激光加工非金屬復合材料的研究與應用進展

路明雨 張 明 張加波 高 澤 郝曉明

（北京衛星制造廠有限公司，北京 100094）

文 摘 非金屬復合材料是一種低密度、高強度、高模量的高性能材料，目前已經成為航天衛星上不可或缺的關鍵結構材料。但與此同時，該類材料也是一種極難加工的各向異性非均質材料，采用傳統的接觸式方法加工易產生崩邊、分層、起毛、撕裂等問題。激光制造技術作為一種開始逐步走向實用化的先進制造技術，具有材料去除能力強、加工精度高、損傷可控等一系列優點，是一種實現非金屬復合材料高性能加工、滿足現有和未來需求的理想方法。本文圍繞航空航天領域應用較為廣泛的碳纖維復合材料、芳綸纖維復合材料和陶瓷基復合材料，系統地綜述了國內外激光加工非金屬復合材料的研究與應用進展。其中技術分支涉及切割、制孔、銑削刻蝕、清洗等實體減材制造技術。最后對非金屬復合材料激光加工方法的未來研究重點和工程應用前景進行了總結與展望。

0 引言

隨著我國衛星朝著大尺寸、高穩定、高可靠性的趨勢發展，對其結構機構及載荷的強度及輕質化提出了更高需求。非金屬復合材料（如碳/環氧樹脂、凱夫拉/環氧樹脂、陶瓷基復合材料等材料）因其具有低密度、高強度、低熱膨脹系數、耐腐蝕、可設計性好等一系列優點［1-2］，已經廣泛用于衛星的中心承力筒、結構板、連接架、天線結構、相機鏡筒、通道接頭等部位，用量可占整個衛星材料質量的80%以上，并不斷替代更多原本為金屬材質的結構，成為構建現有和未來衛星不可或缺的關鍵結構和功能材料之一。且隨著新型復合材料的出現，在熱控、結構功能一體化等領域也展現出了巨大的應用前景。

然而，絕大多數非金屬復合材料均是高硬度、各向異性、非均質的層疊式材料，并且構成復合材料的基體相與增強相的物理性質（強度、韌性、熔沸點、熱容、電導率、熱導率、光吸收性質等）差異很大，這加劇了其精密加工的難度，使其成為了一種典型的難加工材料。目前航天領域對于非金屬復合材料采用較多的是接觸式機械加工方法（如傳統切削、銃、超聲輔助切削、銑、鉆等）。但接觸式加工經常會導致非金屬復合材料出現分層、纖維拔出、崩邊、微裂紋等損傷，同時加工產品的尺寸精度差、效率低、微細結構制備困難。隨著航天器研制需求的不斷提升，這些問題嚴重制約了非金屬復合材料在航天工程中的進一步應用。

激光制造技術憑借其自身的種種優勢和特點獲得了“21世紀的加工技術”的美譽［3］。作為繼機械加工、熱加工和電加工之后的一種新型加工方法，具有非接觸式、材料去除能力強、加工精度高等特點和優勢，可以作為一種實現非金屬復合材料精密切割、制孔、銑削、清洗與微細結構加工，解決現有加工難題的有效方法。

本文主要綜述了非金屬復合材料的激光加工特性和應用方面的研究進展，并對其未來的研究重點進行了總結與展望。

1 非金屬復合材料激光加工的典型問題研究現狀

目前在國內，非金屬復合材料的減材制造仍然以傳統機械加工方法為主，特種加工方式應用很少。其中，對于激光加工，鮮有應用于實際工程生產中的報道，基本處于實驗室研究狀態［4］。然而在國外，特種加工的應用程度要高很多。美國、英國、德國等發達國家在航空航天、汽車、醫療行業針對非金屬復合材料激光銑削與切割、激光鉆孔、激光刻蝕、激光清洗，均有不同程度的應用。在基礎工藝水平與應用程度上，國內與國外存在較大差距。

1.1 激光加工碳纖維樹脂基復合材料

針對碳纖維樹脂基復合材料（CFRP），國外早在1980年就開始了基礎的理論研究，而國內在2000年以后才開始較為系統的研究。由于國外起步早于國內，許多學者已對激光輻照下復合材料的損傷特性開展大量的理論與實驗工作［5-7］。

