氣渦輪的各種部件的加工也需要激光鉆孔，如圖 1 所示燃氣渦輪噴氣發(fā)動機的部件葉片、輪葉、燃燒器以及主要用于冷卻的后燃室。每個部件需要打孔的數(shù)量從 25 到 40000 個，如表 1 所示。現(xiàn)代噴氣發(fā)動機工作的氣體溫度可能高達 2000℃，這一溫度比燃燒室和渦輪葉片中鎳基高溫合金的熔點還高，而目前使噴氣發(fā)動機組件免受極端溫度的方法是邊界層冷卻。當冷卻空氣通過其表面形成一個冷卻薄膜保護部件表面免受高溫燃燒氣體。

　　冷卻孔可以通過電火花加工（EDM），也可以通過激光加工。EDM 包含一個電極在工件上兩個表面之間產(chǎn)生一個小的縫隙。電極和工件之間施加電壓直到電場可以擊穿電極的尖端。火花穿過間隙放電，由于橫截面積很小引起了高電流密度，大約 1000 A/mm2。電極和工件之間的擊穿區(qū)域的典型溫度是 5000-10000℃，EDM 過程使用的是離散排放鉆孔。雖然 EDM 可以產(chǎn)生高質(zhì)量的孔洞，但實際上它的速度比激光要慢，該技術(shù)存在一些缺點。

　　而對于激光打孔，高峰值功率脈沖 Nd：YAG 激光器一直是商用鉆孔和軍用航空發(fā)動機零部件加工的優(yōu)先選擇，選擇脈沖 Nd：YAG 激光器主要從以下幾個方面考慮：

　　1、1.06μm 輻射到部件的良好耦合（無論是在材料的吸收方面還是等離子體回避方面）

　　2、高脈沖能量和峰值功率非常適合這種應(yīng)用

　　3、在各種材料中以非常高的速度實現(xiàn)孔洞的高縱橫比，包括熱障涂層材料

　　目前在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，有兩種不同的激光打孔技術(shù)，分別是打孔和沖擊鉆孔。最流行的可能是真正的切割技術(shù)即頭部穿孔。激光束刺穿工件剛好落在孔洞的周邊，然后向外追蹤周長，然后通過旋轉(zhuǎn)工件或者激光束孔切出正確直徑，這種技術(shù)可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的孔洞，圓度和孔變化與數(shù)控加工出來的一樣好。孔的錐度也符合質(zhì)量要求。

　　第二種鉆孔方法是沖擊鉆孔，這種技術(shù)要求激光器向工件發(fā)射激光脈沖，然后通過蒸發(fā)材料變成液態(tài)熔體，再從孔周圍去除多余材料，熔體受孔內(nèi)部的蒸汽壓力驅(qū)動從孔壁的兩側(cè)噴出。使用這種鉆孔技術(shù)很難控制孔的質(zhì)量，只有通過嚴格控制鉆井參數(shù)才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的孔洞。這種鉆孔技術(shù)的優(yōu)勢是工藝處理速度快。沖擊鉆孔與另外一種稱為飛行中鉆孔的技術(shù)結(jié)合會有更多的優(yōu)勢。飛行中鉆孔的方法是以沖擊鉆孔的方式激光脈沖射擊打孔同時工件或激光器連續(xù)移動。

　　孔質(zhì)量問題是一個很重要又很主觀的問題，激光鉆孔產(chǎn)生的孔質(zhì)量的判斷有不同的特征參數(shù)，幾何因數(shù)是孔圓度、孔錐度以及孔入口直徑變量，冶金因數(shù)是氧化和重鑄層，重鑄層是熔化材料沒有被激光脈沖產(chǎn)生的蒸汽壓噴出孔，重鑄層涂覆孔壁會在凝固金屬表面留下一薄層，這一薄層會產(chǎn)生微裂紋，進而影響母體材料。對于像勞斯萊斯這樣的航空公司，他們有一個重鑄和氧化層的最大允許厚度，然而零部件用于發(fā)動機使用之前孔的幾何因數(shù)有最大偏差值。其他航空公司更專注傾向于采用航空部件的流動性來判斷鉆孔質(zhì)量。無論使用何種方法航空公司都在不斷努力提高鉆孔質(zhì)量。

為了滿足航空應(yīng)用對激光鉆孔的要求，如孔質(zhì)量、周期、新材料等，需要更高效、緊湊和高光束質(zhì)量激光器，這也推動了高峰值功率光纖激光器（準連續(xù)波）的發(fā)展。這些激光器工作在近紅外光譜區(qū)域，具有比傳統(tǒng)激光器優(yōu)越的性能，為激光器廣泛用于航空領(lǐng)域開辟了新的鉆孔前景。高峰值功率光纖激光器更加緊湊堅固，在光束質(zhì)量（M2<10）和最大插座效率 25%兩方面超過燈泵浦 Nd：YAG 激光器。這種新鉆孔機的要點可以概括如下：

　　1、更好光束質(zhì)量——小直徑孔

　　2、光纖激光器不像 Nd：YAG 激光器在焦點處留有重鑄層

　　3、卓越的脈沖穩(wěn)定性（脈沖能量/脈沖功率）

　　4、更寬的工作范圍——工藝參數(shù)更大的靈活性

　　5、高脈沖頻率，減少打孔操作過程的循環(huán)時間

　　6、同時以 CW 和脈沖模式操作