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1、 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY先進制造技術(shù)論文二級學(xué)院： 經(jīng)濟與管理學(xué)院 專 業(yè) ： 市場營銷 班 級： 08營 _學(xué) 號： 08060434 _ 學(xué)生姓名： 朱俊宏 _ 激光加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢的研究Laser Processing Technology and its Development Trend of Research 08營 朱俊宏 08060434摘要：作為20世紀科學(xué)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，激光加工的發(fā)展受到世界先進國家的高度重視。激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體

2、表面性能.由于激光束的能量和光束的移動速度均可調(diào)節(jié)，因此激光加工可應(yīng)用到不同層面和范圍上.本文分別從激光加工技術(shù)的原理、激光加工的分類與應(yīng)用及其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來闡述激光加工較傳統(tǒng)加工技術(shù)的優(yōu)越性，說明其在制造業(yè)，工業(yè)等方面正發(fā)揮著不可替代的作用。目前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)。激光加工是國外激光應(yīng)用中最大的項目，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

3、種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。我國主要加強在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣激光加工技術(shù)，重點完成對電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)的改造；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞：激光加工 技術(shù)發(fā)展 技術(shù)應(yīng)用 發(fā)展趨勢Abstract ： as the 20th century of the science and technology development main mark and the modern information society， one o

4、f the pillars of optoelectronic technology to the development of laser processing by world advanced nation great attention。 Laser processing is laser irradiate workpiece will the surface to laser highenergy to resection， melt materials and change the object surface performance. Because of laser beam

5、 energy and move speed can be adjusted, so laser processing can be applied to different levels and scope. This paper respectively from the laser processing technology, the principle of the laser processing classification and its application status and development trend of laser processing is expound

6、ed the traditional processing technology superiority， it shows the in manufacturing, industrial aspects are plays an irreplaceable role。 At present has mature laser processing techniques including laser rapid prototyping technology, laser welding technology， laser drilling technology， laser cutting

7、technology， laser marking technology， laser to heavy balance technique, laser etching technique， laser trimming technology, laser storage technology, laser crossed technology， laser cleaning technology， laser heat treatment and surface treatment technology. Laser processing is the largest foreign la

8、ser application project， also is to transform traditional industries, mainly is the important means to 10kw grade level kw CO2 laser and 100 tile to kilowatt YAG laser to achieve various material cutting, welding， and heat processing of punching， skinned etc. Our country main strengthen in industria

9、l production application in the popularization and promotion of laser processing technology， key complete to electronics, automobiles， steel, petroleum， shipbuilding， aviation and traditional industrial applications laser technology modification demonstration project， For information, materials scie

10、nce， biology， energy, space, Marine and so on six big high-tech field provided the brandnew laser equipment and instruments. 文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途Keywords: Laser processing Technology development Technology application Development trend 引言：激光的研究及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。其高相干性在高精密測量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、信息存儲及通

11、信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.激光的高單色性，可在光化學(xué)領(lǐng)域?qū)σ恍┫嗑嗪芙哪芗壸鬟x擇激發(fā)，進行重金屬的同位素分離；激光的高方向性和高亮度可廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)（大到航天器、飛機、汽車工業(yè)，小到微電子、信息、生物細胞分離等微技術(shù)）。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應(yīng)工藝的不斷革新與優(yōu)化,尤其是近20年來，激光制造技術(shù)已滲入到諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)并開始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工行業(yè)。激光制造技術(shù)包含兩方面的內(nèi)容，一是制造激光光源的技術(shù)，二是利用激光作為工具的制造技術(shù)。前者為制造業(yè)提供了性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的激光器以及加工系統(tǒng)，后者在利用前者的基礎(chǔ)上進行各種加工和制造，為激光系統(tǒng)的不斷發(fā)展提供廣闊的

12、應(yīng)用空間.一、 激光加工原理激光是一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強光.其光強度高，方向性、相干性和單色性好，通過光學(xué)系統(tǒng)可將激光束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑,從而獲得極高的能量密度.當(dāng)激光照射到工件表面時，光能被工件迅速吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，致使光斑區(qū)域的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物以爆炸式高速噴射出來，在工件內(nèi)部形成方向性很強的沖擊波。激光加工就是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程。產(chǎn)生激光束的器件稱為激光器。激光器的種類很多，按其工作物質(zhì)的不同可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器和化學(xué)激光器等。二、 激光加工技術(shù)的分類與應(yīng)用激光因具有單色性、相

