激光是20世纪人类的四大发明之一，现在已经广泛应用于工业、军事、科学研究和日常生活中。21世纪号称人类已经进入光电子时代，作为能量光电子的激光技术的进一步广泛应用将极大地改变人类的生产和生活。激光加工技术实现了光、机、电技术相结合，是一种先进制造技术，目前正处于向传统制造技术中许多工艺过程积极渗透的阶段。由于它具有无接触、不需要工模具、清洁、效率较高、方便实行数控和可以用来进行特殊加工，目前已经广泛应用于汽车、冶金、航空航天、机械、纺织、化工、建筑、造船、仪器仪表、微电子工业、艺术品制作、日常生活用品和工业用品制造等众多领域。用来进行打孔、切割、铣削、焊接、刻蚀、大型零件的强化和修复、材料表面改性和材料合成、模具、模型和零件的快速制造，工艺美术品制作和清洗、产品标刻和防伪等。
1 激光加工技术的主要应用
1.1 激光打孔和切害
由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量(106-8J/cm2)，瞬间可使任何固体材料熔化，甚至蒸发，因此从理论上说可以用激光来加工任何种类的固体材料。事实上，激光一发明，人们首先想到利用它来对宝石这类利用常规加工方法难以加工的材料进行孔加工。目前已经广泛用于各类材料进行孔加工和切割，如利用激光进行木模板的切割和石油管道的激光切缝等。图1为激光在钢板上加工的密排孔，图2为利用激光在金属上切割的渐开线（光滑无毛刺）。
图1 激光加工的密排孔
图2 激光加工的渐开线
1.2 激光焊接
激光焊接与常规焊接方法相比具有：利用激光的高密度能量，可以对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接，也可以对非金属材料进行焊接（如玻璃的焊接）；加热速度快，作用时间短，热影响区小，热变形可以忽略；属于非接触焊接，无机械应力和机械变形；激光焊接装置容易与计算机联机；可以在大气中焊接和无污染等一系列优点，因此在工业上获得广泛应用。图3和图4分别为激光焊接的锯片和钻头，图5激光焊接的不等厚钢板冲压成的汽车部件。
图3 激光焊接的金刚石剧片
图4 激光焊接的钻头
图5 激光焊接的不等厚钢板冲压的汽车部件
1.3 激光表面改性技术
激光表面改性技术包括：激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质，现在已经广泛应用于工业生产。图6是应用于冶金行业的轧辊激光相变淬火。
图6 轧滚的激光相变淬火
1.4 激光刻蚀、铣削与毛化
激光刻蚀在微电子行业可以用于半导体器件和芯片的加工，也可以用于精密光学器件的加工。如用激光刻蚀加工半导体芯片（图7a）和三维光栅。利用激光的高密度能量，可以对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工为利用脉冲激光分别铣削加工的硬质合金和氧化铝陶瓷（图7b、7c）。图8是利用二氧化碳激光器在钢材上铣削加工的三维模具。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化，经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点。另外，还可以利用激光对钢套等零件进行毛化，可以大大地提高其耐磨寿命。
图7 激光刻蚀（铣削）加工的难加工硬脆性材料
图8 激光铣削的三维模具
1.5 激光物理气相沉积、激光化学气相沉积、激光诱导液相化学镀和激光诱导固相反应沉积
激光物理沉积(LPVD)主要是利用蒸发机制制膜，利用此种方法可以制非金属膜，也可以制金属膜（包括难熔金属膜）。激光化学气相沉积(LCVD)是利用激光束的局部高温、高能诱导反应气体发生化学反应沉积成膜的方法。激光诱导液相化学镀( LIEP)可将基板样品直接放入镀液中，用激光辐照诱导反应沉积。与普通化学镀相比，激光诱导化学镀沉积速度要快得多，镀层更加平整致密。一般认为激光诱导化学镀的机理是由于激光可在局部产生高温，使照射区溶液迅速升温活化，分离出金属粒子。而基板表面同时被高温活化吸附能力大为增强，所以沉积易于进行。激光诱导固相沉积法直接采用激光诱导固体膜发生作用，反应生成金属或合金沉积在基板上。利用此种方法可以用来进行电路板布线。图9所示为制好的电路的局部放大图。
图9 激光制的电路（局部放大）
1.6 激光快速成型技术
