[科普中国]-镭射加工

简介

镭射加工，又名激光加工，是20世纪人类的四大发明之一，已经广泛应用于工业、军事、科学研究和日常生活中。21世纪号称人类已经进入光电子时代，作为能量光电子的激光技术的进一步广泛应用将极大地改变人类的生产和生活。

由于镭射光束具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，因此就给镭射加工带来一些其它加工方法所不具备 的特性。由于它是无接触加工，对材料无直接冲击，因此无机械变形；镭射加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于材料；镭射加工过程中，镭射光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非镭射照射部位没有或影响极小。

特点与应用镭 射加工作为先进制造技术。由于具有无接触、不需要工模具、清洁、效率较高、方便实行数控和可以用来进行特殊加工，已经广泛应用于汽车、冶金、航空航天、机械、纺织、化工、建筑、造船、仪器仪表、微电子工业、艺术品制作、日常生活用品和工业用品制造等众多领域。用来进行打孔、切割、铣削、焊接、刻蚀、大型零件的强化和修复、材料表面改性和材料合成、模具、模型和零件的快速制造。工艺美术品制作和清洗、产品标刻和防伪等。另外，镭射加工对提高产品质量、劳动生产率、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

镭射加工技术的加工应用激光打孔和切割由于镭射加工可以通过聚焦而获得高密度能量(106-8J/cm2)，瞬间可使任何固体材料熔化，甚至蒸发，因此，从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上，镭射加工一发明，人们首先想到利用它来对宝石这类利用常规加工方法难以加工的材料进行孔加工。已经广泛用于各类材料进行孔加工和切割，如利用激光进行木模板的切割和石油管道的激光切缝等。1

激光焊接激光焊接与常规焊接方法相比具有：利用激光的高密度能量，可以对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接，也可以对非金属材料进行焊接(如玻璃的焊接)；加热速度快，作用时间短，热影响区小，热变形可以忽略；属于非接触焊接，无机械应力和机械变形；激光焊接装置容易与计算机联机；可以在大气中焊接和无悸染等一系列优点，因此，在工业上获得广泛应用。2

激光表面改性技术激光表面改性技术包括：激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质，已经广泛应用于工业生产。

激光刻蚀、铣削与毛化激光刻蚀在微电子行业可以用于半导体器件和芯片的加工，也可以用于精密光学器件的加工。如用激光刻蚀加工半导体芯片和二维光栅。利用激光的高密度能量，可以对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工为利用脉冲激光分别铣削加工的硬质合金和氧化铝陶瓷。利用二氧化碳激光器在钢材上铣削加工的三维模具。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化，经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点。另外，还可以利用激光对钢套等零件进行毛化，可以大大地提高其耐磨寿命。

激光快速成型技术自20世纪90年代初美国3D Systems公司开发出世界首台商品化的快速成型系统以来，快速成型技术得到蓬勃发展。快速成型(Rapid Prototyoing，简称RP)是通过把材料堆积，快速、精密地制造出实际零件，它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用。它不需要借助其它设备和工具迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成型技术 图11粉末烧结法快速制造出的零件主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。

激光标记和艺术品制作生活用品和生产用品的标记和防伪是不可缺少的，而同时人们对产品的美化和艺术品的要求也越来越高。激光标记和艺术品制作就是利用高密度能量的激光束，会聚在工件表面的对目标进行表面扫描，使材料表面发生物理或化学的变化，导致目标表面的光反射特性的变化，从而获得可见图案。它属于一种非接触的标刻方式。与传统的加工方式(如喷墨打印，电火花加工．机械刀刻等)相比，它具有许多难以比拟的优点。如它采用计算机控制技术，效率高、节奏快；激光刻划精细，可以对各种材料的表面进行标记，并且耐久性非常好；采用激光标刻的防伪效果好等。

激光加工在建筑上的应用激光加工在建筑上的应用主要是高档建筑五金的焊接，以及建筑装饰品的制造，而国外已经有利用激光进行建筑陶瓷和大理石的切割应用报道。随着激光器和激光加工技术的发展，有望可以利用激光进行混凝土件表面玻璃化处理、岩石打洞、大块混凝士件的切割和放射性物质的处理等。

制造业对加工设备的基本要求制造业为了采用激光加工技术，要求激光加工设备能达到以下几点要求：

(1)能满足使用要求：能够提升产品质量或制造新产品，提高企业的竞争能力；

(2)可靠：能在工业环境下运行，24小时连续工作，一般熟练工作人员就能操作；

(3)安全：设备安全性好，使用中不会发生人身伤害或其它给企业造成损失的事故；

(4)回收投资周期短：要求设备性能好、价格合理、能耗少、占地面积小，使企业能够以较少的投资、较低的运行成本、取得较高的经济效益。3