激光加工技术的应用研究
摘要：激光加工技术作为一门科学技术，广泛应用于许多工程领域。作为科学发展中出现的一种全新产物，该技术为国防军事、工业机械和农业商业等领域带来了诸多便利。科学技术的不断进步推动着施工质量在提高，激光技术也在不断改进。激光加工技术在工程机械制造中的应用是本文研究的重点，目的是与行业相关人员讨论如何更有效地提高机械产品的制造精度和质量。
关键词：激光加工；机械制造；应用
引言
日益提升的国民经济水平下，信息现代及激光技术也得到了进一步发展。激光技术凭借自身的多项优点，在军事、医学等相关领域之中得到了普遍认可。可以说，激光技术在各个行业之中都属于一项顶尖的技术，是各领域应用激光而产生的一系列技术，备受各国相关人员的重视。
1激光技术工作原理
激光具有单色波长、平行光束的性能特征。科学实验中，采用电管依托光或电流的能量撞击个别原子里含有易激发物质或晶体，原子所带电子在经历了撞击之后处于高能量状态，而高能量电子逐渐朝着平和低能量转化并完成之后，原子会有更大能量产生，进而有光子发出；该状态下，释放出来的光子会继续撞击原子，而原子在撞击下会有光子继续产生，重复撞击、释放这一循环过程，且是以同一运行方向进行的，会集中形成一束具有极强能量的该方向的光，即为激光原理。聚集之后形成的激光具有强大的能量，各类材质即可穿透。如红宝石激光输出脉冲尽管不具备能让冷水沸腾的能量，然而却能将5mm钢板穿透。而激光虽然具有一般的光能，但却具备极高的功率密度和强大的穿透力，是一般光束根本无法达成的，也正是因为激光的该优势，因此在各个行业领域之中得到了广泛地应用。
2激光加工概述
激光的全称是受激辐射光放大，如何从技术上实现数反转是激光产生的必要条件，当高能粒子与特定频率的光子发生入射时，高能级的粒子会有一定的概率跃至低能级。除此之外，粒子会辐射出与外光子频率、相位、偏振和传播方向相同的光子，上述过程就是受激辐射。受激辐射就意味着原始光信号会被放大，受激光辐射过程中衍生出的光被称为激光。激光的显著特点主要有：亮度极高、指向性强、色度比较单一、相干度较高等。随着工业技术近年来的技术改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技术在制造业中扮演着越来越重要的角色。
2.1激光切割
激光切割是借助高能量密度的激光束对器件进行强光照射，目的是使照射温度迅速上升。物料气化后，蒸汽会在短时间内被迅速排出或熔化，而辅助气体会为液体的顺利排出提供一定的帮助，进而形成相应的狭缝。激光切割通常会被用于加工钢、铝合金、钛合金等常见金属材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料也是激光切割的切割对象。值得一提的是，激光切割是一种非接触加工工艺，切割过程中工件并不会出现机械变形，激光束不会对不受激光照射的工件产生影响，其热冲击面积小，工件的热变形校激光切割快速灵活，节省投资和生产成本。在汽车工业中，三维激光切割逐步取代冲切模和切边模成为生产车身板件的主要切割技术，相较于传统技术节省了大量的切割时间。在工程机械行业，日本以激光
激光加工技术存在的问题及未来发展展望一、国外激光加工技术及发展动态 以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家，目前主导和控制着全球激光技术和产业的发展方向。 其中，德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下；美国IPG公司的光纤激光器引领世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型制造产业，如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中，基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光加工”时代。 经过几十年的发展，激光技术开辟了广阔的应用天地，应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。根据国外统计资料表明，2013年全世界总的激光销售超过1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年增长6.0%，达到93.34亿美元。美国市场借助出口方面的出色表现有所增长；欧洲凭借德国的出口增长仅维持收支平衡；亚洲市场，东盟国家的增长抵消了中国的经济放缓以及日本的零增长。 二、国内激光产业发展现状 1.国内激光产业整体格局 国内激光企业主要分布在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地，已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地，其中有一定规模的企业约300家。 2014年我国激光产业链产值约为800亿元。主要包括：激光加工装备产业达到350亿元（其中，用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据了67%的市场份额）；激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用达到450亿元。预计在今后三年，我国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。 我国激光加工产业可以分为四个比较大产业带，珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。这四个产业带侧重点不同，珠三角以中小功率激光加工机为主，长三角以大功率激光切割焊接设备为主，环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主，以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四
