[原创]激光加工技术漫谈

乏味 · 发表于 2003-7-11 18:15:00

激光是20世纪60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好等特点而得到广泛应用.激光加工是激光应用最有发展前途的领域之一，现在已开发出20多种激光加工技术。

激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

热加工和冷加工均可应用在金属和非金属材料，进行切割，打孔，刻槽，标记等.热加工金属材料进行焊接，表面处理，生产合金，切割均极有利.冷加工则对光化学沉积，激光快速成形技术，激光刻蚀，掺染和氧化都很合适.

激光快速成形
用激光制造模型时用的材料是液态光敏树脂，它在吸收了紫外波段的激光能量后便发生凝固，变化成固体材料。把要制造的模型编成程序，输入到计算机。激光器输出来的激光束由计算机控制光路系统，使它在模型材料上扫描刻划，在激光束所到之处，原先是液态的材料凝固起来。激光束在计算机的指挥下作完扫描刻划，将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，造出模型。所以，用这个办法制造模型，速度快，造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。

激光切割
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。但激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的，比如用激光来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合化算。

激光焊接
激光束照射在材料上，会把它加热至融熔，使对接在一起的组件接合在一起，即是焊接。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。由于激光能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。因为用激光焊接是不需要任何焊料的，所以排除了焊接组件受污染的可能; 其次，激光束可被光学系统聚成直径很细的光束，换言之，激光可以作成非常精细的 “焊枪”，做精密焊接工作;还有激光焊接与组件不会直接接触，亦即这是非接触式的焊接，因而材料质地脆弱也不打紧，还可以对远离我们身边的组件作焊接，也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为激光焊接有这些特点，所以它在微电子工业中尤其受欢迎。

激光雕刻
用激光雕刻刀作雕刻，比用普通雕刻刀更方便，更迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上，比如在花冈岩、钢板上作雕刻，或者是在一些比较柔软的材料，比如皮革上作雕刻，就比较吃力，刻一幅图案要花比较长的时间。如果使用激光雕刻则不同，因为它是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种雕刻方法。它根本就没有和材料接触，材料硬或者柔软，并不妨碍 “雕刻” 的速度。所以激光雕刻技术是激光加工最大的应用领域之一。，用这种雕刻刀作雕刻不管在坚硬的材料，或者是在柔软的材料上雕刻，刻划的速度一样。倘若与计算机相配合，控制激光束移动，雕刻工作还可以自动化。把要雕刻的图案放在光电扫描仪上，扫描仪输出的讯号经过计算机处理后，用来控制激光束的动作，就可以自动地在木板上，玻璃上，皮革上按照我们的图样雕刻出来。同时，聚焦起来的激光束很细，相当于非常灵巧的雕刻刀，雕刻的线条细，图案上的细节也能够给雕刻出来。激光雕刻可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。激光雕刻是近年巳发展至可实现亚微米雕刻，已广泛用于微电子工业和生物工程。

激光打孔
在组件上开个小孔是件很常见的事。但是，如果要求在坚硬的材料上，例如在硬质合金上打大量0.1毫米到几微米直径的小孔。用普通的机械加工工具恐怕是不容易办到，即使能够做到，加工成本也会很高。

激光有很好的同调性，用光学系统可以把它聚焦成直径很微少的光点(小于一微米)，这相当于用来钻孔的 “微型钻头”。其次，激光的亮度很高，在聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平方米面积上的能量)会很高，普通一台激光器输出的激光，产生的能量就可以高达109 焦耳/厘米2，足以让材料熔化并气化，在材料上留下一个小孔，就像是钻头钻出来的。但是，激光钻出的孔是圆锥形的，而不是机械钻孔的圆柱形，这在有些地方是很不方便的。

激光蚀刻
激光蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.125～1微米宽的线，非常适合于超大规模集成电路的制造。

激光热、表面处理
激光热、表面处理技术包括：激光相变硬化技术、激光表面合金化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、激光强化电镀技术，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。

各种激光热、表面处理详解（补充内容）
激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺，适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位，可提高零件的耐磨性和疲劳强度，外国一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。

激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法，是未来应用潜力最大的表面改性技术之一，适用于航空、航天、兵器、核工业、汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。

激光退火技术是半导体加工的一种新工艺，效果比常规热退火好得多。激光退火后，杂质的替位率可达到98%～99%，可使多晶硅的电阻率降到普通加热退火的1/2～1/3，还可大大提高集成电路的集成度，使电路组件间的间隔缩小到0.5微米。

