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1激光加工技术：1．激光加工概述2．传统的激光加工3．激光微加工4．激光造型技术5．激光在新材料制备、合成方面的应用展望：1．传统的激光加工2．激光微加工主要内容2激激光光加加工工技技术术3一一、、激激光光加加工工概概述述4 激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。激光加工设备一般由三部分组成，即激光器、导光系统、数控工作台。激光器导光系统数控工作台★激光加工概述5激光加工具有以下显著优点：(1)加工对象范围广。可加工各种金属和非金属材料，特别适用于加工高硬度、耐热合金，以及陶瓷、宝石、石英、玻璃等硬而脆的非金属材料；(2)由于是非接触加工，加工中无加工阻力，工件无机械变形，且热变形极小，可实现高速度、高精度加工，加工效率远高于常规加工方法；★激光加工概述6(3)激光能聚焦到微米量级，既可进行微区加工，也可进行选择性加工，其精度是其他加工方法难以比拟的；(4)节省能源和材料消耗，热变形小，可以省略二次加工；(5)激光加工公害较小。它没有普通机械加工造成的大噪音，不会产生电子束加工那样的X射线，不会造成放射性污染，同时激光加工可在大气中进行，无需电子束加工那样的真空室，应用十分方便；★激光加工概述7(6)可进行远距离遥控加工，也可通过透明窗口对一些特殊环境，如高温、高压、剧毒、水下、放射性、真空等环境中的工件进行激光加工，这是常规加工方法难以做到的；(7)激光加工与计算机数控技术结合，可实现自动化加工。★激光加工概述8激光加工被誉为“未来制造系统的共同加工手段”,激光加工具有广阔的应用前景。●以美国、日本、德国为首的西方工业发达国家非常重视激光技术的发展与应用，把激光技术列入国家级发展计划中。在国民经济中取得了巨大的社会和经济效益。★激光加工概述9●据统计1999年世界非二极管激光器的销售市场为十七万台,仅用于材料处理方面的激光器销售为两万多台，销售收入超过1O亿美元，为激光器的第二大市场，而且每年的增长率超过10%。●预计到2010年世界光电子工业的产值将达到4000亿美元，其中激光通讯、激光加工、激光医疗成为激光技术应用最重要的三个方面。★激光加工概述10二二、、传传统统的的激激光光加加工工11应用领域1．激光切割2．激光焊接3．激光热处理4．激光打标和雕刻5．激光打孔6．激光清洗★传统的激光加工12１．激光切割 激光切割是将大功率的激光束经聚焦后照射到被切割工件上。引起照射点材料温度急剧上升从而熔化、汽化被切材料。此时，光束与工件相对移动，同时用平行光轴的强气流吹走熔化或汽化了的材料，形成光滑的切缝。★传统的激光加工13 激光切割的优点：(1)与传统的冲床切割相比，激光切割省去价值昂贵的冲压模具，并缩短生产周期。在进行小批量、多品种加工时尤为有利。(2)激光也可在毛坯上直接进行三维切割从而用于模具和零件制造。激光三维切割过程切割完成后的试样★传统的激光加工14(3)激光切割具有切缝窄、切边光滑，工件形变小，切割速度快，可切割易碎、脆、软等特殊性能的材料以及无噪音等一系列优点。激光切割金属激光切割非金属★传统的激光加工15激光切割应用领域：●用于汽车、钢铁、船舶等工业中的薄钢板切割。如德国大众汽车公司用激光切割车身薄板及车身表面覆盖件。激光三维切割汽车顶棚过程激光头★传统的激光加工16●切割汽车箱内装饰板，家具，橡皮垫等。美国贝克尔家具公司早在七十年代后期对饰面板的精密切割任务外包给几个激光加工专业厂，他们选用激光加工的理由是比起常规的锯曲线机或冲模成形加工成本更合算。●切割地毯、橡皮垫、裁剪服装等。英国研究一种计算机控制的激光加工机用于切割女士内衣的装饰带，解决了布料在刀口下起皱的问题。用激光切割出的精美格子形家具窗框复杂的激光切割混合式现代派饰面板★传统的激光加工17２．激光焊接 激光焊接是将聚焦后的高强度激光直接辐射至材料表面，材料吸收的光能量通过热传导向内部扩散，使工件达到一定的熔池深度实现焊接。