高能束加工之激光加工解析

激光加工的基本原理
激光加工是一种利用高能激光束对材料进行切割、刻蚀、焊接等加工的技术。

其基本原理是利用激光器产生的高能激光束，通过光束发射装置将其聚焦成高能密集的光点，然后将光点扫过待加工材料表面，使材料在激光束的作用下发生熔化、汽化、氧化或剥离等反应，从而实现对材料的精密加工。

激光加工的原理主要涉及以下几个方面：
1. 激光器：利用激光介质（如气体、固体或半导体等）在外界激励下产生激光。

2. 光束发射装置：将激光束聚焦成一束高能密集的光点，可通过透镜、反射镜等光学元件实现。

3. 材料与激光的相互作用：激光束照射到材料表面后，其能量将被吸收、反射或透射。

吸收能量最多的材料通常是适合激光加工的材料。

4. 加工过程：激光束在加工材料表面形成极小的热源，使材料局部加热，进而发生熔化、汽化、氧化或剥离等反应。

加工方法包括切割、刻蚀、焊接等。

激光加工的优势主要有以下几个方面：
1. 高精度：激光束聚焦成极小的光点，可实现对材料的精细加工，具有较高的加工精度和分辨率。

2. 高效率：激光加工速度快，加工效率高，适用于批量生产和大规模加工。

3. 无接触加工：激光加工过程中，材料和激光之间没有物理接触，可避免材料的污染和变形。

4. 宽材料适应性：激光加工可适用于多种材料，包括金属、塑
料、陶瓷等。

5. 灵活性：激光加工可实现对复杂形状的加工，可根据需要进行定制和个性化设计。

总之，激光加工通过高能激光束对材料进行加工，具有高精度、高效率、无接触、宽材料适应性和灵活性等优势，广泛应用于制造业、电子工业、医疗器械、航空航天等领域。

激光加工原理及特点
激光加工是一种利用激光束对工件进行材料加工的技术。

它利用激光器产生的高能密度的激光束，通过对工件表面进行照射和烧蚀，来实现材料的切割、刻蚀、焊接和打孔等加工过程。

激光加工的原理基于光能的转化和热能的传递。

激光器产生的激光束具有高能量和高方向性，能够准确地照射到工件的特定位置。

当激光束照射到工件表面时，光能会被材料吸收并转化为热能，引起局部区域的升温。

当温度达到材料的熔点或汽化点时，材料就会融化或汽化，从而实现工件的加工。

激光加工具有以下特点：
1. 高精度：激光束的光斑尺寸小，其束腰直径可以达到微米级别，因此可以实现对工件的精细加工，保证加工精度。

2. 高速度：激光束具有高能量密度，能够快速地进行加热和材料去除，因此激光加工速度快，生产效率高。

3. 非接触性：激光加工是一种非接触性加工技术，激光束与工件无需直接接触，避免了传统加工中刀具与工件的摩擦和磨损，减少了工件的变形和损伤。

4. 材料适应性广：激光加工对不同种类的材料均具有较强的适应性，包括金属、非金属和复合材料等。

可以实现对多种材料的切割、焊接和打孔等加工。

5. 灵活性好：激光加工可以根据需要进行编程调整，能够实现复杂形状的加工，满足个性化和定制化需求。

6. 环保节能：激光加工是一种无废品、无污染的加工技术，不产生废气、废水和废渣，符合环保要求。

综上所述，激光加工具有高精度、高速度、非接触性、材料适应性广、灵活性好和环保节能等特点，使得它在工业生产和科学研究领域得到广泛应用。

《特种加工技术》课题四1. 如何利用高能束进行加工？高能束加工有几种类型？答：高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能量密度射束，去除工件上多余材料的加工方法。

常用的高能密度束流加工方法主要是激光加工、电子束加工离子束加工等。

2. 简述激光加工的原理及特点。

答：激光加工（LBM）是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度靠光热效应来加各种材料的。

激光加工具有以下特点：1) 激光加工属于高能束加工，其能量密度高，加工的热作用时间很短，热影响区小，几乎可以加工任何材料。

2）激光加工不需要工具，无明显机械力，不存在工具损耗，加工速度快，热影响区小，便于组织自动化生产。

3）加工方法多、适应性强。

4）加工精度高，质量好。

5）加工效率高，经济效益好。

6）能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。

3. 激光加工设备主要由几部分组成？各部分具有怎样的功能？答：激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统等。

激光发射器简称激光器，用来将电能转变成光能，产生激光束，是激光加工的重要设备。

激光器电源为激光器提供所需要的电能及控制功能。

光学系统是激光加工设备的主要组成部分之一。

是根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位，从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置。

机械系统用来确定工件相对于加工系统的位置。

4. 简述电子束加工原理及应用。

答：子束加工是利用高速电子撞击工件表面产生的热量进行加工的。

在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。

电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、热处理和光刻加工等。

5. 简述离子束加工原理及应用。

答：离子束加工是靠离子束射向工件表面时的微观机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工工件的。

