激光制造论文 激光先进制造技术

1、激光先进制造技术论文主题： 激光制造 学 院： 机电与自动化院 专业班级： XXXXXXXXXX 姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXXX 年 级： XXXXX 任课教师： XXXX XXXX年XX月XX日目录1激光简介32. 激光生产原理32.1激光产生的物质基础32.2激光产生的基本原理和方法52.2.1确定液压系统方案52.2.2光的受激辐射放大条件62.2.3产生激光的基本条件及激光器的组成部分63.激光加工原理及应用63.1 激光加工原理及特点63.2激光技术83.2.1激光打孔93.2.2激光打标113.2.3激光雕刻133.2.4激光微调143.2.5激光切割.153.2.

2、6激光焊接193.2.7激光打印213.2.8激光制版223.2.9激光防伪233.2.10激光扫描233.2.11激光强化.243.2.12微细加工254.激光技术发展现状和前景275.总结296.参考文献30 一.激光简介 激光是在 1960 年正式问世的。但是，激光的历史却已有 100 多年。确切地说，远在 1893 年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。 1917 年爱因斯坦提出 “ 受激辐射 ” 的概念，奠定了激光的理论基础。激光，又称镭

3、射，英文叫“LASER”，是“Light Amplification by Stimu Iatad Emission of Radiation”的缩写，意思是“受激发射的辐射光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将 “光受激发射”改称“激光”。激当前激光技术发展的越来越迅速和成熟，在我们生活中的各个行业应用的非常广泛。由于激光技术的先进性，精确性，所以在当前，在很多行业都得以应用和实现。本文通过对激光技术的学习，大概阐述了激光生产原理，以及激光在各个方面的应用 。 二、激光产生原理2.1、激光产生的物质基础光与物质的共振相互作用，特别是这

4、种相互作用中的受激辐射过程是激光器的物理基础。爱因斯坦认为光和物质原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。为了简化问题，我们只考虑原子的两个能级和，处于两个能级的原子数密度分别为和，如图2-1所示。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为，并有。图2-1二能级原子能级图（）、自发辐射处于高能级的一个原子自发地向低能级跃迁，并发射一个能量为的光子，这种过程称为自发跃迁过程，如图2-2所示。自发辐射光图2-2原子自发辐射（）、受激辐射处于高能级的原子在满足的辐射场作用下，跃迁至低能级并辐射出一个能量为且与入射光子全同光子，如图2-3所示。受激辐射跃迁发出的光波称为

5、受激辐射。入射光入射光受激辐射图2-3原子受激辐射（）、受激吸收受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为的光子，并跃迁至高能级，这种过程称为受激吸收，如图2-4所示。入射光原子吸收入射光子并跃迁至高能级图2-4原子受激吸收受激辐射和自发辐射的重要区别在于相干性。自发辐射是不相干的；受激辐射是相干的2.2、激光产生的基本原理和方法2.2.1光学谐振腔及其选模和反馈作用由受激辐射和自发辐射相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的很大，而其他所有模式的都很小，就

6、能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度。也就是说，使相干的受激辐射光子集中在某一特定模式内，而不是平均分配在所有模式中。激光器就是采用各种技术措施减少腔内光场模式数、使介质的受激辐射恒大于受激吸收等来提高光子简并度，从而达到产生激光的目的。光腔的反馈作用光放大器在许多大功率装置中广泛地用来把弱的激光束逐级放大，但在光放大的同时通常还存在着光的损耗，根据研究光强达到稳定的极限值只与放大器本身的参数有关，而与初始光强无关。特别是，不管初始光强多么弱，只要放大器足够长，就总能形成确定大小的光强稳定极限值，而实际上，既不需要给激活物质输入一个弱光信号，也不需要真正把激活物质的长度无限增加，而只要在具