13、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(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域,現(xiàn)在已開發(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)成高效自動化加工設(shè)備,已成為企業(yè)實行適時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。目前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).激光快速成形技術(shù)

14、集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)零件的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，不需要模具和刀具即可快速精確地制造形狀復(fù)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(yīng)用。激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，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(dǎo)熱率和物理特

15、性相差很大的金屬焊接特別有利。激光焊接，用比切割金屬時功率較小的激光束，使材料熔化而不使其氣化，在冷卻后成為一塊連續(xù)的固體結(jié)構(gòu)。激光在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是有局限和缺點的,比如用激光來切割食物和膠合板就不成功,食物被切開的同時也被灼燒了，而切割膠合板在經(jīng)濟上還遠不合算。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)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.這樣要在硬度最大的金剛石上打孔，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

16、便的。激光打標技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一.激光打標是利用高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(xué)反應(yīng)，從而留下永久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。準分子激光打標是近年來發(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(yīng)用前景

17、。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(xué)蝕刻技術(shù)工藝簡單、可大幅度降低生產(chǎn)成本,可加工0.1251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)可對指定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(0.010.6微米厚)與厚膜電阻(2050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

18、（線寬為1525微米,槽深為5200微米）,加工速度快(可達200毫米/秒），成品率可達99。5%以上。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最早、最多、進展最快、應(yīng)用最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(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一適用于航空

19、、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(dǎo)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9899%可使多晶硅的電阻率降到普通加熱退火的1/21/3 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(fù)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(yīng)用前景。電子

20、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。激光在電子工業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用?？梢杂盟鼇磉M行微型儀器的精密加工，可以對脆弱易碎的半導(dǎo)體材料進行精細的劃片，也可以用來調(diào)整微型電阻的阻值。隨著激光器性能的改善和新型激光器的出現(xiàn),激光在超大規(guī)模集成電路方面的應(yīng)用已經(jīng)成為許多其他工藝所無法取代的關(guān)鍵性技藝，為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展展現(xiàn)出令人鼓舞的前景。激光技術(shù)是高科技的產(chǎn)物，其產(chǎn)生又推動了科學(xué)研究的深入發(fā)展，并開拓出許多新的學(xué)科領(lǐng)域,如非線性光學(xué)、激光光譜學(xué)、激光化學(xué)、激光生物學(xué)等。激光被用來研究與生命密切相關(guān)的光合作用、血紅蛋白、DNA等的機制。激光還將成為時間和長度的新標準，以后任

21、何高精度的鐘表和米尺都可以用某一特定波長的激光束來標定。激光在核能應(yīng)用上也將大顯身手。樂觀的專家們估計，到2020年強大的激光會產(chǎn)生安全經(jīng)濟的熱核聚變，這類似恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過程.如果實現(xiàn)，熱核聚變將帶來巨大無比的社會和經(jīng)濟效益,能源危機亦將不復(fù)存在。到那時,一桶水中的氫聚變后所產(chǎn)生的電力足夠一個城市使用.三、 激光加工技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣,分別占到70和20,表面處理則不到10。而YAG激光器的應(yīng)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7080。我國激光加工中以切割為主的占10%，其中98%以上的CO2

22、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)揮了其先進、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(shè)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(fù)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(yīng)用廣泛

23、,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. 到了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。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、心臟起搏器、密封繼電器等。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。 新一代工業(yè)激光器研究，目前處在技術(shù)上的更新時期,其標志是二極

24、管泵浦全固態(tài)激光器發(fā)展及應(yīng)用；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(shè)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完全依賴進口的狀態(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)目前市場的需求，市場占有率達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

25、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(yīng)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(shè)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?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20%的平均增長率，實現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器. 主要研究內(nèi)容： （1）激光加工用大功率CO2和固體激光器及準分子激光器的引進機型研究，提高國產(chǎn)機水平;同時開發(fā)和研制專用配套的激光加工機床,提高激光器產(chǎn)品在生產(chǎn)線