离子束加工能达到极高的加工精度（纳米级或亚微米级），是最有前途的超精密和微细加工方法，在微电子学领域得到较多应用。

激光加工是一种利用高能量密度激光束进行材料加工的先进技术。

它在制造业中具有广泛应用，包括切割、焊接、打孔、雕刻和表面处理等领域。

激光加工的原理基于激光光束的特性。

激光是一种高强度、单色、相干和定向性很好的光束。

通过聚焦激光束，可以将其能量集中到非常小的区域，从而使材料发生熔化、蒸发或气化等反应，实现对材料的加工。

激光加工具有许多优点。

首先，激光加工非常精确，可以实现微米级甚至亚微米级的加工精度。

其次，激光加工无需直接接触材料，因此可以减少机械变形和污染。

此外，激光加工速度快、灵活性高，适用于各种材料，包括金属、塑料、陶瓷和玻璃等。

在激光加工中，常用的激光类型包括CO2激光、纤维激光和固态激光等。

不同类型的激光在加工过程中具有不同的特点和应用范围。

例如，CO2激光适用于金属切割和焊接，而纤维激光则适用于精细雕刻和打标。

总之，激光加工是一种高精度、高效率的材料加工技术，在制造业中扮演着重要角色。

随着激光技术的不断发展，激光加工将继续推动制造业的进步和创新。

1。

课题四高能束加工知识目标了解高能束加工的特点；理解激光产生的原理；掌握激光特性及激光加工的原理与特点；理解电子束和离子束加工的原理。

技能目标理解激光加工设备的组成；掌握激光加工的应用；熟悉电子束和离子束加工的原理及应用。

任务一熟悉激光加工的应用任务描述激光加工（LBM）是利用激光经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加各种材料的。

激光加工已经在生产实践中愈来愈多地显示其优越性，很受人们的重视。

图4-1-1所示为激光加工的各种应用。

（a）激光打孔（b）激光切割（c）激光打标（b）激光焊接图4-1-1 激光加工的应用任务分析激光具有方向性、相干性、单色性好和光强度高的特点，因此，激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域。

知识准备一、高能束加工高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能密度束流去除工件上多余材料的加工方法。

常用的高能密度束流加工方法主要有激光加工、电子束加工、离子束加工等。

高能密度束流加工的特点如下。

（1）加工速度快，热流输入少，对工件热影响极小，工件变形小。

（2）束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使高硬度、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。

（3）工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。

（4）束流控制方便，易实现加工过程的自动化。

二、激光的产生及特性人们曾用透镜将太阳光聚焦，把纸张、木材引燃，但无法用作材料加工。

其主要原因：地面上太阳光的能量密度不高；太阳光不是单色光，而是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫多种不同波长的多色光，聚焦后焦点并不在同一平面内。

激光是可控的单色光，强度高、能量密度大，可以在空气介质中高速加工各种材料。

1960年美国研制成功世界上第一台可用于加工的激光器。

目前激光加工已成为一种重要的新兴产业，激光加工技术已广泛用于机械工业、电子工业、国防和人民生活等许多领域。

激光加工技术的原理及应用激光加工技术是利用激光束对工件进行切割、刻蚀、打孔、焊接等加工的一种先进加工技术。

其原理是通过激光器发射出的高能量密度的激光束，通过光学传输系统将激光束聚焦到工件表面，使工件表面的材料蒸发、熔化或气化，从而实现加工目的。

激光加工技术的原理可以分为两个方面来解释。

首先是激光的特性，激光是一种具有单色性、高亮度、高直线度和高方向性的电磁波，激光束的能量密度非常高，因此可以对材料表面进行精细加工。

其次是激光与材料的相互作用机制，当激光束照射到材料表面时，激光能量被吸收，使得材料的温度升高，达到融化、汽化或烧蚀的程度，实现对材料的加工。

激光加工技术的应用非常广泛。

其中，最常见的应用是激光切割技术。

激光切割利用激光束的高能量密度和高方向性，可以实现对各种金属和非金属材料的精细切割，例如金属板材、塑料、纸张等。

激光切割具有切口小、切割质量好、工艺灵活等优点。

此外，激光打标技术也是激光加工技术的一个重要应用。

激光打标利用激光束对工件进行氧化、碳化或脱色等处理，实现对工件表面的标记加工。

激光打标技术可以应用于金属、塑料、玻璃、陶瓷等材料的标记，具有加工速度快、效率高、标记精细等特点。

此外还有激光焊接技术。

激光焊接利用激光束的高能量密度，通过熔化工件的表面，实现工件的焊接过程。

激光焊接技术广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域，具有焊缝小、焊接质量好、焊接速度快等优势。

激光加工技术还可以应用于激光刻蚀、激光打孔、激光微加工等领域。

例如，在电子行业中，激光刻蚀技术可以用于PCB板的刻蚀、雕刻，激光打孔技术可以用于集成电路芯片的孔洞加工；而在微电子学领域，激光微加工技术可以实现微米级别的光阻剥离、微通道加工等微尺度的加工需求。

总之，激光加工技术是一种高精度、高效率、高质量的先进加工技术，其应用涵盖各个领域。

随着激光技术的不断发展和创新，激光加工技术在现代制造业中的地位将越来越重要。