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目錄
1學術(shù)分類
激光技術(shù)是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術(shù)，傳統(tǒng)上看，它的研究范圍一般可分為以下9個方面：
1.激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導光系統(tǒng)、加工機床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)；
2.激光加工工藝。包括焊接、表面處理、打孔、打標、微調(diào)等各種加工工藝；
3.激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、*、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器；
4.激光切割：汽車行業(yè)、計算機、電氣機殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器；
5.激光打標：在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應用，使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器；
6.激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些*、同位素激光器和半導體泵浦激光器；
7.激光熱處理：在汽車工業(yè)中應用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業(yè)和其它機械行業(yè)也應用廣泛。我國的激光熱處理應用遠比國外廣泛得多。使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主；
8.激光快速成型：將激光加工技術(shù)和計算機數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成，多用于模具和模型行業(yè)。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主；
9.激光涂敷：在航空航天、模具及機電行業(yè)應用廣泛。使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。
激光加工為工業(yè)制造提供了一個清潔無污染的環(huán)境及生產(chǎn)過程，而這也是當下激光加工大的優(yōu)勢。
2加工系統(tǒng)
激光加工的組成
激光加工有四部分組成，分別是激光器、電源、機械系統(tǒng)。
3工作原理
激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化氣化而進行穿孔,切割和焊接等的特種加工。早期的激光加工由于功率較小，大多用于打小孔和微型焊接。 [2] 到20世紀70年代，隨著大功率二氧化碳激光器、
[氣體激光器加工原理] 氣體激光器加工原理
高重復頻率釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對激光加工機理和工藝的深入研究，激光加工技術(shù)有了很大進展，使用范圍隨之擴大。數(shù)千瓦的激光加工機已用于各種材料的高速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。各種專用的激光加工設備競相出現(xiàn)，并與光電跟蹤、計算機數(shù)字控制、工業(yè)機器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工機的自動化水平和使用功能。
[固體激光器加工原理] 固體激光器加工原理
從激光器輸出的高強度激光經(jīng)過透鏡聚焦到工件上，其焦點處的功率密度高達10（～10（瓦/厘米（，溫度高達1萬攝氏度以上，任何材料都會瞬時熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應對材料進行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固體激光器和氣體激光器。
4技術(shù)特性
激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，所以得到如此廣泛的應用。尤其適合新產(chǎn)品的開發(fā)：一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進行激光加工，可以在短的時間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實物。
1、光點小，能量集中，熱影響區(qū)小。
2、不接觸加工工件，對工件無污染。
3、不受電磁干擾，與電子束加工相比應用更方便。
4、激光束易于聚焦、導向，便于自動化控制。
5、范圍廣泛：幾乎可對任何材料進行雕刻切割。
6、安全可靠：采用非接觸式加工，不會對材料造成機械擠壓或機械應力。
7、細致：加工精度可達到0.1mm。
8、效果一致：保證同一批次的加工效果幾乎*一致。
9、高速快捷：可立即根據(jù)電腦輸出的圖樣進行高速雕刻和切割，且激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。
10、成本低廉：不受加工數(shù)量的限制，對于小批量加工服務，激光加工更加便宜。
11、切割縫細?。杭す馇懈畹母羁p一般在0.1-0.2mm。
12、切割面光滑：激光切割的切割面無毛刺。