激光加工技术的现状及国内外发展趋势——激光英才网 作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。 激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW 级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级Y AG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。 激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。而Y AG激光器的应用是以焊接、标记（50％）和切割（15％）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了70~80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范围内，而以热处理为主的约占15％，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。 在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。 到了80年代，Y AG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为Y AG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着Y AG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。Y AG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。Y AG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。Y AG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。 目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打
激光加工技术及其应用 概述: 激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。 在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点 (1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工; (2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题; (3、工件不受应力,不易污染; (4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工; (5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工; (6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度; (7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理 激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。以红宝石激光器为例,它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋,但却能在 3mm的钢板上钻出一个小孔。激光拥有上述特性,并不是因为它有与别不同的光能,而是它的功率密度十分高,这就是激光能够被广泛应用的主要原因。激光加工技术先进性激光的上述特性给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的优势。由于激光加工是无接触加工,对工件无直接冲击,所以无机械变形。激光加工过程中无刀具磨损,无切削力作用于工件;激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小,因此受其热影响的工件热变形小,后续加工量少。激光束易于导向、聚焦,能够便捷地实现方向变换,使其极易与数控系统配合,对复杂的工件进行加工。因此,它是一种极为灵活的加工方法,具备生产效率高、加工质量稳定可靠、经济效益和社会效益好等优点。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于航空、汽车、机械制造等国民经济重要部门,在提高产品质量、劳动生产率、自动化、降低污染和减少材料消耗等方面起到重要的作用。激光切割激光切割一直是激光加工领域中最为活跃一项技术,它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,通过与计算机控制的自动设备结合,使激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改十分方便。激光切割技术的出现使人类可以切割一些硬度极高的物质,包括硬质合金,甚至金刚石。高科技已经让“削铁如泥”的传说变成了现实。激光切割技术是激光加工技术应用的重要方面之一,广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质
激光加工技术 摘要 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。 关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、 引言 激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
正文 1﹑激光加工技术的原理及其特点 1．1激光加工的起源 早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。 1.2激光加工的原理 激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。 激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达107～1012瓦／厘米2，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
