激光加工技術(shù)的原理、特點及優(yōu)勢

貝耐特空間光調(diào)制器能夠?qū)崿F(xiàn)靈活可控的光場分布，脈沖激光可以被調(diào)制成多焦點圖案陣列，結(jié)合超快激光加工技術(shù)，實現(xiàn)“并行”加工，大大的提高加工效率和靈活性。

激光雕刻加工是激光系統(tǒng)常用的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機(jī)理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)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(yīng)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(biāo)、激光鉆孔和微加工等;

光化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)的加工過程。包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。

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(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)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(jìn)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(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個能相對應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域來看，材料加工行業(yè)仍是其主要的應(yīng)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(shù)相比，激光加工技術(shù)具有材料浪費(fèi)少、在規(guī)模化生產(chǎn)中成本效應(yīng)明顯、對加工對象具有很強(qiáng)的適應(yīng)性等優(yōu)勢特點。在歐洲，對汽車車殼與底座、飛機(jī)機(jī)翼以及航天器機(jī)身等特種材料的焊接，基本采用的是激光技術(shù)。

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(yīng)力，不易污染;

4、可以對運(yùn)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(dá)千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精密微細(xì)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(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計算機(jī)相結(jié)合，實現(xiàn)加工的高度自動化和達(dá)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(jī)器人進(jìn)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(biāo)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(shù)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(jì)效益。

②可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)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(jī)器人進(jìn)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(dǎo)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(fù)雜工件進(jìn)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(jī)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<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(dá)千瓦至10kW量級，因而激光既適于精密微細(xì)加工，又適于大型材料加工。激光束容易控制，易于與精密機(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計算機(jī)相結(jié)合，實現(xiàn)加工的高度自動化和達(dá)到很高的加工精度。

激光加工技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨著激光加工技術(shù)、設(shè)備、工藝研究的不斷深進(jìn)，將具有更廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。由于加工過程中輸入工件的熱量小，所以熱影響區(qū)和熱變形小;加工效率高，易于實現(xiàn)自動化。

審核編輯：湯梓紅