7、有一定长度的光放大器两端放置前述的光学谐振腔。这样，沿轴向传播的光波模在两反射镜间往返传播，就等于增加放大器长度。这种作用称为光学谐振腔的反馈作用。2.2.2光的受激辐射放大条件实现光放大的两个条件：激励能源把介质中的粒子不断地由低能级抽运到高能级去；增益介质能在外界激励能源的作用下形成粒子数密度反转分布状态。2.2.3产生激光的基本条件及激光器的组成部分产生激光的基本条件是：能在外界激励能源的作用下形成粒子数密度反转分布状态的增益介质；要使受激发射光强超过受激吸收，必须实现粒子数反转（方法是利用外界激励能源把大量粒子激励到高能级。）；要使受激发射光强超过自发发射，必须提高光子简并度（方法：利

8、用光学谐振腔造成强辐射场，以提高腔内光场的相干性。）。激光器的组成部分及其作用：一个激光器应包含泵浦源、光放大器和光学谐振腔三部分。其作用分别是使激光物质成为激活物质、对弱光信号进行放大、模式选择和提供轴向光波模的反馈。 三、激光加工原理与应用 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。3.1 激光加工的原理及其特点1. 激光加工的原理激

9、光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 2.激光加工的特点 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。 激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。激光加

10、工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。例如：美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到4H即可高质量完成，而原来采用电火花加工则需要9H以上。仅此一项，每台发动机的造价可省5万美元。激光切割钢件工效可提高8-20倍，材料可节省15-30%，大幅度降低了生产成本，并且加工

11、精度高，产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点，但不足之处也是很明显的。随着激光制造技术的快速发展，激光技术已经在工业领域得到广泛的应用。3.2 激光技术激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为： 1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。 2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。用激光束对

12、材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光加工有许多优点：激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工；激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题；工件不受应力，不易污染；可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工；激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；在

13、恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。3.2.1.激光打孔 采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.11毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.0051毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头等工件的加工。 由于激光具有高能量，高聚焦等特性，激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。利用激光束在空间和时间上高度集中的特点，经而易举地可将光斑直径缩小到微米

14、级，从而获得1001000W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔。 通常激光打孔机由五大部分组成：固体激光器、电气系统、光学系统，投影系统和三坐标移动工作台。五个组成部分相互配合从而完成打孔任务。 固体激光器主要负责产生激光光源，电气系统主要负责对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式(脉冲式或连续式等)，而光学系统的功能则是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此，它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。投影系统用来显示工件背面情况。工作台则由人工控制或采用数控装置控制，在三坐标方向移动，方便又准确地调整工件位置。工作台上加工区的台面一般用玻璃制成，

15、因为不透光的金属台面会给检测带来不便，而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置，以保持工作表面和聚焦物镜的清洁。 激光打孔机与传统打孔工艺相比，具有以下一些优点：（1）激光打孔速度快,效率高,经济效益好。（2）激光打孔可获得大的深径比。（3）激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。（4）激光打孔无工具损耗。（5）激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工。（6）用激光可在难加工材料倾斜面上加工小孔 3.2.2.激光打标 、激光打标的原理： 激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化

16、学物理变化而刻出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。 目前，公认的原理是两种： 热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。 冷加工具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生热损伤副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，电子工业中使用

17、准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。 、激光打标的特点： 1)非接触加工 可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力； 2)材料适用面广 可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印； 3)可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度； 4)标记清晰、持久、美观，并可有效防伪； 5)使用寿命长、无污染； 6)运行成本低 打标速度快且标记一次成型，能耗小，因而运行成本低。 虽然激光打标机的设备投资比传统标记设备大，但从运行成本而言，使用激光打标机要低得多。 塑封三极管打标：打标机工作速度为10个/秒，若设备折旧以

18、5年计算，打标费用为0.00048元/个。如果使用移印机，其综合运行成本约为0.002元/个，甚至更高。 轴承表面打标：若轴承三等分打字，总共18个4号字，采用振镜式打标机，以氪灯灯管的使用寿命为700小时计算，则每个轴承的打标综合成本为0.00915元。电腐蚀刻字的成本约为0.015元/个。以年产量400万套轴承计算，仅打标一项，1年最少可以降低成本约6.5万元。 7)加工效率高 计算机控制下的激光光束可以高速移动(速度达57米/秒)，打标过程可在数秒内完成。1个标准计算机键盘的印字可在12秒内完成。激光打标系统均配有计算机控制系统，可以与高速流水线灵活配合。 8)开发速度快 由于激光技术和