對于激光源的選擇，國內的研究前期更偏重使用連續激光［8-9］，后期逐步開始使用長脈沖激光進行研究。而國外已經從連續激光逐漸過渡到超短脈沖激光加工CFRP 的研究。1996年，德國KRUGER等［10］就通過試驗發現，相比較納秒激光，亞皮秒激光可以加工出更整齊的CFRP斷面。2011年，德國漢堡大學的EMMELMANNA 等［11］的試驗表明：通過精確調控激光參數，超短脈沖激光能夠實現CFRP 的低熱影響區高質量加工。2012年，德國研究人員研究了皮秒激光脈沖能量、脈沖重復頻率對CFRP 加工熱影響區的影響，提出采用高重復頻率、快進給速度有望獲得更高的加工質量。2013年，德國亞琛大學的FINGER 等［12］人試驗研究了皮秒激光平均功率、進給速度、脈沖重復頻率對于材料去除率和熱影響區的影響，結果表明，合理選擇激光參數可以獲得最小僅5 μm 的熱影響區，參數控制不當時熱影響區可達100 μm 以上。2014年至2018年，俄羅斯國家科學中心的KONONENKO 等［13-14］人和德國斯圖加特大學的FREITAG 等［15-16］人通過試驗發現，調整激光脈沖頻率、進給速度和掃描次數，能夠有效控制皮秒激光加工CFRP 的熱積累效應。前者發現不當參數會引起高達幾千微米的樹脂氣化區域，但合適的參數能將CFPR 的樹脂汽化區寬度控制在2 μm 以下；后者兼顧加工質量與效率，實現了2 mm 厚CFRP 板的高質量（熱影響區＜20 μm）、高效率（900 mm/min）切割，如圖1所示。

圖1 高功率皮秒激光切割2 mm厚CFRP板Fig.1 Cutting 2 mm thick CFRP plate with high power picosecond laser

在國內，超快激光加工CFRP 的研究則處于起步階段。2014年，哈爾濱工業大學的趙煦［17］研究了飛秒激光加工CFRP 的燒蝕閾值以及脈沖重復頻率、進給速度與進給道次對于加工微孔、微溝槽的加工形貌及材料去除率的影響，證實了超快激光在加工CFRP 方面比納秒激光、連續激光具有更低的熱損傷。2017年，湖南大學的蔣翼等［18］人試驗研究了皮秒激光功率、重復頻率、進給速度、進給道次對于加工熱影響區的影響。2017年～2018年，上海交通大學的朱德志等［19］人試驗研究了激光功率、銑削/切割速度、重復頻率等工藝參數對加工質量、銑削深度、切縫錐度的影響，得到了優化的激光銑削和切割參數。2018年～2019年，天津工業大學的賀龍宇［20］研究了飛秒激光掃描CFRP 復合材料時的燒蝕閾值特性和材料的孵化效應。

從2014年至今，以湖南大學、上海交通大學與東華大學、天津工業大學為代表的幾個高校針對高強度CFRP［20-22］，哈爾濱工業大學［17］、北京衛星制造廠有限公司［23-25］針對高模量CFRP，分別開展了超快激光刻蝕、切割與銑削試驗研究，加深了對CFRP 超快激光加工特性的認識。張家雷等［26］對激光作用下CFRP 材料的燒蝕特性進行了研究，并根據實驗得到了復合材料氣化時的表面溫度和力學性能變化。這些研究結果均表明：相比傳統機械加工、長脈沖激光和連續激光，超快激光加工CFRP 在損傷與精度控制方面具有明顯優勢。

1.2 激光加工芳綸纖維復合材料

相比較CFRP，國內外對于芳綸纖維復合材料（AFRP）的激光加工研究進展總體滯后10～20年，涉及AFRP 的研究單位遠少于CFRP 的。根據國外報道，僅有沙特阿拉伯的F.AL-SULAIMAN 和B.S.YILBAS、埃及的T.A.EL-TAWEEL、日本的T.HIROGAKI、印度的 G.D.GAUTAMH 和 H.CHOUHAN 等［27］少數學者對AFRP 的激光加工展開了研究。國內也僅有上海市激光技術研究所、中國工程物理研究院和北京衛星制造廠有限公司［24］等幾家機構開展了相關研究。但其研究呈現出與CFRP類似的歷程和特點，目前尚處于應用CO2激光、毫秒、納秒等傳統激光加工的研究，使用超快激光加工的報道很少。由于傳統激光的熱損傷比較明顯（相對于超快激光），加工熱影響區一般在50～1 000 μm 以上，難以滿足高精度、高質量加工的需求，因此工藝與方法研究主要集中于熱影響區的抑制和加工錐角的控制。