激光冲击硬化技术能改善金属材料的机械性能，可阻止裂纹的产生和扩展，提高钢、铝、钛等合金的强度和硬度，改善其抗疲劳性能。

激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度，速度比无激光照射快1000倍，对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大意义。使用该技术可使电镀层的牢固度提高100～1000倍。

电子工业中的应用
激光在电子工业中也得到广泛应用。可以用它来进行微型仪器的精密加工，可以对脆弱易碎的半导体材料进行精细的划片，也可以用来调整微型电阻的阻值。随着激光器性能的改善和新型激光器的出现，激光在超大规模集成电路方面的应用已经成为许多其它工艺所无法取代的关键性技艺，为超大规模集成电路的发展展现出令人鼓舞的前景。

乏味 · 发表于 2003-7-11 18:58:00

激光加工的技术优势

随着时代的发展，激光加工技术已经日益成为一种有效的加工方法，在各行各业得到了越来越广泛的运用。激光运用的优越性日益清晰地展现在人们面前。

（一）激光加工，可靠性强
激光标刻具有抗磨损、不褪色的优点。激光加工，将激光束照射到加工物体的表面，用以去除或熔化材料以及改变物体表面从而达到加工目的，属于非接触性加工，没有机械力，加工材料不变形，受损小。这一点已成为激光技术区别与其他加工手段的明显优势。例如，在晶振标刻这一领域，按传统的油漆标记方法，由于不锈钢对油漆的附着力差，加工后的晶振不能清洗地，带来诸多不便.现在,该领域多采用激光标刻,所形成的标记清晰、持久、永不磨灭。激光加工，热影响区小，在热处理、切割、焊接过程中，加工工件基本不变形，这一特色也成功地运用局部热处理和显像管的焊接。

激光加工计算机键盘也是一个很好的例子。用油漆标记的计算机键盘，不论油漆的质量如何优越，随着使用次数的积累，都会不同程度的磨损标记，而采用激光标刻键盘，运用光化学作用，使塑料分子结构发生变化，从而使键盘表面的外观颜色改变，呈现出我们所看到的不同字符，这可谓是治标治本，当然不会磨灭。

（二）迅速、高效的特点，顺应现代工业发展需要
激光加工为传统的加工制造业注入了新的活力。采用这一手段，效率高、安全性强，适应了现代工业的广泛要求。在汽车行业，钢套、发动机等部件进行激光表面处理，能增强材料的表面硬度和耐磨性，从而形成了独具我国特色的激光热处理工艺。

激光加工在晶振加工领域已经得到了广泛的运用，采用我公司生产的JS-F型高速振镜激光打标机加工晶振，日加工能力已达六万至八万个，完全达到了现代激光加工领域的领先水平。

（三）加工产品精细、美观，具有较高的审美价值
深入千家万户的张小泉剪刀，其名牌标刻原采用传统工艺，存在深度、精度不够，标号不清晰等缺点。现在，该厂商已经逐步用激光标刻代替传统方式，为百年老号注入了新的活力。
激光标刻，精度高，最小字长世界最高水平为0.2mm，我公司已达到水平0.5mm，这是传统的标记手段力所不及的。采用激光标刻的产品，美观、大方，具有很好的视觉效果。激光雕刻美术作品、激光雕刻工艺品更是艺术殿堂中的一朵奇葩。

（四）市场巨大，商机无限
激光标刻手段已在制造业得到了广泛的应用。在金刚石锯片加工，计算机键盘标记、集成电路标记等领域已初步发挥了其优越性。近年来，我国政府铭文求全责备，要求军工产品的每一零部件上必须独立标记，这也成为激光标刻的又一巨大市场。
激光标刻，工艺独特，技术含量高，可控性强、动行条件相对简单，是一种有效的防伪手段，已被不少厂家所看好，成为打击假冒伪劣产品的有利武器，具有巨大的发展潜力。

（五）从长远角度看，有利于生产成本的降低
激光加工是一种非接触性加工手段，不存在刀具磨损问题，易损件为零，从而降低了生产成本。同时，自动化能力高，十分适合自动化生产线作业，可谓一次投入，终身享用。从长远看来，有利于相对成本的降低。

（六）环保事业的生力军
激光加工，运用光电学作用，与传统的工业加工手段有着本质上的区别，对环境无任何污染，而且占地小，操作条件简便，是一种很值得推崇的高科技绿色加工手段。

ranger · 发表于 2003-12-12 18:55:00

好文章

zgzxb · 发表于 2003-12-13 19:02:00

很不错的文章，把我们激光加工分类讨论得非常详细。

闹钟 · 发表于 2004-1-28 18:53:00

只可惜国产相关配件太少？？？？？？？？？？？？

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