現(xiàn)在，激光加工已經(jīng)成為了工業(yè)領域中十分重要的加工手段。激光加工的基本原理是將高能量密度的激光束聚焦在被加工物體表面，使其瞬間熔化、氣化，從而實現(xiàn)高效、高精度地對于多種材料的加工。激光加工技術(shù)也是我國一直重點支持和推動應用的一項高新技術(shù)。
工業(yè)領域現(xiàn)有的激光雕刻機，主要是利用了一個能在X、Y兩個垂直方向上作運動的移動平臺控制激光束在平面的二維坐標上實現(xiàn)加工。來自清華大學機械系的朱陶元敏、張炫彬、賈波幾位同學曾經(jīng)在課程上學習過這種傳統(tǒng)激光雕刻機的設計方法。可是，他們沒有滿足于此，而是進一步思考：是否可以改變傳統(tǒng)激光雕刻機的結(jié)構(gòu)進而改善其加工性能呢？
從這個想法出發(fā)，他們提出了一種基于“平面五連桿機構(gòu)”的結(jié)構(gòu)設想。區(qū)別于傳統(tǒng)激光雕刻機的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，“五連桿機構(gòu)”被稱為并聯(lián)機構(gòu)，兩個運動軸處于相同的地位，并且都可以與基座相對固定。這樣的設計可以使得系統(tǒng)運行時的慣性大大減小，這意味著系統(tǒng)可以在更大的速度以及加速度下運行，從而提升加工效率。
有了設計思路，他們在指導老師的幫助下開始了精密的參數(shù)測算、零件設計和系統(tǒng)實現(xiàn)的過程。為了能夠使激光雕刻機在工作范圍以及工作精度兩方面達到平衡，他們通過分析在工作范圍內(nèi)的誤差分布，不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終得到了最優(yōu)化的設計方案；又經(jīng)過對關鍵零件進行的受力分析結(jié)果，在保證結(jié)構(gòu)強度的情況下，對零件進行了大面積的開孔減重。在選擇材料時也將大部分結(jié)構(gòu)設計為高強度鋁合金，只在關節(jié)處使用鋼件增加結(jié)構(gòu)剛度。此后，他們以PC主機為中心，搭建了一套完整的控制系統(tǒng)。通過使用專門編寫的程序，可以將矢量格式的圖形或文字導入系統(tǒng)中，自動生成加工的軌跡并將軌跡信息逐點發(fā)送給電機驅(qū)動器實現(xiàn)沿軌跡加工。
最終，項目小組完成的激光雕刻系統(tǒng)可以在電機功率相近的情況下，獲得至少5倍于傳統(tǒng)激光雕刻機的運動加速度。在執(zhí)行復雜曲線加工等需要較高加速度的加工情況下，加工效率可大大超越傳統(tǒng)式激光雕刻機，展現(xiàn)出十分廣闊的應用前景。他們的成果在2015年4月清華大學第三十三屆“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術(shù)科技作品競賽中獲得了特等獎，實現(xiàn)了“從課堂中來，再打破課堂學來的知識”的目標。