1987 年美国科学家提出了微机电系统(MEMS)发展计划，这标志着人类对微机械的研究进入到一个新的时代。目前，应用于微机械的制造技术主要有半导体加工技术、微光刻电铸模造(LIGA)工艺、超精密机械加工技术以及特种微加工技术等。其中，特种微加工方法是通过加工能量的直接作用，实现小至逐个分子或原子的去除加工。特种加工是利用电能、热能、光能、声能、化学能等能量形式进行加工的，常用的方法有：电火花加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电解加工等等。近年来发展起来一种可实现微小加工的新方法：光成型法，包括立体光刻工艺、光掩膜层工艺等。其中利用激光进行微加工显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。 2 常用激光微加工技术 激光微加工技术具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点[1]。实际上，激光微加工技术最大的特点是“直写”加工，简化了工艺，实现了微型机械的快速成型制造。此外，该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，可谓“绿色制造”。在微机械制造中采用的激光微加工技术有两类：1) 材料去除微加工技术，如激光直写微加工、激光LIGA 等；2)材料堆积微加工技术，如激光微细立体光刻、激光辅助沉积、激光选区烧结等。 2.1 激光直写技术 准分子激光波长短、聚焦光斑直径小、功率密度高，非常适合于微加工和半导体材料加工。在准分子激光微加工系统中，大多采用掩膜投影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蚀工件，将准分子激光技术与数控技术相结合，综合激光光束扫描与X-Y 工作台的相对运动以及Z 方向的微进给，可以直接在基体材料上扫描刻写出微细图形，或加工出三维微细结构[2]。图1 为准分子激光加工出来的微型齿轮，最小齿轮直径为50mm。目前采用准分子激光直写方式可加工出线宽为数微米的高深宽比微细结构。另外，利用准分子激光采取类似快速成型(RP)制造技术，采用逐层扫描的方式进行三维微加工的研究也已取得较好结果[3]。 2.2 激光LIGA 技术
浅谈激光加工技术的发展及应用 浅谈激光加工技术的发展及应用 【摘要】因为激光的加工技术的优点是生产的效率极高、加工的质量极好、适用的范围很广等，所以越来愈多的人希望在很多的领域中使用激光加工技术。本文介绍其相关的理论，重点论述其发展和应用。 【关键词】激光加工技术相关理论发展应用 一、前言 近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。 二、激光加工技术相关理论 笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。 （一）原理 激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。 （二）特点 激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以
可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。 三、激光加工技术的发展及应用 近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。 （一）激光加工技术的发展 了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。 迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。 广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。 （二）激光加工技术的应用 激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔
1. 快速凝固 快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。 2. 半固态成型 半固态成型是利用凝固组织控制的技术.20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的Flemings 教授等首先提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固式，开辟了强制均匀凝固的先河。半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压） 3. 无模成型 为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。 4.超塑性成型技术 超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。 5. 金属粉末材料成型加工 粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售量增加了近2倍。2003年北美铁基粉末。相关的模具、工艺设备和最终零件产品的销售额已达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售为64亿美元。美国企业生产的粉末冶金产品占全球市场的一半以上。可以预见，在较长一段时间内，粉末冶金工业仍将保持较高的增长速率。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。 6. 陶瓷胶态成型 20世纪80年代中期，为了避免在注射成型工艺中使用大量的有机体所造成的脱脂排胶困难以及引发环境问题，传统的注浆成型因其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作制等特点而再度受到重视，但由于其胚体密度低、强度差等原因，他并不适合制备高性能的陶瓷材料。进入90年代之后，围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。 7. 激光快速成型 激光快速成形技术，是20实际90年代中期由现代材料技术、激光技术和快速原型制造术相结合的近终形快速制备新技术。采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组
