[科普中國]-激光加工

激光雕刻加工是激光系統(tǒng)最常用的應用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應來完成加工過程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標、激光鉆孔和微加工等；光化學反應加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。

簡介原理激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應來加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。 某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級的物質(zhì)，在外來光子的激發(fā)下會吸收光能，使處于高能級原子的數(shù)目大于低能級原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個能相對應的差，這時就會產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。

特點從全球激光產(chǎn)品的應用領域來看，材料加工行業(yè)仍是其主要的應用市場，占比為35.2%；通信行業(yè)排名第二，其所占比重為30.6%；另外，數(shù)據(jù)存儲行業(yè)占據(jù)第三位，其所占比重為12.6%。

與傳統(tǒng)加工技術相比，激光加工技術具有材料浪費少、在規(guī)?；a(chǎn)中成本效應明顯、對加工對象具有很強的適應性等優(yōu)勢特點。在歐洲，對高檔汽車車殼與底座、飛機機翼以及航天器機身等特種材料的焊接，基本采用的是激光技術。

1、激光功率密度大，工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或汽化，即使熔點高、硬度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工；

2、激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；

3、工件不受應力，不易污染；

4、可以對運動的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工；

5、激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和皮秒,同時,大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精密微細加工,又適于大型材料加工；

6、激光束容易控制,易于與精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合，實現(xiàn)加工的高度自動化和達到很高的加工精度；

7、在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。

優(yōu)勢激光加工屬于無接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種加工的目的。它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面處理、焊接、打標和打孔等。激光表面處理包括激光相變硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

激光加工技術主要有以下獨特的優(yōu)點：

①使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟效益。

②可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進行各種加工；在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。

③激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。

④可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。

⑤激光束易于導向、聚焦實現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合、對復雜工件進行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。

⑥無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機械變形，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種加工的目的。

⑦激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小，因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。

⑧激光束的發(fā)散角可