激光焊接过程★传统的激光加工18激光焊接的优点：●利用激光焊接将两块平板坯拼焊成一块，没有挠曲和变形；●用激光拼焊成冲压成形前的板料毛坯，可减少冲模套数、焊接装备和夹具；●可提高部件的尺寸精度；●减少焊缝数量和打磨工作量，提高材料的利用率；●采用激光焊接工艺，将不板厚和不同材质的板材焊接为整体毛坯，可减轻零件重量，降低材料等级；激光焊接剪切板★传统的激光加工19激光焊接应用领域：●世界著名的汽车制造公司都竞相在车身加工中采用激光焊接技术。美国通用汽车公司汽车公司汽车零件中已有三千多个采用激光焊接。利用激光技术加长“红旗”轿车车身★传统的激光加工20●激光焊在钢铁行业中主要用于钢带的焊接及连续的酸洗线上。●在航空航天领域中，常用金属如铝合金、钛合金及不锈钢的激光焊接。●在船舶等领域，用10KW的激光焊接民用船舶船体，焊速约每分钟1米，机械性能试验表明焊接接头抗拉性能好于母材，并具有足够的韧性，热形变也小。★传统的激光加工21●电子、电器领域，如显像管电子枪、小型继电器接头、钟表零件、集成电路封装、锂电池封装等的焊接，在工效和焊接质量上均比原有工艺有显著提高。★传统的激光加工22３．激光热处理 激光热处理主要包括激光表面热处理和表面熔融处理两大部分。前者分为激光淬火和激光退火，后者可分为激光表面涂敷、非晶态处理、晶粒细化处理以及激光表面合金化等。激光多层熔覆螺旋线激光熔覆阀座★传统的激光加工23激光热处理优点：●可处理低、中、高碳钢、工具钢、马氏体不锈钢、珠光体铸铁等；●处理速度快，效率高，质量好，变形微小；●处理后无需修复加工；●对处理区域能精确地进行控制，重复性好；●特别适于耐冲击摩擦的零件的表面处理，如汽车发动机气缸、活塞环、活塞销、气阀；●控制方便，易于实现自动化生产等优点。★传统的激光加工24激光热处理应用领域：航空、航天、军事工业、农用机械、重型机械、模具制造及修复等行业中易磨损零部件的表面改性等。美国福特公司将激光淬火用于发动机汽缸，使汽缸壁的硬度提高到58-62HRC，大大提高了其耐磨性和寿命。★传统的激光加工254．激光打标和雕刻 传统的打标是用酸腐蚀的，不仅有污染，而且要好几步工艺，费时费工。激光打标无污染，而且标记不易磨损。目前在汽车业及半导体工业已经普及。激光打标分两种方式：一种是用掩模板在产品上形成固定的标记，另一种是用计算机控制的光学扫描系统在产品上刻划出永久性标记。激光器数控工作台电源、控制系统Nd:YAG激光打标机★传统的激光加工26图片引自深圳市大族激光科技有限公司★传统的激光加工275．激光打孔由于激光具有良好的聚焦特性，能使光束斑点会聚到波长量级，在很小的区域内集中很高的能量，故而特别适合于加工微细深孔，最小孔径只有几微米，孔深和孔径比可大于50。激光打孔具有效率高，成本低，变形小，适用范围广等优点。它既可用于金属材料，也适用于各种难加工的硬质非金属材料，如金刚石、宝石、石英、陶瓷、玻璃等。不仅可加工圆孔，还能加工异形孔和微细孔。国外则多用于航空航天、汽车制造、电子、仪表、化工以及医疗等行业中。★传统的激光加工28６．激光清洗 激光清洗是近十年来飞速发展的新型清洗技术。激光清洗技术是指采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，从而达到洁净化的工艺过程。★传统的激光加工29激光清洗优点：●它是一种“干式”清洗，不需要清洁液或其它化学溶液，且清洁度远远高于化学清洗工艺；●清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛；●通过调控激光工艺参数，可以在不损伤基材表面的基础上，有效去除污染物，使表面复旧如新；●激光清洗可以方便地实现自动化操作；●激光去污设备可以长期使用，运行成本低；●激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺，消除的废料是固体粉末状，体积小，易于存放，对环境基本上不造成污染。