激光加工技术 班级：学号： 摘要:作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。本文论述了激光加工技术的主要内容，以及它的加工原理、特点及其应用。 关键词：激光技术特点应用 1.引言 激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（Lasser Beam Machining 简称LBM）。由于激光加工不需要加工工具、而且加工速度快、表面变形小，可以加工各种材料，已经在生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性，所以很受人们重视。 激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。 2.激光技术研究的主要内容 （1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。 （2）建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。 （3）激光切割技术研究。 （4）激光焊接技术研究。 （5）激光表面处理技术研究。
（6）激光加工光束质量及加工外围装置研究。 （7）择优支持2~3个国家级加工技术研究中心，开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。 3激光加工的原理和特点 3.1．加工原理和特点 1）聚集后，光能转化为热能，几乎可以熔化、气化任何材料。例如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等硬脆材料都能加工。 2）激光光斑大小可以聚集到微米级，输出功率可以调节，因此可用以精密微细加工。 3）加工所用工具是激光束，是非接触加工，所以没有明显的机械力，没有工具损耗问题。加工速度快、热影响区小，容易实现加工过程自动化。还能通过透明体进行加工，如对真空管内部进行焊接加工等。 4）和电子束加工等比较起来，激光加工装置比较简单，不要求复杂的抽真空装置。5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此，精微加工时，精度，尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证，必须进行反复试验，寻找合理的参数，才能达到一定的加工要求。由于光的反射作用，对于表面光泽或透明材料的加工，必须预先进行色化或打毛处理，使更多的光能被吸收后转化为热能用于加工。 6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。 4.激光技术的应用 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：（1）激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
激光加工技术的应用研究 摘要：激光加工技术作为一门科学技术，广泛应用于许多工程领域。作为科学发展中出现的一种全新产物，该技术为国防军事、工业机械和农业商业等领域带来了诸多便利。科学技术的不断进步推动着施工质量在提高，激光技术也在不断改进。激光加工技术在工程机械制造中的应用是本文研究的重点，目的是与行业相关人员讨论如何更有效地提高机械产品的制造精度和质量。 关键词：激光加工；机械制造；应用 引言 日益提升的国民经济水平下，信息现代及激光技术也得到了进一步发展。激光技术凭借自身的多项优点，在军事、医学等相关领域之中得到了普遍认可。可以说，激光技术在各个行业之中都属于一项顶尖的技术，是各领域应用激光而产生的一系列技术，备受各国相关人员的重视。 1激光技术工作原理 激光具有单色波长、平行光束的性能特征。科学实验中，采用电管依托光或电流的能量撞击个别原子里含有易激发物质或晶体，原子所带电子在经历了撞击之后处于高能量状态，而高能量电子逐渐朝着平和低能量转化并完成之后，原子会有更大能量产生，进而有光子发出；该状态下，释放出来的光子会继续撞击原子，而原子在撞击下会有光子继续产生，重复撞击、释放这一循环过程，且是以同一运行方向进行的，会集中形成一束具有极强能量的该方向的光，即为激光原理。聚集之后形成的激光具有强大的能量，各类材质即可穿透。如红宝石激光输出脉冲尽管不具备能让冷水沸腾的能量，然而却能将5mm钢板穿透。而激光虽然具有一般的光能，但却具备极高的功率密度和强大的穿透力，是一般光束根本无法达成的，也正是因为激光的该优势，因此在各个行业领域之中得到了广泛地应用。 2激光加工概述 激光的全称是受激辐射光放大，如何从技术上实现数反转是激光产生的必要条件，当高能粒子与特定频率的光子发生入射时，高能级的粒子会有一定的概率跃至低能级。除此之外，粒子会辐射出与外光子频率、相位、偏振和传播方向相同的光子，上述过程就是受激辐射。受激辐射就意味着原始光信号会被放大，受激光辐射过程中衍生出的光被称为激光。激光的显著特点主要有：亮度极高、指向性强、色度比较单一、相干度较高等。随着工业技术近年来的技术改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技术在制造业中扮演着越来越重要的角色。 2.1激光切割 激光切割是借助高能量密度的激光束对器件进行强光照射，目的是使照射温度迅速上升。物料气化后，蒸汽会在短时间内被迅速排出或熔化，而辅助气体会为液体的顺利排出提供一定的帮助，进而形成相应的狭缝。激光切割通常会被用于加工钢、铝合金、钛合金等常见金属材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料也是激光切割的切割对象。值得一提的是，激光切割是一种非接触加工工艺，切割过程中工件并不会出现机械变形，激光束不会对不受激光照射的工件产生影响，其热冲击面积小，工件的热变形校激光切割快速灵活，节省投资和生产成本。在汽车工业中，三维激光切割逐步取代冲切模和切边模成为生产车身板件的主要切割技术，相较于传统技术节省了大量的切割时间。在工程机械行业，日本以激光
