飞秒激光加工技术ppt课件

激光表面改性质量评价与优化方法
质量评价方法
激光表面改性的质量评价主要包括表面形貌 观测、硬度测试、耐磨性测试等方法。通过 这些方法可以对改性后的材料表面性能进行 定量或定性的评价。
优化方法
针对激光表面改性过程中可能出现的问题， 如裂纹、变形等，可以采取优化工艺参数、 改进设备结构、选用合适的辅助气体等措施 进行优化。同时，也可以结合数值模拟技术 对加工过程进行模拟和优化，以提高加工效 率和质量。
激光特点
高亮度、高方向性、高单色性、 高相干性。
激光加工技术发展历程
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初期阶段
20世纪60年代，激光被首 次应用于打孔、切割等简 单加工。
发展阶段
70-80年代，随着激光器 性能提升和计算机技术发 展，激光加工精度和效率 得到显著提高。
成熟阶段
90年代至今，激光加工技 术不断完善，应用领域不 断拓宽，成为现代制造业 不可或缺的技术手段。
不同材料激光表面改性工艺参数
金属材料
对于金属材料，激光表面改性的工艺参 数主要包括激光功率密度、扫描速度、 光斑直径、搭接率等。这些参数的选择 需要根据金属材料的种类、厚度、性能 要求等因素进行综合考虑。
VS
非金属材料
对于非金属材料，如陶瓷、塑料等，激光 表面改性的工艺参数也有所不同。除了上 述的激光功率密度、扫描速度等参数外， 还需要考虑材料的热稳定性、吸光性等因 素。
质量评价
通过观察焊缝外观、测量焊缝尺寸、检测焊缝力学性能等方法，对激光焊接质量进行评 价。
优化方法
通过调整工艺参数、改进设备结构、优化光路设计等方法，提高激光焊接质量和效率。 同时，也可以采用先进的控制算法和人工智能技术，实现激光焊接过程的自动化和智能

二.激光加工过程
激光加工阶段—工件材料的加热
2) 工件材料的加热 光能转换成热能的过程就是工件材料的加热。激光束在很薄
(0.01-0.1um)的金属表层内被吸收，使金属中自由电子的热运动能 增加，并在与晶格碰撞中的极短时间内(10(^-11)-10(^-10)s)将电子 的能量转化为晶格的热振动能，引起工件材料温度的升高，同时 按热传导规律向周围或内部传播，改变工件构料表面或内部各加 热点的温度。
Laser（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ）
一.激光加工（LBM）的原理和特点
1. 激光产生的原理
（1）光的物理概念及原子的发光过程 光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱
一.激光加工原理 3.激光加工的基本原理
固体激光器加工简图 1-全反射镜 2-激光工作物质 3-激励能源 4-部分反射镜 5-透镜 6-工件
一.激光加工原理
全反射镜
工作物质
光泵
电容
触发电路
高压充电源
部分反射镜
激光束
激光束
镀金反射镜 透镜 工件
二.激光加工过程
激光加工阶段
可以认为，激光加工是以激光为热源对工件材料进行热加工。其加工过程大体分为如下几个阶段：
5）能以简单的措施实现光束偏转，更适用于复杂零件焊接 光斑大小与聚焦透镜的焦距成正比。
二.激光加工过程
激光加工阶段—光能吸收及转化
1)光能的吸收及其能量转化 激光束加上是—个高速熔化、气化的过程，光能传至工件表
面时，工件材料吸收光能有—个开始瞬态过程：开始时，即使工 件表面很粗糙，反射光也都是较高的(尤其是金属材料)；当工件 表面材料的温度逐渐上升，高温下表面被氧化或成熔融状态之后， 反射率便逐渐降低．吸收率迅速增加，激光的功率密度愈高，这 一过程作用时间就愈短。此间，光能转换为热能。

飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，简称fs， 是标衡时间长短的一种计量单位。
１飞秒只有１秒的一千万亿分之一，即 1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。
每一个脉冲激光的焦点持续 10-15 秒
飞秒激光的特点
脉冲的方式发射能量，持续时间非常短， 不产生热效应
由于能量作用与时间成反比,故飞秒激光具 有极高瞬时功率
能聚焦很大的能量到极小的空间区域，进 行微精细切割
飞秒激光与角膜组织间是一种光致分解作 用
飞秒激光对角膜的作用原理
飞秒激光能在非常短的时间里聚焦于组织内极狭 小的空间,使组织电离并形成等离子体。
等离子体产生的电磁场强度比原子核对其周围电 子的作用力还大数倍,使组织发生光裂解
爆破产生含CO2 和水的微小气泡,成千上万紧密相 连的激光脉冲产生数以万计的小气泡连在一起
结论：飞秒激光是方向
LDV 飞秒激光
瑞士Ziemer公司
飞秒激光手术占总体 手术的90%以上
极致的高深是简单
——达芬奇
Z-LASIK飞秒激光手术
技术优势（高频，低能）:
最快速的飞秒激光: 脉冲频率> 1 MHz 最小的点爆破空间< 2x2x2 µm 最低的单脉冲能量(<100nJ) 超短的脉冲时间 ~250 femtoseconds
原因： 媒体片面炒作 社会公信力缺失 最重要的是：患者对手术安全性的担心
Lasik手术安全性和有效性
Lasik手术 关键操作
如何完成一例完美的Lasik手术？ 角膜瓣的制作 准分子激光切削
如何避免手术中并发症的发生？ 角膜瓣并发症的发生率？ 游离瓣、碎瓣、纽扣瓣、不完全瓣、角膜
电离辐射
热辐射

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交通领域中的应用
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（汽车制造）
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Audi A2 焊接
Laser welds
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汽车焊接件
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（航空领域）
1. 激光焊接
高强铝合金激光焊接已应用于空客A380，机身减重18%，成本下 降21.4%-24.3%
2. 激光分离
内容
1. 引言 2. 工业用激光器 3. 激光加工基本物理过程 4. 激光加工典型应用
在宏观制造领域中的应用 微细加工领域的应用 激光增材制造技术（3D打印技术）
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一、引 言
• 1960年世界上第一台激光器诞生，随后各种激光器层出不 穷，如气体、液体、固体、化学、准分子、半导体激光器 和光纤激光器等。
• 功率密度对靶材的影响：
103～104 W/cm2，加热
104～106 W/cm2，熔融
106～108 W/cm2，气化
靶
108～1010 W/cm2，等离子体
烧蚀蒸汽
激光束
激光加工：热加工，冷加工
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相互作用机理研究尚待深入
• 激光与材料的相互作用过程十分复杂：靶材的多 样化，作用激光参数的多样化，作用条件的多样 化。
( 1 R ) P s t od 0 [ c s ( T v T 0 ) ( L n L v )]
1. 激光功率密度越高，所需气化时间越短。
2. 气化时间比熔化时间高出一个数量级，主要原因是 沸点比熔点高很多，且气化潜热比熔融潜热大一个 数量级。
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举例：铝材料

三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★激光核聚变的研究 • 将高功率的激光束聚焦后照射靶丸上产生高温高压，引起核聚变。
美国国家点火装置（简称NIF），世界 最大的激光核聚变装置。被称为“人造 太阳”。
三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★激光化学技术
激光化学技术是用激光来指挥化学反应。
因为激光携带高度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的 键上，比如用不同波长的紫外激光，打在硫化氢等分子上，改 变两激光束的相位差，则控制了该分子的断裂过程，也可利用 改变激光脉冲波形的方法，十分精确和有效的把能量打在分子 上，触发某种预期的反应。
三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★超快激光技术
• 超快超强激光主要是以飞秒激光的研究与应用为主，作为一种独特的科学研究的 工具和手段，飞秒激光的应用可以概括为三个方面：飞秒激光在超快领域、超强领 域和超微细加工中的应用。
•
感
感
谢 阅 读
谢 阅性能的合金。 自熔性合金粉末主要分为镍基、钴基、铁基自熔性合金粉末。
铁基合金 镍基合金 粉末 钴基合金
粉末 复合粉末 粉末
二 激光加工技术应用
工业应用
• 激光熔覆加工方式 1、预置粉末：将粉末预置到基体上，预置的过程中要使粉末分布均匀然后用激光
进行熔覆。 2、同步送粉：是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆
在整个中国的激光产业中，激光材料加工近几年的发展势头强劲，且有 很大的空间，激光加工在中国激光产业中占的比例也是日益重大。
三 激光技术发展现状与趋势
发展现状
• 目前，全国激光市场销售主要为光通信器件、激光加工设备、激光器、 激光医疗设备等。主要分布在长三角、珠三角、华中、环渤海等区域。