13、熱變形小：激光加工的激光割縫細、速度快、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引起材料的變形也非常小。
14、適合大件產(chǎn)品的加工：大件產(chǎn)品的模具制造費用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工*避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。
15、節(jié)省材料：激光加工采用電腦編程，可以把不同形狀的產(chǎn)品進行材料的套裁，大限度地提高材料的利用率，大大降低了企業(yè)材料成本。
不同激光技術(shù)又衍生出不同的激光器，例如，CO2激光器、固體激光器、光纖激光器和*等等，它們在工業(yè)加工制作方面都起到了重要的作用。
而從地域發(fā)展情況來看，激光市場在亞太地區(qū)的長足發(fā)展是激光行業(yè)快速發(fā)展的又一大因素。中國、日本、韓國發(fā)展速度尤為突出。未來五年內(nèi)，這些主要發(fā)展地區(qū)將在汽車制造、原始設備制造等方面獲得更多發(fā)展空間。 [1]
應用范圍
編輯
激光加工技術(shù)是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術(shù) [2] ，它的范圍一般可分為：
1．激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導光系統(tǒng)、加工機床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。
2．激光加工工藝。
5激光技術(shù)
簡介
激光打標技術(shù)是激光加工大的應用領(lǐng)域之一。激光打標是利用高
[煙酒激光打標機] 煙酒激光打標機
能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反應，從而留下性標記的一種打標方法。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級，這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。聚焦后的極細的激光光束如同刀具，可將物體表面材料逐點去除，其*性在于標記過程為非接觸性加工，不產(chǎn)生機械擠壓或機械應力，因此不會損壞被加工物品；由于激光聚焦后的尺寸很小，熱影響區(qū)域小，加工精細，因此，可以完成一些常規(guī)方法無法實現(xiàn)的工藝。
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點，不需要額外增添其它設備和材料，只要激光器能正常工作，就可以長時間連續(xù)加工。激光加工速度快，成本低廉。激光加工由計算機自動控制，生產(chǎn)時不需人為干預。
作用
激光能標記何種信息，僅與計算機里設計的內(nèi)容相關(guān)，只要計算機里設計出的圖稿打標系統(tǒng)能夠識別，那么打標機就可以將設計信息的還原在合適的載體上。因此激光打標軟件的功能實際上很大程度上決定了激光打標系統(tǒng)的功能。
6切割技術(shù)
簡介
激光切割分類:
1、汽化切割
工件在激光作用下快速加熱至沸點，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。這種切割機是無融化材料的切割方式。
[激光切割] 激光切割
2、熔化切割
激光將工件加熱至熔化狀態(tài)，與光束同軸的氬、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。
3、氧助熔化切割
金屬被激光迅速加熱至燃點以上，與氧發(fā)生劇烈的氧化反應（即燃燒），放出大量的熱，又加熱下一層金屬，金屬被繼續(xù)氧化，并借助氣體壓力將氧化物從切縫中吹掉。
作用
激光切割技術(shù)廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。 以CO2激光切割機為例，整個系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、排煙和吹氣保護系統(tǒng)等組成，采用*的數(shù)控模式實現(xiàn)多軸聯(lián)動及激光不受速度影響的等能量切割，同時支持DXP、PLT、CNC等圖形格式并強化界面圖形繪制處理能力；采用性能*的進口伺服電機和傳動導向結(jié)構(gòu)實現(xiàn)在高速狀態(tài)下良好的運動精度。
激光切割是應用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。在計算機的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續(xù)相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。切割時,一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出（注：如果吹出的氣體和被切割材料產(chǎn)生熱效反應,則此反應將提供切割所需的附加能源；氣流還有冷卻已切割面，減少熱影響區(qū)和保證聚焦鏡不受污染的作用）。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質(zhì)量（切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔） 、高的切割速度、高的柔性（可隨意切割任意形狀） 、廣泛的材料適應性等優(yōu)點。
7焊接技術(shù)
簡介