自20世纪90年代初美国3DSstems公司开发出世界首台商品化的快速成型系统以来，快速成型技术得到蓬勃发展。快速成型(Rapid Prototyoing，简称RP)是通过把材料堆积，快速、精密地制造出实际零件，它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用。它不需要借助其它设备和工具迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成型技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。图10是利用层叠法快速制造出出的艺术品，图11是利用粉末烧结法快速制造出的复杂零件。
图10 层叠法快速制造出艺术品
图11 粉末烧结法快速制造出的零件
1.7 激光标记和艺术品制作
生活用品和生产用品的标记和防伪是不可缺少的，而同时人们对产品的美化和艺术品的要求也越来越高。激光标记和艺术品制作就是利用高密度能量的激光束，会聚在工件表面的对目标进行表面扫描，使材料表面发生物理或化学的变化，导致目标表面的光反射特性的变化，从而获得可见图案。它属于一种非接触的标刻方式。与传统的加工方式（如喷墨打印，电火花加工，机械刀刻等）相比，它具有许多难以比拟的优点。如它采用计算机控制技术，效率高、节奏快；激光刻划精细，可以对各种材料的表面进行标记，并且耐久性非常好；采用激光标刻的防伪效果好等。现在已经广泛用激光来标刻的五金件和键盘，并且利用激光在竹和木头等材料上雕刻制作艺术品。
1.8 激光材料合成、激光清洗和激光加工在建筑上的应用
早在1977年美国麻省理工学院材料科学与工程系科学家Haggerty博士发明了陶瓷粉末的激光合成法，现在已经发展到广泛利用激光来制造金属和非金属材料纳米粉。
激光清洗可以使物体表面的污垢吸收光能而蒸发去除，或者在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗可以用来清洗微电子芯片、设备的剥漆和古董及字画的除垢等。
目前，激光加工在建筑上的应用主要是高档建筑五金的焊接，以及建筑装饰品的制造，而国外已经有利用激光进行建筑陶瓷和大理石的切割应用报道。随着激光器和激光加工技术的发展，有望可以利用激光进行混凝土件表面玻璃化处理、岩石打洞、大块混凝土件的切割和放射性物质的处理等。
2 国内外及安徽省内激光加工的发展现状
由上可见，激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。德国为了推广激光加工技术，除了建立9个国家级激光中心外，还大量建立激光加工站；同时在大、中、小型企业积极建立激光加工生产线，例如：大众汽车厂的齿轮激光加工生产线；奔驰汽车厂共有18个厂房，其中有8个厂房安装了激光加工生产线。美国是世界上最早建立激光加工站的国家，1996年的统计结果表明，美国激光加工站的年收入已逾60-80亿美元，在美国激光加工站(jop shop)已超过1765家，这对于在美国推广激光加工技术起着重要的作用。激光切割和焊接等在日本电子、电机、汽车、车辆零部件，OA机器等小件、大批量生产中得到迅速发展。总之，日本产业界应用激光加工技术是最为普及的。
我国在20世纪90年代初，在武汉建立了国家级的激光加工工程研究中心，以期达到在全国起到示范和推广的目的。北京、上海等地方和部委联合建立激光加工工程研究中心，另外，很多地方政府以及众多科研机构和高校也建立了激光加工研究中心来进行激光加工技术研究和推广，已经取得了比较满意的效果。例如，天津冷轧薄板厂由于采用了激光毛化技术，将面临倒闭的企业起死回生，仅1995年生产了6亿元的激光毛化钢板，出口创汇数千万美元；又如西安内燃机配件厂建立了12条缸套激光热处理生产线，将缸套寿命提高了1～3倍，现已在全国范围推广。因此，发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。然而作为未来世界加工工厂的中国，目前只有一百三、四十家类似国外的激光加工站，因此，很必要加大力度进行推广。安徽光机所、中国科大及合工大，虽然早在20世纪70年代就从事激光技术的研究，但由于主要研究领域不在激光加工方面，因此，很多领域的研究和开发还处于空白。同时，省内目前也还没有一家面向企业服务的综合激光加工站，这就造成了安徽激光加工技术的研究、开发和应用滞后。近年来已引起相关人员的注意，如省内有单位已经在激光熔覆陶瓷研究方面取得了显著成绩。另外，相关行业也引进和打算引进激光加工技术进行技术改造或产品开发。
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本文标题：激光加工技术的应用与发展现状
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