2 非金屬復合材料激光切割與鉆孔

激光切割作為一種比較成熟的加工工藝，已經廣泛應用于金屬和非金屬的加工。對于非金屬復合材料，雖然自20世紀80年代中期開始，人們已經嘗試將激光工藝應用于二維CFRP 復合材料。在國外，利用傳統激光對復合材料進行切割制孔的工業化應用已經比較普及，但在國內的應用比較有限。而國內外針對超快激光切割非金屬復合材料的研究目前則大多停留在理論和試驗階段。

2.1 碳纖維復合材料的激光切割與鉆孔

圖2展示了不同工藝方法切割CFRP 復合材料的效率對比，可以看出使用激光切割6 mm 厚度以下的板材具有絕對效率優勢。

圖2 各類激光切割不同厚度CFRP板與金剛石刀具銑削和磨料水射流切割方式的速率對比Fig.2 Comparison of cutting rate of CFRP plates with different thicknesses by laser cutting，diamond cutting and abrasive water jet cutting

無論是機械加工還是激光加工、水射流加工等，加工過程中伴隨著對于材料的損傷。對于屬于接觸式加工的機械式銑削，加工結構會因為銑削中伴隨的力、熱問題造成材料力學性能的衰退；而激光加工則主要是熱影響導致的力學性能衰退。早在2008年，德國漢諾威激光中心的HERZOG 等［28］就發現，盡管傳統熱效應激光（例如屬于Nd：YAG 激光的納秒激光，屬于連續激光的CO2激光）存在明顯的熱加工缺陷，但是對于材料拉伸輕度的削減程度，可以比傳統銑削的要小。其根本原因是激光加工產生的變質層（即熱影響區厚度）比銑削加工更小。

2016年，HERZOG 等人［29-30］將研究成果進行了工業化應用，用激光切割加工了碳纖維復合材料汽車門產品，如圖3所示。結果表明，根據目前光纖激光器的水平，采用掃描振鏡切割的加工方式，使用三維激光加工系統切割高檔汽車的碳纖維復合材料零件，目前已經基本具備工業化應用水平。

圖3 三維激光切割系統與CFRP復合材料汽車門實物圖Fig.3 3D laser cutting system and real drawing of CFRP composite automobile door

2018年，德國漢諾威激光中心的BLUEMEL等［31］使用六自由度機器人和三維可編程聚焦光學系統（3D programmable focusing optic，I-PFO），搭載平均功率為1.5 kW 的近紅外納秒激光器，切割最大厚度達5 mm 的空間曲面CFRP 材質汽車結構。當切割厚度不大于2 mm 時，熱變質層厚度在0.1 mm 以下，有效切割速度約為20 mm/s，結果如圖4所示

圖4 三維激光切割系統及切割的5 mm厚CFRP復材板Fig.4 3D laser cutting system and 5 mm thick CFRP composite plate

2019年，HEIDERSCHEIT 等［32］利用長脈沖納秒激光對CFRP 復合材料進行切割和鍵孔制備，并對加工的效果進行了研究和分析。

隨著超短脈寬激光技術的成熟和發展，一些專家和學者已經對CFRP 的超快激光切割加工進行了研究。在超快激光復材加工領域，STOCK 等［33］發現快速掃描加工可有效抑制激光切割熱損傷；GOEKE等［34］發現激光波長和材料吸收率可影響材料切縫和熱影響區尺寸大?。籗ALAMA［35］通過高強度CFRP 的鉆孔試驗實驗研究了激光功率、掃描速度和重復頻率等參數對熱影響區尺寸和燒蝕深度的影響；FREITAG 和WEBER 等［15-16，36］指出激光脈沖之間的熱積累是形成高強度CFRP 切割加工的熱影響區的主要原因之一，并基于熱傳導方程推導了加工臨界進給速率與脈沖能量和重復頻率之間的關系。張開虎等人［25］發現皮秒激光和飛秒激光切割CFRP 復合材料時的加工熱影響區差異很小，尤其是加工模式是切割模式時，在測量統計誤差范圍內，切割邊緣的熱影響區幾乎不依賴于超快激光的脈沖寬度。

2.2 陶瓷基復合材料的激光切割與制孔

2019年，針對航空發動機用陶瓷基復合材料的制孔需求，中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司的劉瑞軍等［37］人比較了長脈沖激光、超快激光、電火花、水射流切割等方法的加工效果，如圖5所示。結果表明長脈沖激光加工斷口表面發生氧化及過燒，加工效率高，存在熱影響、微裂紋缺陷；電火花線切割效率極低，同樣存在熱影響與微裂紋缺陷；水射流切割由于水壓沖蝕，導致大量SiC 粉末被水流帶走，致使孔洞增大，會導致零件失效；超短脈沖激光切割可通過偏焦加工解決過燒問題，表面未見明顯微裂紋。通過對比四種工藝方法切割陶瓷基復合材料，發現超短脈沖激光對復合材料的損傷最小。