19、计算机技术的结合，用户只要在计算机上编程即可实现激光打印输出，并可随时变换打印设计，从根本上替代了传统的模具制作过程，为缩短产品升级换代周期和柔性生产提供了便利工具。 9)加工精度高 激光能以极细的光束作用于材料表面，最细线宽可达到0.05mm。为精密加工和增加防伪功能开创了宽广的应用空间。 激光印标能满足在极小的塑料制件上印制大量数据的需要。例如，可印制要求更精确，清晰度更高的二维条码，与压印或喷射打标方式相比，有更强的市场竞争力。 10)维护成本低 激光打标是非接触式打标，不像模版印标工艺有使用寿命的限制，在批量加工中的维护成本极低。 11)具有环保性 激光打标为非接触式打标，节约能源，相

20、对于腐蚀法，避免了化学污染；相对于机械式打标，也可减少噪声污染。3.2.3.激光雕刻 激光雕刻一般指的是在非金属材料上面进行雕刻或切割。 激光雕刻按雕刻方式不同可分为点阵雕刻和矢量切割：点阵雕刻 点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形，文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。 矢量切割 与点阵雕刻不同，矢量切割是在图文的外轮廓线上进行。 一台雕刻机的性能,主要由雕刻速度,雕刻强度和光斑大小而决定. 雕刻速度 雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度带来高

21、的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节速度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。悍马机先进的运动控制系统可以使您在高速雕刻时，仍然得到超精细的雕刻质量 雕刻强度 雕刻强度指射到于材料表面激光的强度。对于特定的雕刻速度，强度越大，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节强度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。强度越大，相当于速度也越大。切割的深度也越深 光斑大小 光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨率的

22、雕刻。大光斑的透镜用于较低分辨率的雕刻，但对于矢量切割，它是最佳的选择。新设备的标准配置是 2.0英寸的透镜。其光斑大小处于中间，适用于各种场合。 一般雕刻机可雕刻以下材料：木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、可丽耐、纸张、双色板、氧化铝、皮革、树脂、喷塑金属。 3.2.4.激光微调 采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料，以达到改变电参数（如电阻值、电容量和谐振频率等）的目的。激光微调精度高、速度快，适于大规模生产。利用类似原理可以修复有缺陷的集成电路的掩模，修补集成电路存储器以提高成品率，还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。3.2.5.激光切割 激光切割这里指的是金属类产品的

23、切割，让切割原理可以分为激光熔化切割，激光气化切割和激光火焰切割。1.激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参与切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材

24、料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm²105 W/cm²之间。 2.激光火焰切割激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。所用的激光功率决定切割速

25、度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。3.激光气化切割在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并

26、且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。 激光切割的主要特性 1. 激光切割的切缝窄，工件变形小 激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小，基本没有工件变形。 切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料

27、切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。 大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。 激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加

28、工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。 2. 激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工 激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供 （1）狭的直边割缝； （2）最小的邻近切边的热影响区； （3）极小的局部变形。 其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着 （1）工件无机械变形； （2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题； （3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。 再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而 （1

29、）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化； （2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力； （3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。 3. 激光切割具有广泛的适应性和灵活性 与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。 首先，与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。 应用范围：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁

30、板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。 使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。 3.2.6激光焊接 激光焊接强度高、热变形小、密封性好，可以焊接尺寸和性质悬殊，以及熔点很高(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接的心脏起搏器，其密封性好、寿命长，而且体积小。激光热处理 用激光照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处理部位，工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。例如，气缸活塞经激光热

31、处理后可延长寿命；用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。 激光焊接的原理：将高强度的激光辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域，获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是： 激光焊接速度快、深度大、变形小。 能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的

32、材料进行焊接。 激光聚焦后，功率密度高，在用高功率激光器焊接工件时，深宽比可达 5:1, 最高可达 10:1。 可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。例如，金刚石锯片，用激光将基材（65Mn）和高强超硬的人造金钢石焊接，使这种锯片寿命、价值倍增。 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型元件的组焊中。例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装、手机电池的封焊等由于采用了激光焊，不仅生产效率大大提高，且热影响区小，焊点无污染，大大提高了焊接的质量。常见应用：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密

