激光加工技术在制造业中的应用

激光加工技术及其应用

激光是人类重大发明之一，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。

一、激光加工的原理及其特点

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。

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。例如：1美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到4H即可高质量完成，而原来采用电火花加工则需要9H以上。仅此一项，每台发动机的造价可省5万美元。2激光切割钢件工效可提高8-20倍，材料可节省15-30%，大幅度降低了生产成本，并且加工精度高，产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点，但不足之处也是很明显的。

激光制造技术的应用与发展趋势

激光制造技术是一项重要的现代制造技术。它的应用范围广泛，可以用于制造各种高精度、高质量的零部件、元件和产品。激光制造技术的发展趋势也非常明显，未来它将继续向着高效、高精度、智能化和多功能化的方向发展。

一、激光制造技术的应用

激光制造技术主要包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光烧结、激光雕刻和激光清洗等方面。这些应用领域很广，可以应用到机械加工、电子、光学、医药、军事等领域。下面就来详细介绍一下激光制造技术的主要应用。

1、 激光切割

激光切割是利用高能激光束对材料进行熔化、蒸发和燃烧，将材料切割成所需形状的加工技术。激光切割技术具有高速、高精度、无残余、无变形等特点，广泛应用于金属材料、非金属材料和合金材料的切割加工。激光切割已经成为大批量、高效的加工方式，例如在汽车零部件、电子设备、建筑材料等行业中广泛应用。

2、激光焊接

激光焊接是利用激光束对金属材料进行加热和熔化，将两种或多种材料焊接在一起的一种加工方式。激光焊接具有焊缝小、结构均匀、强度高等优点，被广泛应用在汽车、电子、航空航天、电力、医疗等工业领域中，尤其是在汽车制造和电子器件制造领域的应用更为广泛。

3、激光打标

激光打标是利用激光束在材料表面进行刻印、打标的一种加工方式。激光打标技术具有速度快、精度高、清晰度好等特点，在电子、航空、汽车、医疗等工业领域的标志、条形码、名称、编号等标识标记方面实现了生产自动化和信息化管理的目标。

4、激光烧结

激光烧结是利用激光束对多层金属材料或复合材料进行加热和融合的一种加工方式。这种加工方式可以用于制造各种高精度零部件和几何形态复杂的零部件，例如汽车发动机活塞、刀具等。

5、激光雕刻

激光雕刻是利用激光束将图案、文字、图像等深度割刻在材料表面的一种加工方式。激光雕刻技术广泛应用在商标、礼品、纪念品等的制造中。

6、激光清洗

激光清洗是利用激光束对材料表面进行清洗、去污的一种加工方式。激光清洗技术能够在金属表面清除氧化层、锈蚀、涂层、尘土等，使表面光洁度提高，广泛应用于汽车、机械、建筑材料等领域。