激光焊接是激光材料加工技術(shù)應用的重要方面之一，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其*的優(yōu)點，已成功地應用于微、小型零件焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)部門獲得了日益廣泛的應用。
[激光焊接金剛石] 激光焊接金剛石
與其它焊接技術(shù)比較，激光焊接的主要優(yōu)點是：激光焊接速度快、深度大、變形小。能在室溫或特殊的條件下進行焊接，焊接設備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M行焊接。 [2] 激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，高可達10：1?？珊附与y熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。便如，將銅和鉭兩種性質(zhì)截然不同的材料焊接在一起，合格率幾乎達。也可進行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精密定位，可應用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型元件的組焊中，例如，集成電路引線、鐘表游絲、顯像管電子槍組裝等由于采用了激光焊，不僅生產(chǎn)效率大、高，且熱影響區(qū)小，焊點無污染，大大提高了焊接的質(zhì)量。
作用
可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。在YAG激光技術(shù)中采用光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣與應用。 激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。
8熱處理
簡介
激光熱處理（激光相變硬化、激光淬火）是利用高功率密度的激光束對金
[激光熱處理] 激光熱處理
屬進行表面處理的方法，它可以對金屬實現(xiàn)相變硬化（或稱作表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火）、表面合金化等表面改性處理，產(chǎn)生用其大表面淬火達不到的表面成分、組織、性能的改變。經(jīng)激光處理后，鑄鐵表面硬度可以達到HRC60度以上，中碳及高碳的碳鋼，表面硬度可達HRC70度以上,從而提高起抗磨性,耐腐蝕,抗氧化等性能,延長其使用壽命。
作用
激光熱處理技術(shù)與其它熱處理如高頻淬火,滲碳,滲氮等傳統(tǒng)工藝相比,具有以下特點：
1.無需使用外加材料,僅改變被處理材料表面的組織結(jié)構(gòu).處理后的改性層具有足夠的厚度,可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達0.1-0.8mm 。
2.處理層和基體結(jié)合強度高.激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合,而且處理層表面是致密的冶金組織,具有較高的硬度和耐磨性。
3.被處理件變形極小，由于激光功率密度高，與零件的作用時間很短（10-2-10秒），故零件的熱變形區(qū)和整體變化都很小。故適合于高精度零件處理，作為材料和零件的后處理工序。
4．加工柔性好，適用面廣。利用靈活的導光系統(tǒng)可隨意將激光導向處理部分，從而可方便地處理深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等，可進行選擇性的局部處理。
9其他技術(shù)
打孔技術(shù)
激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，已成為現(xiàn)
[激光打孔機] 激光打孔機
代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。在激光出現(xiàn)之前，只能用硬度較大的物質(zhì)在硬度較小的物質(zhì)上打孔。這樣要在硬度大的金剛石上打孔，就成了極其困難的事。
激光出現(xiàn)后，這一類的操作既快又安全。但是，激光鉆出的孔是圓錐形的，而不是機械鉆孔的圓柱形，這在有些地方是很不方便的。
熔覆技術(shù)
利用激光高功率密度，由激光加工系統(tǒng)在數(shù)控控制下，在基材表面*部位形成一層很薄的微熔層，同時添加特定成分的自熔合金粉，如鎳基、鈷基和鐵基合金等，使它們以熔融狀態(tài)均勻地鋪展在零件表層并達到預定厚度，與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結(jié)合，并且相互間只有很小的稀釋度，在隨后的快速凝固過程中，在零件表面形成與基材*不同的、具有預定特殊性能的功能熔覆材料層，從而可以*改變材料表面性能，可以使價廉的材料表面獲得*的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。該工藝可以修復材料表面的孔洞和裂紋，可以恢復已磨損零件的幾何尺寸和性能。該技術(shù)還可以用在快速原型制造領(lǐng)域，利用激光逐層熔覆金屬或合金粉末，快速制造出零件。
成形技術(shù)
激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的新成果，根據(jù)零件的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料逐層固化，堆積成樣件，不需要模具和刀具即可快速地制造形狀復雜的零件，該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。