33、封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。3.2.7.激光打印 激光打印机的工作原理： 由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息，从接口送至字形发生器，形成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产生的信号控制9个高频振荡器，再经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射 镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导鼓(硒鼓)表面上，使角速度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。 硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一定电位，之后经载有图文映

34、像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表面形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨粉像，在 经过转印区时，在转印电极的电场作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热 滚定影，即在纸上熔凝出文字及图像。在打印图文信息前，清洁辊把未转印走的墨粉清除 ，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清洁纸系统作彻底的清洁，即可进入新的一轮工作周期。 激光打印机的优点：速度快，效果好，使用成本低。3.2.8.激光制版 激光制版的原理： 激光雕刻印版即把聚焦的激光束射向印版，把印版的指定范围熔化，然后去除不需要的部分，制出凸、凹的图像，图像的形状、大小、尺寸等可由电子调制来控制。一般说来，当激光的功率密

35、度达到 10-lOw/cm时制版材料（包括陶瓷）都要熔化或者气化，而中等强度的激光束经透镜聚焦后，在焦点处得到的功率密度值远远大于上述数值，故激光比较适合雕刻印版。 激光因其有单色性、高能、相干性好等特点，在雕刻制版方面表现出很强的优越性，尤其是现代的紫激光技术的发展和应用，使得印版的制作更趋完善。激光具有高强度，不仅对非金属材料（如成像胶片、感光树脂版和塑料版材等）熔化蚀刻，而且也能将金属材料（镍、铅、钢、铬等版材）熔化。甚至能蚀刻耐火度很高的陶瓷辊，与其它方法相比，其蚀刻范围要广泛得多。激光制版速度快、质量好。一般刻一个对开的时间为3min左右，若采用波长更短的紫激光技术，时间会更短一些，

36、而且可以提高解像力，确保网点质量。因激光相干性好、能量集中，所以其雕刻效率高，总耗能少。激光制版并非十全十美，其中存在的问题在于激光直接雕刻金属的效果不佳。因激光蚀刻的着墨孔不光洁、有毛刺，同时金属表面对激光的反射作用大，只有使用大功率激光器才能雕刻。一般解决这个问题的办法是在金属滚筒外面套上树脂或塑料套筒，激光不直接在金属版上雕刻。3.2.9.激光防伪 激光防伪又称激光全息图像防伪技术，它是通过激光制版，将影像制作在塑料薄膜上，产生五光十色的衍射效果。并使图片具有二维、三维空间感，在普通光线下，隐藏的图像、信息会重现。当光线在某一特定角度照射时，又会呈现新的图像。这种模压全息图片可以像印刷一

37、样大批量快速复制，成本较低，且可以与各类印刷技术相结合使用。 随着全息技术的不断创新和发展，出现了许多以全息图为载体的新技术，如动态全息技术， 2D3D技术、点阵全息技术、缩微加密技术、合成加密技术、光化浮雕技术、机器识别信息技术等等。这使得全息防伪技术兼具一线防伪和二线防伪的特性，相信全息技术将会成为应用最为广泛，防伪力度最强的防伪技术之一，并以其独特的艺术效果和防伪性能，在印刷包装领域中得到大规模应用。 3.2.10.激光扫描 激光扫描条码识读器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。另外，激光全角度扫描识读器由于能够高速扫描识读任意方向通过的条码符号，被

38、大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。 激光扫描条码识读器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。下面将详细讨论这些组成部分。 3.2.11.强化处理 激光表面强化技术基于激光束的高能量密度加热和工件快速自冷却两个过程，在金属材料激光表面强化中，当激光束能量密度处于低端时可用于金属材料的表面相变强化，当激光束能连密度处于高端时，工件表面光斑出相当与一个移动的坩埚，可完成一系列的 冶金过程，包括表面重熔、表层增碳、表层合金化和表层熔覆。这些功能在实际应用中引发的材料替代技术，将给制造业带来巨大的经济效益。 而在刀具材料改性中主要应用的是熔化处理，熔化处