２０１３年第１２期　科技圈向导　◇高教论述◇　应用于汽车制造中的新型激光加工技术　梅丽芳严东兵　（厦门理工学院机械与汽车工程学院福建厦门３６１０２４）　【摘要】本文介绍了新型激光加工技术的特点。分析了应用于汽车制造的新型激光拼焊技术、复合焊接技术、远程焊接技术及三维激光切　割技术的优势及发展前景。　【关键词】汽车制造；激光三维切割；激光焊接　Ｏ．前言　２ｌ世纪汽车工业正在步入能按照用户要求进行柔性模块化生产　的方式．传统加工工艺不完全满足新生产方式的需要．这给激　光加工技术的大规模应用提供了一个机遇．激光焊接、切割技　术成为汽车工业中重要的加工方法。据统计．采用激光技术制　造车身．可节省约２／３的样车新车身开发模具和约７０％的夹　具．使生产周期缩短５Ｏ％，白车身重量减少２０％．制造精度和白　车身总体质量显著提高ｌ】１　目前．激光加工技术以其独特的优势　正逐步取代传统加工工艺，并解决了一些传统加工工艺无法解　决的问题．推动了工业应用的不断发展．获得了巨大的经济效　益。　１．新型激光焊接技术的应用　激光焊接技术运用于汽车制造可大幅度提高汽车的刚度、强度和　密封性：降低车身重量并达到节能的目的；提高车身的装配精度，使车　身的刚度提升３０％．从而提高车身的安全性：降低汽车车身制造过程　中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目并提高车身一体化程度：　使整个车身强度更高．安全性更好．并且降低了车辆行驶过程中的噪　音和震动．改善了乘坐舒适性Ⅲ　１．１激光拼焊技术　激光拼焊是根据车身不同的设计和性能要求．将不同厚度、不同　材质、不同或相同性能的板材通过激光裁剪和拼装技术连接成一整　体，再经冲压成形为车身某一部件口。采用激光拼焊技术，可以减少零　件和模具数量、优化材料用量、减轻构件重量、节省工序和装配工作　量、降低成本和提高车身尺寸精度等优点　激光拼焊不但提高了板材　利用率．而且减轻了车身重量．提高了车身结构的综合力学性能　随着　人们对提高汽车结构安全性和减轻车身重量、降低油耗要求的关注．　激光拼焊板这一新技术已经在全球汽车业兴起　１－２激光复合焊技术　激光复合焊是将激光束与其他热源结合起来．同时作用于一个　焊接区，它采用了两者各自的优点，获得了最佳的焊接效果、更高的　焊接速度和良好的焊缝搭桥能力　并可通过调整不同的焊接参数．　影响焊缝的形状和结构组成．满足不同的焊接需要ｌ　２＿　此外．激光　复合焊是两个热源相互作用．大幅提高了焊接效率．焊接适用性　更广泛　它是目前最先进的焊接方法之一．实现了高焊接速度与　良好焊接质量的完美结合。激光复合焊技术为汽车工业提供了一　种全新的焊接技术．尤其是对于激光束焊无法实现或在经济上不可　行的装配间隙要求。它具有宽广的应用范围和高效的特性．同时　减少投资成本、缩短了生产时间、节约了生产成本和提高了生产率．　具有更强的竞争力。对汽车工业来说具有极大的吸引力和经济效　益。　１＿３激光远程焊技术　由于传统激光焊接系统在焊接位置之间快速移动的速度相对较　低，在生产实际中很难达到大批量生产要求　这一缺点在焊点分布多　的复杂三维零件上的应用显得尤为突出　高光束质量、高功率新型盘　形激光器和光纤激光器的应用推广［４１，为激光远程焊接技术的实现奠　定了硬件基础。如今远程激光焊接已经正在成为一种替代传统汽车白　车身应用中电阻点焊的一种手段。远程激光焊接的概念仍然在发展当　中．系统不断被改良以满足用户生产中的需求。供应商正努力降低高　昂的初始设备投资和夹具复杂性所带来的影响。随着激光技术的发　展．比如更高光束质量、更短波长激光器以及高功率传输光纤及镜片　导光方式的研制．此外还有不使用保护气体的手段，使用激光远程焊　技术进行多工位加工以最大化激光使用时间．获得高质量的焊缝和更　高产量的生产将成为现实　２．三维激光切割技术的应用　三维激光切割技术从２Ｏ世纪８０年代起在国外开始了大规模应　用。我国对二维激光切割技术的研究较早，但由于种种原因，三维切割　技术无论理论研究还是实际应用．都远远落后于发达国家．亟需走从　国外引进技术和自主研发相结合之道路来改变这一现状。近年来，三　维激光切割技术飞速发展．在工业中的应用越来越广泛，逐步深　入到社会生成的各个领域．尤其在汽车、模具和航空制造业的应用　最为突出。在汽车工业中．三维激光切割技术用于切割车身覆盖件，　可以取代传统制造工艺的修边模和冲孔模．其工艺步骤简单、制造　周期短、切割速度快、切缝宽度小、加工质量高，还可以大幅度地降　低成本．缩短新车型的研发周期，具有良好的经济价值和应用前　景［５１。　高效三维激光切割系统的应用．大幅度缩短了新车的研制时间和　汽车的生产准备周期．使生产实现了自动化和柔性化，而且生产效　率也得到了大幅度的提高　如今的汽车消费强调个性化．车型更　新换代周期逐渐变短．原来的模具化生产由于自身的局限——制　作模具的周期很长．已难以适应越来越快的车型更替。利用激光　切割、无模化的快速加工技术赢得了巨大的竞争优势。虽然我国在三　维激光切割技术方面的研究起步较晚．可喜的是，有越来越多的　科研单位、高校加入其中进行系统的车身部件激光三维切割技术研　究。　３．总结　激光新型焊接、切割技术对传统的汽车加工工艺带来了冲击性的　影响　随着全球经济一体化进程的发展。汽车市场的竞争愈加激烈，我　国的汽车工业将面临更为严峻的挑战　汽车的设计与制造技术必　将成为世界汽车工业激烈竞争的主战场　而汽车制造中激光焊　接、切割技术的应用．必将为车身制造业带来重大变革，为企业带　来巨大的效益．同时大大提高和增强企业的竞争力　激光加工技术　的推广。将显著提高我国汽车工业产品的质量水平以及在国际中　＿ｋ　的竞争力。　【参考文献】　［１］周建忠，张永康．激光加工技术在汽车车身制造中的应用．电加Ｔ与模具，　２００４，３２（４）：３２－３６．　［２］游德勇，高向东．激光焊接技术的研究现状与展望．焊接技术，２００８，３７（４）：　５—９．　［３］张栋．盘形激光器在工业生产中的应用．光机电月刊，２００９，（３）：２９—３０．　［４］彭彪．光纤激光器在工业加工领域的全方位表现．激光技术与应用，２００８，（２）：　５－７．　［５］陈根余．激光焊接、切割在汽车制造中的应用．激光与光电子学进展，２００９，４６　ｆ９１＿１７—２３．