10發(fā)展趨勢
作為20世紀科學技術(shù)發(fā)展的主要標志和現(xiàn)代信息社會光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到*國家的高度重視。
激光加工是國外激光應用中大的項目，也是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級到10kW級CO2激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。據(jù)1997~1998年的新激光市場評述和預測，1997年*總激光器市場銷售額達32.2億美元，比1996年增長14%，其中材料加工為8.29億美元，醫(yī)療應用4億美元，研究領(lǐng)域1.5億美元。1998年總收入預計增長19%，可達到38.2億美元。其中占位的材料加工預計超過10億美元，醫(yī)用激光器是國外第二大應用。
激光加工應用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應用廣，分別占到70%和20%，表面處理則不到10%。而YAG激光器的應用是以焊接、標記（50%）和切割（15%）為主。在美國和歐洲CO2激光器占到了70~80%。我國激光加工中以切割為主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15%，大多數(shù)是進行激光處理汽車發(fā)動機的汽缸套。這項技術(shù)的經(jīng)濟性和社會效益都很高，故有很大的市場前景。
在汽車工業(yè)中，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其*、快速、靈活地加工特點。如在汽車樣機和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機，不僅節(jié)省了樣板及工裝設備，還大大縮短了生產(chǎn)準備周期；激光束在高硬度材料和復雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損；激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標準工藝，日本Toyota已將激光用于車身面板的焊接，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進行沖壓。雖然激光熱處理在國外不如焊接和切割普遍，但在汽車工業(yè)中仍應用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達國家，激光加工技術(shù)和計算機數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合，派生出激光快速成形技術(shù)。該項技術(shù)不僅可以快速制造模型，而且還可以直接由金屬粉末熔融，制造出金屬模具。
80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和標記等方面發(fā)揮了越來越大作用。通常認為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器已開始擠進kw級CO2激光器切割市場。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件，如鋰電池、*、密封繼電器等。YAG激光器打孔已發(fā)展成為大的激光加工應用。
國外激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。打孔峰值功率高達30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來越窄，重復頻率越來越高，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴大了打孔的應用范圍。國內(nèi)比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。
研究開發(fā)
激光加工技術(shù)研究開發(fā)的重點可歸納為：
新一代工業(yè)激光器研究，處在技術(shù)上的更新時期，其標志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應用；
精細激光加工，在激光加工應用統(tǒng)計中微細加工1996年只占6%，1997年翻了一倍達12%，1998年已增加到20%；
加工系統(tǒng)智能化，系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實時檢測、反饋處理，隨著專家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢。
激光技術(shù)在我國經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得了上千項科技成果，許多已用于生產(chǎn)實踐，激光加工設備產(chǎn)量平均每年以20%的速度增長，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問題，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠推廣，將改變我國汽車覆蓋件的鋼板*依賴進口的狀態(tài)，激光標記機與激光焊接機的質(zhì)量、功能、價格符合國內(nèi)市場的需求，*達90%以上。
存在的主要問題：
科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場前景的成果停留在實驗室的樣機階段；
