特种加工技术-激光加工

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激光加工简介激光加工原理和特点 激光加工基本设备的组成 激光加工技术的应用

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1.激光加工简介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、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到 光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工 热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材 料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加 工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于 激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加 工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。

1.激光加工简介根据激光束与材料相互作用的 机理,大体可将激光加工分为激光热 加工和光化学反应加工

激光热加工是指 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。

光化学反应加工 是指激光束照射到物 体,借助高密度高能 光子引发或控制光化 学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立 体光刻、激光刻蚀等 。

2.激光加工原理和特点激光加工原理

激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。 激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.激光加工原理和特点加工过程大体上可分为如下几个阶段：阶段一 阶段二 阶段三 阶段四

阶段五

激光束照 射工件材 料(光的 辐射能部 分被反射， 工件材 料吸收 部分被吸 光能； 收并对材 料加热， 部分因热 传导而损 失)

光能转变成 热能是工件 材料无损加 热(激光进 入工件材料 的深度极浅， 所以在焦点 中央，表面 温度迅速升 高);

工件材 料被熔 化、蒸 发、汽 化并溅 出去除 或破坏；

作用结 束与加 工区冷 凝。

2.激光加工原理和特点激光加工特点 激光具有的宝贵特性决定了激光在 加工领域存在的优势：1.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。 2.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。 3.激光加工过程中，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。

2.激光加工原理和特点

4.激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。 5.它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。6.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。

7.使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。例如：1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。2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，并且加工精度高，产品质量稳定可靠。

3.激光加工基本设备的组成激光加工机的组成部分 激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机 械系统等四大部分。 激光器：是激光加工的核心设备，它是把电能转换为光 能， 产生激光束； 激光器电源：为激光器提供电能以及实现激光器和机械 系统 自动控制； 光学系统：主要包括聚焦系统和观察瞄准系统； 机械系统：包括床身、数控工作台和数控系统等。

3.激光加工基本设备的组成1 2 3

4 5 6 1— 激光器；2— 激光束； 3— 全反射棱镜；4— 聚焦物镜； 5— 工件；6— 工作台

激光加工示意图

3.激光加工基本设备的组成激光加工常用激光器

1.固体激光器 固体激光器由工作物质、光泵、玻璃套管和滤光液、冷 却水、聚光器以及谐振腔等组成 固体激光器常用的工作物质有红宝石、钕玻璃和掺钕钇 铝石榴石三种 固体激光器采用光激励，能量转化环节多，效率低

3.激光加工基本设备的组成

3.激光加工基本设备的组成2.气体激光器 采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大 用于切割、焊接、热处理等加工

4.激光加工技术的应用

由于激光加工技术具有许多其他加工技术所无法 比拟的优点，所以应用较广。目前已成熟的激光加工 技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光 打孔技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光 蚀刻技术、激光微调技术、激光划线技术、激光切割 技术、激光热处理和表面处理技术等。

激光加工技术的应用激光快速成型技术 激光快速快速成型技术是指通过三维 模型和体积单元叠加的方法生产制造模型 或者零件的工艺，也定义为加成技术。其 制造原理是在计算机上生成零件的CAD模型， 通过特殊的软件对CAD模型进行切片处理， 使

一个复杂的三维零件转变成一系列的二 维平面图形，计算机由此获得扫描轨迹指 令。根据CAD给出的路线，数控系统控制激 光束来回扫描，便可形成逐层堆积而形成 的任意形状的实体模型。其类型主要有液 体材料的固化(光敏树脂固化如SLA)的点线-面、实体叠层制造(LOM)和区域选择激 光烧结(SLS) 。

激光加工技术的应用