[科普中國]-鐳射加工

簡介

鐳射加工，又名激光加工，是20世紀人類的四大發(fā)明之一，已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)、軍事、科學研究和日常生活中。21世紀號稱人類已經(jīng)進入光電子時代，作為能量光電子的激光技術(shù)的進一步廣泛應用將極大地改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活。

由于鐳射光束具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性四大特性，因此就給鐳射加工帶來一些其它加工方法所不具備 的特性。由于它是無接觸加工，對材料無直接沖擊，因此無機械變形；鐳射加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于材料；鐳射加工過程中，鐳射光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非鐳射照射部位沒有或影響極小。

特點與應用鐳 射加工作為先進制造技術(shù)。由于具有無接觸、不需要工模具、清潔、效率較高、方便實行數(shù)控和可以用來進行特殊加工，已經(jīng)廣泛應用于汽車、冶金、航空航天、機械、紡織、化工、建筑、造船、儀器儀表、微電子工業(yè)、藝術(shù)品制作、日常生活用品和工業(yè)用品制造等眾多領(lǐng)域。用來進行打孔、切割、銑削、焊接、刻蝕、大型零件的強化和修復、材料表面改性和材料合成、模具、模型和零件的快速制造。工藝美術(shù)品制作和清洗、產(chǎn)品標刻和防偽等。另外，鐳射加工對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。

鐳射加工技術(shù)的加工應用激光打孔和切割由于鐳射加工可以通過聚焦而獲得高密度能量(106-8J/cm2)，瞬間可使任何固體材料熔化，甚至蒸發(fā)，因此，從理論上說可以用來加工任何種類的固體材料。事實上，鐳射加工一發(fā)明，人們首先想到利用它來對寶石這類利用常規(guī)加工方法難以加工的材料進行孔加工。已經(jīng)廣泛用于各類材料進行孔加工和切割，如利用激光進行木模板的切割和石油管道的激光切縫等。1

激光焊接激光焊接與常規(guī)焊接方法相比具有：利用激光的高密度能量，可以對高熔點、難熔金屬或兩種不同金屬材料進行焊接，也可以對非金屬材料進行焊接(如玻璃的焊接)；加熱速度快，作用時間短，熱影響區(qū)小，熱變形可以忽略；屬于非接觸焊接，無機械應力和機械變形；激光焊接裝置容易與計算機聯(lián)機；可以在大氣中焊接和無悸染等一系列優(yōu)點，因此，在工業(yè)上獲得廣泛應用。2

激光表面改性技術(shù)激光表面改性技術(shù)包括：激光表面相變硬化、激光表面合金化與熔覆、激光表面非晶化與微晶和激光沖擊強化等。利用激光表面改性技術(shù)可以極大地提高零件表面的機械、物理和化學性質(zhì)，已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。

激光刻蝕、銑削與毛化激光刻蝕在微電子行業(yè)可以用于半導體器件和芯片的加工，也可以用于精密光學器件的加工。如用激光刻蝕加工半導體芯片和二維光柵。利用激光的高密度能量，可以對硬脆性難加工材料進行激光銑削加工為利用脈沖激光分別銑削加工的硬質(zhì)合金和氧化鋁陶瓷。利用二氧化碳激光器在鋼材上銑削加工的三維模具。利用脈沖激光還可以對軋輥進行毛化，經(jīng)過毛化的軋輥軋制的汽車簿板具有著油漆牢固的特點。另外，還可以利用激光對鋼套等零件進行毛化，可以大大地提高其耐磨壽命。

激光快速成型技術(shù)自20世紀90年代初美國3D Systems公司開發(fā)出世界首臺商品化的快速成型系統(tǒng)以來，快速成型技術(shù)得到蓬勃發(fā)展?？焖俪尚?Rapid Prototyoing，簡稱RP)是通過把材料堆積，快速、精密地制造出實際零件，它體現(xiàn)了計算機輔助設計、數(shù)控、激光加工、新材料等學科和技術(shù)的綜合利用。它不需要借助其它設備和工具迅速和精確地制造出復雜的工模具、模型和工藝品。激光快速成型技術(shù) 圖11粉末燒結(jié)法快速制造出的零件主要有激光層疊法、粉末燒結(jié)法、光固化法等。

激光標記和藝術(shù)品制作生活用品和生產(chǎn)用品的標記和防偽是不可缺少的，而同時人們對產(chǎn)品的美化和藝術(shù)品的要求也越來越高。激光標記和藝術(shù)品制作就是利用高密度能量的激光束，會聚在工件表面的對目標進行表面掃描，使材料表面發(fā)生物理或化學的變化，導致目標表面的光反射特性的變化，從而獲得可見圖案。它屬于一種非接觸的標刻方式。與傳統(tǒng)的加工方式(如噴墨打印，電火花加工．機械刀刻等)相比，它具有許多難以比擬的優(yōu)點。如它采用計算機控制技術(shù)，效率高、節(jié)奏快；激光刻劃精細，可以對各種材料的表面進行標記，并且耐久性非常好；采用激光標刻的防偽效果好等。

激光加工在建筑上的應用激光加工在建筑上的應用主要是高檔建筑五金的焊接，以及建筑裝飾品的制造，而國外已經(jīng)有利用激光進行建筑陶瓷和大理石的切割應用報道。隨著激光器和激光加工技術(shù)的發(fā)展，有望可以利用激光進行混凝土件表面玻璃化處理、巖石打洞、大塊混凝士件的切割和放射性物質(zhì)的處理等。

制造業(yè)對加工設備的基本要求制造業(yè)為了采用激光加工技術(shù)，要求激光加工設備能達到以下幾點要求：

(1)能滿足使用要求：能夠提升產(chǎn)品質(zhì)量或制造新產(chǎn)品，提高企業(yè)的競爭能力；

(2)可靠：能在工業(yè)環(huán)境下運行，24小時連續(xù)工作，一般熟練工作人員就能操作；

(3)安全：設備安全性好，使用中不會發(fā)生人身傷害或其它給企業(yè)造成損失的事故；

(4)回收投資周期短：要求設備性能好、價格合理、能耗少、占地面積小，使企業(yè)能夠以較少的投資、較低的運行成本、取得較高的經(jīng)濟效益。3