激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國外不僅二級管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過程中，而且二級管激光器也被應用，而我國二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開始研究開發(fā)階段；
對加工技術(shù)的研究少，尤其對精細加工技術(shù)的研究更為薄弱，對紫外波激光進行加工的研究進行的極少；
激光加工設備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
技術(shù)科學
科學的任務是認識世界，技術(shù)的任務是改造世界，技術(shù)是從科學到生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，是把科學理論轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁，技術(shù)來源于實驗經(jīng)驗的總結(jié)和科學原理的指導。
技術(shù)特性
當技術(shù)的使用在現(xiàn)代社會*，一套共同的特性可以用來現(xiàn)代技術(shù)上。許多的作者，如McGinn （1991）和Winston （2003）列了下列一些關(guān)鍵的特性：
復雜度，指大多現(xiàn)今的工具都很難以了解的特性（即需要一連串對制造或使用的事先訓練）。一些較相對簡單使用，但卻相對困難去理解其來源和制造方法，如餐刀、棒球及高加工食品等。另外也有很難使用且很難理解的，如拖拉機、電視、電腦等。
依賴性，指現(xiàn)今工具多依賴著其他的現(xiàn)代工具，而其他的現(xiàn)代工具又依賴著另外的其他現(xiàn)代工具的事實，不論是在制造、使用上面。例如，車子便有一巨大且復雜的制造及維護工業(yè)持撐著。而使用也需要有一復雜的公路、街道、高速公路、加油站、保養(yǎng)廠和廢棄物收集等設備。
多樣性，指相同工具的不同類型和變異。想像今日所存在的眾多湯匙和剪刀。即使是更復雜的工具也通常有許多的形狀和樣式，如建筑起重機或車子。
普及性，規(guī)模，指現(xiàn)代技術(shù)的普及。簡單地說，技術(shù)似乎在每一個角落。它支配了現(xiàn)代的生活。另外，規(guī)模亦指許多現(xiàn)代技術(shù)計劃的范圍，如手機網(wǎng)絡、因特網(wǎng)、飛機航行、通訊衛(wèi)星及其對地球上人們的影響。
11發(fā)展現(xiàn)狀
激光技術(shù)與原子能、半導體及計算機一起，是二十世紀負盛名的四項重大發(fā)明。
激光作為上世紀發(fā)明的新光源，它具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點，已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面。據(jù)統(tǒng)計，從的光纖到常見的條形碼掃描儀，每年與激光相關(guān)產(chǎn)品和服務的市場價值高達上萬億美元。我國激光產(chǎn)品主要應用于工業(yè)加工，占據(jù)了40%以上的市場空間。
激光加工作為激光系統(tǒng)常用的應用，主要技術(shù)包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔、微加工及光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。
激光加工設備就是利用激光加工技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)設備之一，主要產(chǎn)品則包括各類激光打標機、焊接機、切割機、劃片機、雕刻機、熱處理機、三維成型機以及毛化機等。這類產(chǎn)品已經(jīng)或正在進入各工業(yè)領(lǐng)域。
從全球激光產(chǎn)品的應用領(lǐng)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)*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(shù)相比，激光加工技術(shù)具有材料浪費少、在規(guī)模化生產(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(shù)。
近十年來，隨著工業(yè)激光應用市場在不斷擴大，激光加工領(lǐng)域也不斷開拓，由傳統(tǒng)的鐘表、電池、衣扣等輕工行業(yè)向機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空、動力和能源以及醫(yī)學和牙科儀器設備制造業(yè)等應用領(lǐng)域拓展，將有效拉動激光加工設備的需求。
2011年，全球激光工業(yè)加工設備銷售額獲得了強勁的兩位數(shù)增長。據(jù)《工業(yè)激光解決方案》（ILS）的數(shù)據(jù)顯示，2011年全球激光系統(tǒng)銷售收入70.60億美元，同比增長16%，其中，激光器銷售收入19.56億美元，同比增長18%。
12發(fā)展應用