圖5 四種工藝方法切割復合材料斷口圖及掃描電鏡圖Fig.5 Fracture diagram and scanning electron microscope of composite materials cut by four methods

從圖6中可以看出，采用飛秒級超快激光加工復合材料微孔時，可制備孔徑范圍0.4～1.6 mm，深徑比達10∶1的微小孔，且質量精度良好，基體無重熔層、微裂紋、崩邊等缺陷，氣膜孔內腔表面粗糙度Ra可達0.27 μm。

圖6 飛秒激光加工陶瓷基復合材料的微小孔效果Fig.6 Effect of femtosecond laser processing on micro holes in ceramic matrix composites

2.3 芳綸纖維復合材料的激光切割制孔

2008年，針對不同厚度的芳綸纖維增強樹脂基復合材料板，沙特阿拉伯的AL-SULAIMAN 等［27］人研究了CO2激光切割這種高強度高模量復合材料的效果。從圖7中可以看出，盡管材料切口處會有輕微變質層，但是可以避免傳統鉆頭鉆孔時造成的孔口嚴重起毛問題。

圖7 使用CO2激光切割的孔與鉆頭鉆孔效果對比Fig.7 Comparison of drilling effect between CO2 laser cutting hole and drill bit

2019年，北京衛星制造廠有限公司的張開虎等［24-25］人針對航天領域典型的CFRP、AFRP 復合材料，以加工熱影響區寬度為典型質量指標，研究了激光脈沖寬度、激光波長對于加工質量的影響規律。比較了CFRP和AFRP材料對激光脈沖寬度和激光波長需求的異同。

結果表明，對于AFRP 復合材料，盡管激光加工不會出現傳統接觸式加工出現的孔口拉絲毛邊等明顯缺陷，但依然可能會出現熱缺陷。當采用近紅外超快激光進行切割加工時，會產生肉眼可見的糊邊，但采用短波長（例如近紫外波長）超快激光則能夠基本避免燒糊現象。從宏觀層面的加工質量上看，采用短波長超快激光加工該材料相比長波長激光具有明顯優勢，如圖8所示。

圖8 近紅外飛秒激光與紫外皮秒激光切割AFRP對比Fig.8 Comparison of near infrared femtosecond laser and ultraviolet picosecond laser cutting AFRP

3 非金屬復合材料激光精密銑削

2016年，英國大學Manchester 大學的SALAMA等［38］分析了使用超快激光掃描振鏡加工頭銑削CFRP 的過程以及實現精密小盲孔、盲槽制備的可能性。結果如圖9所示。

圖9 使用超快激光可實現對CFRP的精密銑孔和銑槽Fig.9 Ultra fast laser can be used to precisely mill slots and holes of CFRP

激光精密銑削對于非金屬復合材料具有重要的應用價值，例如航天器發動上的陶瓷基復合材料小盲孔的制備。

2016年，西北工業大學超高溫結構復合材料重點實驗室王晶等［39］研究了碳化硅陶瓷基復合材料（CMC-SiC，包含SiC/SiC和C/SiC兩種材料）的超短脈沖激光加工工藝。CMC-SiC 是用于制造航空渦輪整體葉盤和渦輪靜子件、發動機調節片等精密構件、航空發動機燃燒室火焰筒和渦輪葉片的重要材料，其上存在大量精密微小型加工需求，例如火焰筒和渦輪葉片的氣膜冷卻孔（直徑300～700 μm），其加工質量的好壞將嚴重影響結構件的力學性能和使用性能。這種材料的硬度為2 840～3 320 kg/mm2，僅次于金剛石和立方氮化硼。從圖10中可以看出，超快激光能夠滿足其微小結構精密加工需求。

圖10 超短脈沖加工的C/SiC復合材料構件方槽Fig.10 Ultra short pulse machining of square groove in C/SiC composites

4 非金屬復合材料選擇性激光清洗

盡管激光清洗的出現最早可追溯到20世紀60年代，但針對這種創新型清洗技術的研究和應用是從20世紀90年代開始逐步擴大的。在過去20 多年的時間里，國內外均有關于激光清洗技術的報道［40］，近幾年迅速成為工業制造領域的研究熱點，研究內容主要包括激光清洗工藝、理論、裝備以及應用［41］。