极微小物体激光精加工技术的研究

一、意义

激光是人类历史上最伟大的发明之一，在20世纪的第三次科技革命中是与核技术、空间技术、生物技术、半导体技术、电子计算机技术等相媲美的重大科技成就。其原理由爱因斯坦在1916年提出，到1960年美国科学家T．H．梅曼等人成功研制了世界上第一台激光器，这标志着激光由理论转变为现实，使传统光学又焕发了新的生命力。经过50年的研究，激光技术与应用得到迅速发展，它是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，广泛应用于工业、信息、测量、医疗、商业、科研和军事等领域，如激光加工、光纤通信、激光全息、光盘存储、激光测距测速、激光美容、激光印刷、激光冷却、激光诱导核聚变、激光制导、激光雷达、激光武器等等。同时新的技术和应用正不断地涌现。因此，激光被誉为“万能加工工具”、“未来制造系统的共同加工手段”。激光技术已经融入我们的日常生活之中了，在未来的岁月中，激光会带给我们更多的奇迹。回溯人类历史，人类文明的进步与制造技术的发展密切相关，随着文明的发展，尤其是18世纪第一次工业革命后，制造技术经历了冷加工、火焰加工、电加工、光加工的历史进程，自从1960年激光器诞生后，人们研究了激光的特性，论证了激光的广阔应用前景，并开始探索激光在工业生产中的应用。直到1964和1965年相继发明了高功率的C02、YAG激光器，激光加工才得到了实现。近年来，随着科技的日益进步和激光技术的广泛应用，人们深刻体会到激光加工有着传统加工无法比拟的优势，所以激光加工技术在世界范围内得到重点研究和发展，并且在实际意义上已经发展到激光制造的程度。先进的制造技术能够带动整个国民经济的发展，起到改变经济格局，促进现代化发展的作用。目前激光加工作为一种先进制造技术，己广泛应用于汽车、电子、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高劳动生产率、提高产品质量、实现自动化、消除污染、促进新生技术发展等起到重要的作用。激光制造作为一种先进的制造技术，一直受到世界各国的重视，各国制定了自己的发展计划，如美国的“战略防御倡议”、英国的“阿维尔计划”、日本的“激光研究五年计划”、西欧的“尤里卡计划”、德国的“激光技术及其研究重点”等，同时还建立了专门的研究机构和激光加工应用中心。如日本最先将激光切割系统引进汽车制造中，现在美国福特和通用以及日本丰田和日产等公司均在生产线上使用激光切割技术，大幅提高劳动生产率和产品质量。同西方发达国家相比，我国的激光加工技术研究起步较晚，但由于国家的重视和长期不懈的努力，已经取得了较好的成果，如我国在国家自然科学基金、国家“863”计划和多次五年计划中都将激光加工作为先进制造技术列入规划当中。尽管激光技术发展很快、成果显著、应用面广，但还有较大的技术空间 需要人类进行深入探索和研究。极微小物体激光精加工技术就是其中之一。极微小物体激光精加工要求激光功率密度极高、聚焦光斑极小、加工时热作用时间极短、热影响区极小、精加工量极少等功能。要想达到上述功能，就必须综合运用光学、电化学、电子学、机械学、计算机和自动控制等多方面的知识,来攻克极微小化机械加工技术中的各种难题。极微小物体激光精加工技术也是现代激光加工技术的主要发展方向之一，目前正处在起步阶段。