激光是本世紀的重大發(fā)明之一，具有巨大的技術(shù)潛力，專家們認為，電子技術(shù)的全勝時期，其主角是計算機，下一代將是光技術(shù)時代，其主角是激光。激光因具有單色性、相干性和平行性三大特點，特別適用于材料加工。激光加工是激光應用有發(fā)展前途的領(lǐng)域，國外已開發(fā)出20多種激光加工技術(shù)。激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計算機數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成自動化加工設備，已成為企業(yè)實行適時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為、和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。
激光加工技術(shù)的應用
已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打標技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)。
激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊接。激光焊接能量密度高，對高熔點、高反射率、高導熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。
激光切割技術(shù)可廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應用領(lǐng)域。
激光打標技術(shù)是激光加工大的應用領(lǐng)域之一。準分子激光打標發(fā)展起來的一項新技術(shù)，特別適用于金屬打標，可實現(xiàn)亞微米打標，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。
激光去重平衡技術(shù)是用激光去掉高速旋轉(zhuǎn)部件上不平衡的過重部分，使慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸重合，以達到動平衡的過程。激光去重平衡技術(shù)具有測量和去重兩大功能，可同時進行不平衡的測量和校正，效率大大提高，在陀螺制造領(lǐng)域有廣闊的應用前景。對于高精度轉(zhuǎn)子，激光動平衡可成倍提高平衡精度，其質(zhì)量偏心值的平衡精度可達1%或千分之幾微米。
激光蝕刻技術(shù)比傳統(tǒng)的化學蝕刻技術(shù)工藝簡單、可大幅度降低生產(chǎn)成本，可加工0.125～1微米寬的線，非常適合于超大規(guī)模集成電路的制造。
激光微調(diào)技術(shù)可對*電阻進行自動精密微調(diào)，精度可達0.01%～0.002%，比傳統(tǒng)加工方法的精度和效率高、成本低。激光微調(diào)包括薄膜電阻（0.01～0.6微米厚）與厚膜電阻（20～50微米厚）的微調(diào)、電容的微調(diào)和混合集成電路的微調(diào)。
激光存儲技術(shù)是利用激光來記錄視頻、音頻、文字資料及計算機信息的一種技術(shù)，是信息化時代的支撐技術(shù)之一。
激光劃線技術(shù)是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，其劃線細、精度高（線寬為15～25微米，槽深為5～200微米），加工速度快（可達200毫米/秒），成品率可達99.5%以上。
激光清洗技術(shù)的采用可大大減少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。
激光熱、表處理技術(shù)包括：激光相變硬化技術(shù)、激光包覆技術(shù)、激光表面合金化技術(shù)、激光退火技術(shù)、激光沖擊硬化技術(shù)、激光強化電鍍技術(shù)、激光上釉技術(shù)，這些技術(shù)對改變材料的機械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。
激光相變硬化（即激光淬火）是激光熱處理中研究早、多、進展快、應用廣的一種新工藝, 適用于大多數(shù)材料和不同形狀零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲勞強度,國外一些工業(yè)部門將該技術(shù)作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的手段。
激光包覆技術(shù)是在工業(yè)中獲得廣泛應用的激光表面改性技術(shù)之一, 具有很好的經(jīng)濟性,可大大提高產(chǎn)品的抗腐蝕性。
激光表面合金化技術(shù)是材料表面局部改性處理的新方法, 是未來應用潛力大的表面改性技術(shù)之一,適用于航空、航天、兵器、核工業(yè)、汽車制造業(yè)中需要改善耐磨、耐腐蝕、耐高溫等性能的零件。
激光退火技術(shù)是半導體加工的一種新工藝,效果比常規(guī)熱退火好得多。激光退火后, 雜質(zhì)的替位率可達到98%～99%, 可使多晶硅的電阻率降到普通加熱退火的1/2～1/3, 還可大大提高集成電路的集成度, 使電路元件間的間隔縮小到0.5微米。
激光沖擊硬化技術(shù)能改善金屬材料的機械性能, 可阻止裂紋的產(chǎn)生和擴展, 提高鋼、鋁、鈦等合金的強度和硬度, 改善其抗疲勞性能。
激光強化電鍍技術(shù)可提高金屬的沉積速度, 速度比無激光照射快1000倍, 對微型開關(guān)、精密儀器零件、微電子器件和大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補具有重大義意。使用改技術(shù)可使電度層的牢固度提高昂100～1000倍。
激光上釉技術(shù)對于材料改性很有發(fā)展前途, 其成本低, 容易控制和復制, 有利于發(fā)展新材料。激光上釉結(jié)合火焰噴涂、等離子噴涂、離子沉積等技術(shù), 在控制組織、提高表面耐磨、耐腐蝕性能方面有著廣闊的應用前景。電子材料、電磁材料和其它電氣材料經(jīng)激光上釉后用于測量儀表極為理想。
