精密表层图案是实现远程通讯、电路集成和信号采集等重要功能的基础结构。随着相关零件趋向面形复杂、刚度弱化、布线紧凑和材料广泛等特点,具有非接触、灵活性强、材料适用广等优点的激光加工成为表层图案主流加工方法。然而面对日益严苛的高精高效要求,亟需解决高斯能量分布引发斜坡状刻蚀边缘、跨尺度图案限制下面域蚀除效率低、单一扫描策略难以兼顾轮廓质量与进给速度等问题。鉴于此,本文开展了覆层图案激光加工边缘锥角抑制与面域高效去除研究,内容如下:首先,利用ANSYS及其APDL语言与生死单元技术,研究了激光热源准确加载方法并模拟了金属的移动脉冲激光烧蚀截面。仿真表明激光垂直刻蚀截面轮廓与激光能量分布高度相似,而倾斜刻蚀截面为明显非对称轮廓。鉴于有限元法求解耗时且灵活性差,发展了激光烧蚀截面轮廓解析计算模型并分析了典型刻蚀截面形状及成因,实验验证计算模型对微槽深宽度预测误差分别为3.3%和11.2%,而槽宽对扫描速度敏感性较差。其次,针对斜坡状刻蚀边缘问题,提出了“刻蚀+侧壁修整”激光铣削侧壁锥角抑制工艺。将激光烧蚀截面计算模型发展至倾斜入射工况,入射角<40°时微槽深宽度及侧壁锥角预测误差分别为3.8%、3.8%和6.7%。基于垂直侧壁目标和蚀深控制前提,建立了侧壁修整的光束-工件相对位姿、能量密度和扫描速度参数有序规划方法。加工的两类微槽在深宽度基本不变的同时侧壁锥角由34°和49°降至2°和3°,抑制度>90%。然后,为利用激光特性提升加工效率,提出了蚀深约束下“离焦+能量补偿”激光参数调控方法。建立了激光离焦烧蚀截面计算模型与溅射物轮廓参数化表征方法。综合考虑离焦和溅射物因素建立蚀深约束下的能量密度补偿方法。加工的微槽在保证深度同时宽度增大64.5%,且修正的烧蚀截面计算模型保留原有精度的同时对溅射物高度平均预测误差为8.6%,另外经过能量补偿后面域加工由几乎无深度变为深度符合要求。最后,鉴于单一扫描策略局限性,提出外区环扫+内区行扫的激光双扫描策略加工方法,考虑机床驱动能力建立了以图案轮廓等距偏置线为界的分区准则,并研究了面域激光加工行距估算方法。对于图案轮廓曲线为非一阶连续情况,开发了曲线去自交及曲线对去相交方法。实验表明加工图案轮廓平滑且中心区过烧由23μm降至1μm,结合离焦+能量补偿激光参数调控方法,加工时间较单一环扫策略减少28.6%。研究内容集成为表层图案激光精密加工软件,制备了多种薄壁曲面件内外壁表层图案。研究结果为制造基于表层功能图案的高新产品和激光加工技术创新提供借鉴。