激光加工技术发展的探究 摘要:激光加工是将激光束照射到工件的外表，以激光的高能量来切除、熔化质料以及转变物体外表性能。由于激光束的能量和光束的移动速率均可调治，因此激光加工可应用于任意层面和领域上。本文分别从激光加工技术的原理及其应用综合品评了激光加工较传统加工技术的良好性,说明其在制造行业中不行替换的作用.结合我国激光加工制造现状与国际的差距,对我国激光加工业发展做了良好的预测.在阐发外国研究动向的基础上，指出激光制造技术的发展趋向,将重点定位在微结构、微刻蚀、微工具以及多功效性微技术、微工程的研究与开发上。可以预测，三维微纳尺度的激光微制造技术必将成为新世纪的主流制造技术。 关键词:激光加工激光制造体系技术发展 1.前言 激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。其高相干性在高细密丈量、物质结构阐发、信息存储及通讯等领域得到了普遍应用。激光的高单色性，可在光化学领域对一些相距很近的能级作选择引发，进行重金属的同位素疏散；激光的高偏向性和高亮度可普遍应用于加工制造业（大到航天器、飞机、汽车工业，小到微电子、信息、生物细胞疏散等微技术）。随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不停改造与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗透到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或革新某些传统的加工行业。 2.正文 激光制造技术包括两方面的内容，一是制造激光光源的技术，二是使用激光作为工具的制造技术。前者为制造业提供性能优良、稳固可靠的激光器以及加工体系，后者使用前者进行各种加工和制造，为激光体系的不停发展提供广阔的应用空间。两者是激光制造技术中不可或缺的部分，不行偏废。激光制造技术具有许多传统制造技术所没有的优点，是一种切合可持续发展战略的绿色制造技术。比如，质料浪费少，在大规模生产中制造资本低；凭据生产流程进行编程控制（自动化），在大规模制造中生产屈从高；可靠近或到达“冷”加工状态，实现通例技术不能实验的高细密制造；对加工工具的顺应性强，且不受电磁干扰，对制造工具和生产情况的要求低；噪声低，不孕育发生任何有害的射线与剩余，生产历程对情况的污染小等等。因此，为顺应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。现在正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特性的激光，尤其是能顺应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。可以
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When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 激光加工技术应用领域研究(通 用版)
激光加工技术应用领域研究(通用版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 激光加工技术作为一项高新技术一直是国家重点支持和推动的，在国家制定中长期发展规划时，也将激光加工列为关键支撑技术，这就给激光加工技术应用带来前所未有的发展机遇。本文就对激光加工技术的在快速制造应用领域进行简单的探讨。 激光快速制造技术弥补了激光烧结工艺中的不足。现代激光技术的应用，采用了专门研发的、申请了专利保护的激光照射方案，使用了标准钢材粉末为原料的技术，获得了巨大的成功，可制造出无收缩的、几乎是百分之百密实的零部件。现在，在使用正品原材料的情况下可以制作大型的零件，如强力冷却的模具型芯。所用材料的特性与大批量生产时所用的钢材相同，使制造出来的零件满足了大批量生产的条件。铝合金铸造厂采用这种工艺技术为汽车生产厂制造铝合金材料的压铸模具。 激光快速制造技术是一种“常规的”生产制造工艺，它使得所有可以焊接的金属材料，如不锈钢、耐热钢和调质钢，按照一层层焊接
SpecialReports 2002年第3期 综述 激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用LaserMicromachiningandItsApplicationintheMicrofabricationofMEMS 潘开林①②陈子辰②傅建中① (①浙江大学生产工程研究所②桂林电子工业学院) 摘要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准 分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。 关键词:激光微细加工微机电系统激光LIGA1所示[5]。 表1MEMS主要微制造技术对比 技术 LIGA 1MEMS及其微制造技术概述 微机电系统(ME,,知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。MEMS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。MEMS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio-Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uTAS)、芯 最小尺寸 +++--(+)-(+)+++ 精度 +++--(+)++-+ 高宽比粗糙度 ++-+-+++++++
++--+-++ 几何自 由度 +-++++++-- 材料范围金属、聚合物、 陶瓷金属、聚合物金属、聚合物、 陶瓷聚合物金属、半导体、 陶瓷金属、半导体非铁金属、聚合物 技术准分子激光微细立体光刻微细电火化 LCVD 金刚石片实验室(LabonChip),与光学集成形成微光机电系统(MOEMS)等。MEMS是从微电子技术发展而来,其微制造技术 注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。 在目前MEMS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。 实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了MEMS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。 在MEMS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIGA、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。 主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工MEMS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的MEMS微制造技术。 (1)LIGA技术LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。 (2)材料去除加工技术这类技术主要包括准分 子激光微细加工[1～4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。(3)材料淀积加工技术这类技术主要包括激光 7] 辅助淀积(LCVD)、微细立体光刻[6、、电化学淀积等。