國內在激光清洗裝備和應用方面的整體水平與國外差距較大。目前歐美國家的激光清洗市場表現穩定，主要供應商包括P-laser，CleanLaser，Adapt Laser Systems，General Lasertronics，IPG 等，我國激光清洗技術的研究和設備的開發起步晚，基本上是跟蹤國外的發展，雖然在較短時間內取得了一些成果，但與國外相比還有較大差距。目前從事激光清洗的科研機構包括中國工程物理研究院激光聚變中心、解放軍裝甲兵工程學院再制造中心、哈爾濱工業大學、華中科技大學、南開大學等。盡管近年學術界激光清洗的研究逐漸豐富，清洗材料種類和應用領域逐漸擴大，但各領域研究發展不平衡，很多問題尚未解決。

在非金屬復合材料的清洗工藝、理論、裝備以及應用方面，我國基本處于起步階段。而針對航空航天領域產品激光清洗設備與應用，尚處于空白狀態，相關裝備也正在研究當中。

4.1 非金屬復合材料激光清洗研究進展

2016年，德國相干公司的R.DELMDAHL 等［42］采用脈寬28 ns，波長308 nm 的準分子紫外光對膠接前的CFRP 進行表面清洗以去除油脂等污物，激光功率30 W 的激光清洗效率為9.6 m2/h。提出批量生產加工時，可使用600 W 激光器，預計清洗效率為58.3 m2/h。圖11顯示了不同激光脈沖次數下的CFRP 表面形貌。

圖11 激光能量密度800 mJ/cm2準分子激光清洗CFRP表面形貌Fig.11 Surface morphology of CFRP cleaned by excimer laser with energy density of 800 mJ/cm2

2017年，葡萄牙里斯本大學的V.OLIVEIRA等［43-44］研究了其在飛秒激光作用下纖維相和基體相各自的燒蝕閾值，根據閾值及其孵化效應得到了表面處理時能夠實現環氧樹脂選擇性去除的工藝參數；采用波長1 024 nm，脈寬550 fs 的飛秒激光對碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）進行表面處理，去除部分樹脂材料，改變復合材料表面形貌和粗糙度，提高了膠接材料之間的界面面積，提高了CFRP 的膠接強度。此外，在碳纖維界面觀察到了亞微米尺寸的波紋狀微觀形貌特征，如圖12所示，這為膠接工藝提供了大量的咬合點，有助于增大膠接時的咬合作用。因此采用飛秒激光清洗材料表面時，除了超短脈沖激光清洗時的燒蝕效應以外，還有對碳纖維表面進行微加工的作用，這將是飛秒激光應用在清洗領域時的一個重要優勢。

圖12 激光能量0.35 mJ處理后的橫截面形貌Fig.12 Cross section morphology after laser energy 0.35 mJ

2018年，意大利GENNA 等［45-46］研究了Yb：YAG光纖激光清洗對于高性能碳纖維增強復合材料表面的影響，用激光輔助連接法將碳纖維連接到聚碳酸酯（PC）板中，對環氧樹脂接頭進行了試驗研究。結果表明，激光預處理使接頭強度顯著提高，在最佳條件下，超過參考樣品的兩倍以上。

2018年，LEONE 等［46］用Yb：YAG 光纖脈沖激光在碳纖維復合材料上進行了不同工藝參數下的激光清洗，研究了激光處理對于CFRP 接頭強度的影響，并與未經處理和砂紙處理的樣品進行了對比，結果如圖13所示。結果表明，激光處理可以使表觀剪切強度增加一倍。

圖13 CFRP-CFRP連接示意圖及經過不同處理后焊接表觀剪切強度Fig.13 Schematic diagram of CFRP-CFRP connecting and apparent shear strength after different treatments

在國內，2017年以來，國內科研人員對飛機復合材料部件除漆研究也重視起來。南京航空航天大學占小紅等［47-48］采用50 kHz 的紅外脈沖激光處理碳纖維復合材料，通過分析不同參數組合下的微觀形貌，研究激光功率和掃描速度對碳纖維復合材料表面形貌的影響，得出了表層樹脂和污染物被清除且碳纖維未被損壞的激光清洗參數。同時發現激光處理后得到的最大剪切強度為27 MPa，與沒有表面處理的材料相比剪切強度提高了36.15%。