★传统的激光加工30 激光清洗应用范围非常广泛，从厚锈层到抛光表面微细颗粒都可以去除，涉及到机械工业、微电子工业与艺术品的保护。激光清洗实验所使用的设备种类多，所用激光器的波长范围广。★传统的激光加工31激激光光加加工工优优越越性性实实例例32实例1：日本汽车厂家采用激光焊接车门内板毛坯，由于改变下料时的排样方式，废料率从24%降低为10%，工件的材料利用率由49.2%提高到58.4%，在大量生产条件下，可以取得很大经济效益，设备运行两年就可收回投人资金。★激光加工的优越性实例33实例2:1992年日本三菱汽车公司开始利用激光焊接中心支柱的外侧和内侧。以前需要4个部件、3道工序，新的设计则为3个部件、l道工序。采用激光焊接除了能降低成本外，还去除了点焊时不可避免产生的凸缘，大大减少了截面积，有利于支柱的细化。★激光加工的优越性实例34 实例3：美国汽车工业应用激光焊接进行成本核算发现，每辆白车身节约成本100美元，其中拼焊板坯节约32美元，激光切割节约10美元，激光焊接覆盖件及骨架件节约20美元，节约钢材25美元，节省密封材料3美元，节省工装费用10美元。由此可见，激光焊接不仅为生产提供了高速焊，而且还为新的工艺设备提供了减轻部件重量，缩短制造时间，降低生产成本的条件。★激光加工的优越性实例35实例4:欧洲某汽轮机厂和通用电气公司用涂敷技术在汽轮叶片上产生耐磨的覆层，美国对高速钢刀头进行局部激光合金化，使用寿命提高3倍。日本利用激光对高速钢刀具的刃部进行WC合金化，刀具寿命提高2－3倍。★激光加工的优越性实例36三三、、激激光光微微加加工工37应用领域(1)材料微加工(2)光通讯产品(3)计算机外设(4)微电子元器件(5)生物医学诊断、产品、器件★激光微加工38激光源 应用材料（典型）准分子激光BGA打孔柔性电路打孔、切割、开槽MCM、TAB窗、和互连孔塑料塑料塑料、陶瓷、硅片灯泵固体激光BGA打孔柔性电路打孔、切割、开槽MCM、TAB窗、互连孔塑料塑料、金属塑料、陶瓷、硅片二极管泵浦固体激光高值打孔塑料、金属CO2（封闭、慢流、TEA）激光调谐石英振荡器电路元件切割电路元件划线大平面刚性或柔性电路打孔、切割、开槽无机物陶瓷陶瓷塑料激光微加工应用于微电子部件★激光微加工39激光源 应用材料（典型）准分子激光紫外光刻机、用于DRAM 和 逻辑产品集成电路修复薄膜去除半导体诊断仪器晶片清洁抗蚀剂塑料、金属金属、氧化物金属、陶瓷、塑料硅灯泵固体激光集成电路修复薄膜去除掩膜修复半导体诊断仪器批量加工批量修整电阻／电容修整塑料、硅、金属金属、氧化物金属、无机物金属、陶瓷、塑料硅硅厚薄膜二极管泵浦固体激光集成电路修复薄膜去除掩膜修复半导体诊断仪器(如晶片检查)批量加工批量修整电阻／电容修整塑料、硅、金属金属、氧化物金属、无机物金属、陶瓷、塑料硅硅厚薄膜CO2（封闭、慢流、TEA）激光切割修整硅硅激光微加工应用于半导体制造★激光微加工40激光源 应用材料（典型）准分子激光导线剥除空气轴承(用于拾音头)微型打孔塑料、玻璃硅、无机物、陶瓷塑料灯泵固体激光打微孔塑料二极管泵浦固体激光磁盘刻制软盘随机系统刻蚀打微孔金属、陶瓷金属塑料CO2（封闭、慢流、TEA）激光导线剥除塑料激光微加工应用于数据存储器件激光源 应用材料（典型）准分子激光平面板显示退火喷墨打印机头AMLCD成像硅塑料金属灯泵固体激光显示器件的选择性外层去除磁带存储器件金属氧化物陶瓷二极管泵浦固体激光移动电话互连塑料、金属激光微加工应用于计算机外设★激光微加工41激光源 应用材料（典型）准分子激光移动电话互连光纤光栅制作光学电路光缆外层剥除塑料无机物玻璃无机物灯泵固体激光移动电话互连塑料、金属二极管泵浦固体激光移动电话互连塑料、金属CO2（封闭、慢流、TEA）激光光学电路玻璃、硅激光微加工应用于通信业★激光微加工42激光源 应用材料（典型）准分子激光血管造型，心脏血管，神经导管的微型打孔气球血管造型设备的微型打孔电生理学上的绝缘物质去除电生理学上的电极成像静脉滴管的小孔加工口腔喷雾的喷嘴标准漏孔检测用于DNA分析的微观流体学用于DNA分析的显微注射血液细胞幻灯片显示塑料塑料塑料塑料金属