高等职业教育激光加工技术专业教学基本要求 专业名称激光加工技术 专业代码580114 招生对象 普通高中毕业生、中职毕业生 学制与学历 三年制，专科 就业面向 本专业覆盖激光加工技术等职业领域的岗位群。 1.毕业生可适应的初始职业岗位有： （1）激光加工设备制造企业的各加工工种岗位、激光加工设备装配、调试、使用、维护、维修等岗位； （2）光电设备、机电设备及相关成套设备的安装、调试、使用与维护。 2.毕业生在获得一定工作经验（进修）后发展职业岗位有： （1) 激光及数控加工设备制造企业的产品营销、生产管理、技术管理、质量控制等企业管理岗位群； （2) 升迁的职业岗位及预计平均获得的时间为三年。 培养目标与规格 一、培养目标 本专业培养德、智、体、美、劳全面发展，适应现代制造业需要，主要面向激光加工设备制造和使用行业，培养从事大功率激光加工设备操作及维护，小功率激光加工设备组装、调试及售后服务等岗位，兼顾光电设备、机电设备及相关成套设备的安装、调试、使用、数控加工设备操作等岗位的高端技能型专门人才。 激光加工设备装配调试、操作使用、销售及售后服务各工种岗位主要包括激光美容仪、激光打标机、激光雕刻机、激光焊接机、激光切割机等设备的生产制造、销售服务、使用维护等岗位构成本专业毕业生初始就业岗位群。 毕业生经过三年左右的工作经验累积或进修，可升迁至激光及数控加工设备制造企业的生产管理（计划员、统计员、调度员、采购员、对外协作员等）、技术管理（工艺师、工装夹具设计师等）、质量控制（对产品质量的控制、检验、分析）、产品营销等企业管理岗位群。 二、培养规格 本专业的职业核心能力主要有： 在掌握激光加工设备本体的装配与调试工艺的基础上，重点掌握激光器光路装置的装配与调试工艺。
激光加工技术的应用与发展 摘要：激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。 关键词：加工原理、发展前景、强化处理、发展前景。 一激光加工的原理及其特点 1.激光加工的原理 激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势： ①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。 ②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高
脆性、及高熔点的材料。 ③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。 ④激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。 ⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。 ⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。 ⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。虽然激光加工拥有许多优点，但不足之处也是很明显的。 二激光技术 用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光加工有许多优点：①激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工；②激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题；③工件不受应力，不易污染；④可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工；⑤激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；⑥激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；⑦在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用
激光加工技术要求 1.加工件所用材料应严格按照我方要求采购，不应有以次充好等现 象发生。 2.应提供每个批次加工件所用材料的材质单。 3.每个批次加工件所用材料的表面不得有锈蚀点、氧化皮等缺陷。 4.每个批次加工件的平面度不应大于0.05%。 5.每个批次加工件所用材料的规格应满足图纸要求（尤其是厚度不 应小于图纸、要求厚度0.3mm）。 6.加工件的轮廓尺寸误差不得大于0.5mm。 7.加工件的穿孔直径误差不得大于0.2mm。 8.加工件的穿孔孔距误差不得大于0.4mm。 9.加工件的切口表面粗糙度应控制在Ra12.5—25μm（切缝一般不需 要再加工即可焊接等）。 10.加工件的切口表面垂直度应控制在2%。 11.加工件所有螺纹处要求激光划线“十”字标记；直径小于板厚的 光孔处要求激光划线“十”字标记；特殊要求标记处要求激光划线按图纸要求标记。 12.加工件所有划线标记处要清晰，但不要划线太深。 13.加工件划线标记处数量、穿孔处数量、特殊标记处数量应准确， 不应多做标记和漏划标记处。 14.每次交付加工件时要求有贵公司的质量检验报告单。
报价要求 1.每次报价应把该批次加工件的详细排版图使用电子邮件形式发至 我公司。 2.首次加工的加工件加工详细情况，贵公司应与我公司按图纸要求 共同协商加工。例如：图纸上哪些孔是按穿孔计算价格，哪些孔是按切割延米计算价格。 3.报价单应注明加工件的图号；板厚及外形尺寸；加工数量；净重； 切割长度；穿孔数量；标记出数量；材料损耗；加工每一项的单价、合计；材料单价、合计；总计价格等。 报价补充 1.如果报价按照每次加工数量排版的实际使用材料数量报价，那么 每个批次的加工件排版的余料、损耗等由贵公司按照当时的市场价格自行处理，并适当减少加工部分费用。 2.如果报价按照每件的材料价格和单件加工费用总和报价，那么每 个批次加工后的余料、损耗等由贵公司自行处理，并适当减少加工部分费用。 3.部分加工件中切割后剩余的材料还很整齐，还可以充分利用切割 其它零件，不应按废钢计算。只有切割后完全不能再利用的材料才能按废钢计算。