39、理是金属材料表面在激光束照射下成为溶化状态，同时迅速凝固，产生新的表面层。根据材料表面组织变化情况，可分为合金化、溶覆、重溶细化、上釉和表面复合化等。激光熔凝是用适当的参数的激光辐照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，获得较为细化均质的组织和所需性质的表面改性技术。它具有以下优点： 1.表面熔化时一般不添加任何金属元素，熔凝层与材料基体形成冶金结合。 2.在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的杂志有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。 3.其熔层薄、热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大。有时可不再进行后续磨光而直接使用。 4.提高溶质原子在基体中固溶度极限，晶粒及第二相质

40、点超细化，形成亚稳相可获得无扩散的单一晶体结构甚至非晶态，从而使生成的新型合金获得传统方法得不到的优良性能。光束可以通过光路导向，因而可以处理零件特殊位置和形状复杂的表面。综合激光技术的优点及以被广泛应用的技术的缺点，把激光技术应用于刀具材料表面强化处理，将是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一，尤其对于陶瓷、硬质合金刀具这种高硬度、耐热性好等优点，有利于提高加工效率和加工精度，并能对难加工材料如淬火钢在不利的加工条件下进行切削加工。由于它们强度相对较低，韧性较差，严重地限制了它们的应用范围，因此把激光表面强化技术应用于陶瓷、硬质合金刀具具有深刻的研究意义和广阔的应用前景。3.2.12.微

41、细加工选择适当波长的激光，通过各种优化工艺和逼近衍射极限的聚焦系统，获得高质量光束、高稳定性、微小尺寸焦斑的输出。利用其锋芒尖利的“光刀”特性，进行高密微痕的刻制、高密信息的直写；也可利用其光阱的“力”效应，进行微小透明球状物的夹持操作。例如，高精密光栅的刻制；通过CAD/CAM软件进行仿真图案（或文字）和控制，实现高保真打标；利用光阱的“束缚力”，对生物细胞执行移动操作（生物光镊）。微细加工工艺。（l）微细机械加工工艺 凸形（外）表面的微细切削大多采用单晶金刚石车刀或铣刀。刀尖半径约为100m。单晶金刚石立铣刀的刀头形状，当刀具回转时，金刚石刀片形成一个45圆锥的切削面。凹形（内）表面的微细

42、切削时，最小的可加工尺寸受刀具尺寸的限制，如钻孔用麻花钻可加工小至50m的孔，更小的孔则无麻花钻商品，可采用扁钻。微细加工中俯个关键问题是刀具安装后的姿态及其与主轴轴线的同轴度是否与坐标系一致，否则很难保证微小的切除量。为此可在同一台机床上制作刀具后进行加工，使刀具的制作和微细加工采用同一工作条件，避免装夹的误差。如果在机床上采用线放电磨削制作铣刀，可以用它铣出50m宽的槽。 （2）微细电加工工艺 微型轴和异形截面杆的加工可采用线放电磨削法（WEDG）加工。它的独特的放电回路使放能仅为一般电火花加工的1/100。如需获得更为光滑的表面，则可以在WEDG加工后，再采用线电化磨削法（WECG），它

43、是用去离子水在低电流下去除极薄的表面层。微细电火花加工（MEDM）所用的机床如日本松下电气产业公司的MG-ED71，它的定位控制的分辩率为0.1m，最小加工孔径达5m，表面粗糙度达0.1m。加工节径300m、厚100m的9齿不锈钢齿轮时，先用24m的电极连续打孔加工出粗轮廓，再用31mm电极按齿形曲线扫描出轮廓，精度达3m。也可用它加工微型阶梯轴，最小直径为30m，加工的键槽截面为10m10m。加工微小零件的电极应在同一台电加工机床上制作，否则由于电极的连接和安装误差很难加工出小于直径100m微型孔。如在微细电火花机床上加工电极或超声加工工具，就可加工出510m微型孔。微细电加工与微细机械加工相比虽材料切除率较低，但加工尺寸能更细小，孔的长径比更大可达510，尤其对于微细的复杂凹形内腔加工更有其优越性。三 激光技术发展现状和前景激光作为上世纪发明的新光源，它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点，已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计，从高端的光纤到常见的条形码扫描仪，每年与激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。我国激光产品主要应用于工业加工，占据了40%以上的市场空间。激光加