二、激光加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
1.數(shù)控化和綜合化
把激光器與計算機數(shù)控技術(shù)、*的光學系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。
2.小型化和組合化
國外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺機床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速的特點，可完成切割復雜外形、打孔、打標、劃線等加工。
3.高頻度和高可靠性
國外YAG激光器的重復頻度已達2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：YAG激光器的平均維修時間已從原來的幾百小時提高到1～2萬小時。
4.采用激元激光器進行金屬加工
這是國外激光加工的一個新課題。激元激光器能發(fā)射出波長157～350納米的紫外激光, 大多數(shù)金屬對這種激光的反射率很低, 吸收率相應很高, 因此, 這種激光器在金屬加工領(lǐng)域有很大的應用價值。
三、應用于牙科的激光系統(tǒng) 依據(jù)激光在牙科應用的不同作用，分為幾種不同的激光系統(tǒng)。區(qū)別激光的重要特征之一是：光的波長，不同波長的激光對組織的作用不同，在可見光及近紅外光譜范圍的光線，吸光性低，穿透性強，可以穿透到牙體組織較深的部位，例如氬離子激光、二極管激光或Nd：YAG激光（如圖1）。而Er：YAG激光和CO，激光的光線穿透性差，僅能穿透牙體組織約0．01毫米。區(qū)別激光的重要特征之二是：激光的強度（即功率），如在診斷學中應用的二極管激光，其強度僅為幾個毫瓦特，它有時也可用在激光顯示器上。 用于治療的激光，通常是幾個瓦特中等強度的激光。激光對組織的作用，還取決于激光脈沖的發(fā)射方式，以典型的連續(xù)脈沖發(fā)射方式的激光有：氬離子激光、二極管激光、CO2，激光；以短脈沖方式發(fā)射的激光有：Er：YAG激光或許多Nd：YAG激光，短脈沖式的激光的強度（即功率）可以達到1,000瓦特或更高，這些強度高、吸光性也高的激光，只適用于清除硬組織。 激光在齲齒的診斷方面的應用 1．脫礦、淺齲 2．隱匿齲 激光在治療方面的應用 1．切割 2．充填物的聚合，窩洞處理
13市場展望
與國際上激光加工系統(tǒng)相比，我國的激光加工系統(tǒng)差距甚大，僅占全球銷售額的2%左右。主要表現(xiàn)為:激光加工系統(tǒng)很少，甚至沒有;主力激光器不過關(guān);微細激光加工裝備缺口較大;而這些領(lǐng)域我國的生產(chǎn)企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進入，國內(nèi)應用市場有很大發(fā)展空間。
預測今后2-3年內(nèi)，我國銷售額將會由2004年的15億人民幣上升翻一倍，也就是說會達到30億元產(chǎn)值。其原因:
1、國家重視，各級政府部門都在積極關(guān)注、規(guī)劃、立項，多方面資金正在注入。特別是國家強調(diào)立項主體由大專院校，科研部門料轉(zhuǎn)到以企業(yè)為主，這就促進了企業(yè)產(chǎn)品的自主創(chuàng)新，技術(shù)升級。
2、國內(nèi)各類制造業(yè)接受了激光加工技術(shù)，它可使他們的產(chǎn)品增加技術(shù)含量，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，采用它可達到“敏捷制造”的水平，滿足市場對“個性化”產(chǎn)品的要求。
3、國內(nèi)已逐步形成了產(chǎn)業(yè)群體激光零部件配套企業(yè)慢慢補齊，各類具有特色的激光加工系統(tǒng)制造商紛紛建立，國內(nèi)已形成四個激光加工裝備制造的產(chǎn)業(yè)帶，它們主要分布在華中;珠江三角洲;長江三角洲和京津環(huán)渤海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。
4、國際上*的激光加工制造商有的在華投資建廠;有的以國內(nèi)合資生產(chǎn)，總趨勢是紛紛進入，形成國際競爭國內(nèi)化。
5、國內(nèi)在主力激光器方面逐步過關(guān)，進入市場應用。如大功率軸流CO2激光器，中小功率金屬腔射頻CO2激光器，半導體泵浦全固態(tài)激光器、光纖激光器、及倍頻DPL、大功率二極管模塊等，正蓄勢待發(fā)，進入產(chǎn)品化初期，進入市場。為國產(chǎn)激光加工的升值開拓新應用創(chuàng)造條件。
在國內(nèi)已創(chuàng)立的一片大好形勢下，我們殷切期望業(yè)內(nèi)各企業(yè)努力創(chuàng)造具有自主創(chuàng)新的產(chǎn)品，盡力避免低價位、低利潤率的競爭，使國產(chǎn)設備走上越來越健康發(fā)展局勢。
14就業(yè)優(yōu)勢
本專業(yè)畢業(yè)生面向*制造、激光成型領(lǐng)域的產(chǎn)品設計、開發(fā)、制造和管理，主要從事激光設備（SLS）操作、加工、維護以及激光加工產(chǎn)品銷售等工作。既可服務激光設備操作與加工崗位，也可成長為制造工藝師、圖形設計師及手板制造工程師等。
隨著第三次工業(yè)革命“3D”打印技術(shù)的到來，激光加工技術(shù)作為“3D”打印技術(shù)的核心在未來制造行業(yè)中起到了*的作用，對人才的需求也會越來越多。
參考資料
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