2018年，東華大學的吳瑤等［49］人通過對比激光清洗與機械打磨的CFRP 與鋁的膠接性能，發現激光清洗后的CFRP與鋁的膠接強度比未處理的CFRP提高了195%，比打磨處理的CFRP提高了102%。

4.2 非金屬復合材料激光清洗應用進展

在航空航天領域，激光清洗目前主要應用于非金屬復合材料的除漆。國外對于激光除漆技術以及復合材料研究較早，已有很多成功應用案例。而國內處于摸索階段，近年來也有很多對于激光除漆技術研究的優秀成果以及很多自主研發的激光器應用于工業生產，但數量很少，其中針對非金屬復合材料的成熟應用則幾乎沒有報道。

2003年，美國國際航空實驗室（National Aerospace Laboratory，NLR）研究了不同除漆技術對于F-16 戰斗機平尾非金屬復合材料表面漆層清除的效果，并進行了評價。結果表明，激光可以選擇性地去除面漆保留底漆，也可以將面漆和底漆一起去除，而且除漆效率很高，節約了時間和成本，且復合材料溫度未超過80 ℃。此外，美國海軍H-53、H-56等直升機螺旋槳葉片復合材料表面也已實現激光脫漆應用。

2015年6月，由Concurrent Technologies 公司 和美國國家機器人工程中心開發的兩套先進的機器人激光涂層去除系統（ARLCRS）被運送到猶他州空軍基地用于F-16 戰斗機和C-130 貨機除漆口［50］，如圖14所示。與以往的除漆系統相比，ARLCRS 可使除漆時間縮短50%。

圖14 激光涂層去除系統對F-16戰斗機進行激光除漆Fig.14 Laser paint removal of F-16 fighter by laser coating removal system

5 結語

總體而言，激光切割與鉆孔、激光銑削、激光清洗等不同分支的激光減材制造技術的技術成熟度不盡相同。針對非金屬復合材料，激光切割技術有利于解決大尺寸、復雜結構的高效率切割、制孔需求。激光銑削技術雖然應用場合有限，但對于相關方向具有十分重要的作用。激光選擇性清洗技術則能夠實現復合材料表面除漆、污、氧化膜需求和焊接/膠接表面預處理。與傳統加工工藝相比，激光加工在制造效率、精度和質量等方面具有其獨特優勢。

（1）綜合國內外研究看，針對非金屬復合材料的傳統激光切割鉆孔，國內外有相對成熟的試驗研究，但受限于傳統激光加工突出的熱效應，應用僅限于宏觀非精密加工。對于高精度低熱損傷的超快激光切割制孔技術，國外研究已經日漸成熟，為走向工業化應用打下了堅實的基礎。但在國內，技術成熟度總體較低、尚處于萌芽狀態。

（2）與激光切割相比，非金屬復合材料的激光銑削的應用場合要窄很多。其主要原因是激光銑削對于銑削深度的控制精度較低。對于熱效應明顯的傳統激光，由于其制造精度遠低于超快激光，使得傳統激光的精密銑削非常困難，因此報道的研究主要是使用超快激光的銑削。

（3）我國在激光清洗領域基本處于起步階段，與國外存在較大差距，尤其是在非金屬復合材料的清洗工藝、理論、裝備等方面。這是由多方面原因造成的，除了激光清洗機理與工藝不夠成熟外，激光器設備的性能也限制了激光清洗的效率和精度。近年來國家致力于推動激光清洗技術發展，對激光清洗的工藝與應用起到有效的促進作用。預計激光清洗技術將會率先應用于航空、航天、核能等軍工領域。

（4）從激光加工選擇的激光種類來看，最具潛力的是皮秒激光、飛秒激光等“冷”加工效應的超快激光。納秒激光、連續激光等傳統激光在加工非金屬復合材料時熱效應明顯，無法滿足精密加工的精度和質量要求。而使用皮秒激光、飛秒激光等超快激光時，熱影響區可控制在0.01～0.1 mm 量級，且材料邊緣光滑，無表皮撕裂、分層、毛邊等缺陷。在國外，非金屬復合材料的超快激光加工技術已經日漸成熟，為走向工業化應用打下了基礎。在國內，對于超快激光加工技術的研究和應用成熟度較低、總體處于起步階段。

隨著超快激光技術的迅速發展，基于超快激光的非金屬復合材料切割、制孔、精密銑削和選擇性清洗技術會發揮出巨大的優勢和潛力。有望兼顧精度、質量、效率等制造需求，在未來的航空航天領域發揮出其他加工方法無可替代的作用。