激光束加工技术（精选11篇）
激光束加工技术 篇1
摘要：激光束加工技术是一种智能化的先进加工技术, 被誉为“21世纪的万能加工工具”。它主要是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸发而予以去除的高能束加工工艺。与计量、图像技术、信息传递等激光应用领域一样, 激光束加工技术随着激光器及外围技术的进步而发展起来。目前, 激光束加工技术被广泛应用于工业制造业、太阳能电池制造等领域中。本文主要介绍了激光束加工技术的应用现状及其发展。
关键词：激光,激光束加工技术,应用现状,发展
随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用, 它们与传统制造技术相结合而形成的先进制造技术发展迅速, 应用越来越广泛。包括新型武器装备、飞机制造业、汽车产业等都要求采用整体结构、轻量化结构、先进冷却结构等新型结构, 以及钛合金、复合材料、粉末材料、金属间化合物等新材料。激光的良好特性使其在实际生产方面的应用越来越广泛, 这其中以激光束加工最有发展前景。激光束加工因具有加工速度快、表面变形小、可加工各种材料等特点, 已经越来越受到人们的关注。
1 激光束加工技术应用现状
激光束加工技术是利用高能量激光束使工件材料熔化、汽化和蒸发而予以去除的高能束加工工艺, 被誉为“21世纪的万能加工工具”。随着激光器及外围技术的进步, 激光束加工技术不断发展, 目前被广泛应用于工业制造业。由于激光束加工技术良好的应用前景, 目前国内外都对该项技术展开了大量的研究工作。与电子束、电解、电火花、和机械打孔相比, 激光打孔质量好、重复精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著。国外在激光精密打孔已经达到很高的水平。瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔, 可以加工直径从20um到80um的微孔, 并且其直径与深度之比可达1:80。激光束还可以在脆性材料如陶瓷上加工各种微小的异型孔如盲孔、方孔等, 这是普通机械加工无法做到的。
激光精密切割与传统切割法相比, 激光精密切割有很多优点。例如, 它能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小, 并可以节省材料15%~30%。由于激光对被切割材料几乎不产生机械冲力和压力, 故适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料, 加上激光光斑小、切缝窄, 所以特别适宜于对细小部件作各种精密切割。
2 发展趋势
为了深入研究激光束加工技术在全球的发展趋势, 预测其今后的发展动态, 下面从专利角度, 对该领域展开分析。我们通过专利的查询进一步对激光束加工技术各个子领域的研发情况进行研究。可以看到前十年度分布状况。从2000年至2009年, 激光束加工领域的技术主要集中焊接, 切割, 打孔等这些子领域。从数据中可以看出, 在激光束加工技术中, 所有子领域在这十年间都呈现缓慢下降的趋势。我们可以看到, 几乎所有子领域都在2001-2003年达到最大值, 因此, 在一定程度上可以说明各技术目前都处于成熟状态, 发展速度变慢。通过宏观层面的分析, 我们可以看出激光束加工技术在这10年中, 发展较为稳定。其中用于焊接、切割以及打孔的激光束加工是整个领域的研发重点。
3 激光束加工的应用
激光束加工主要用于打孔、切割、焊接和表面处理等材料成形和改性等一系列加工工艺中。在过去二十多年时间里, 激光束加工技术得到了异常迅速的发展, 而且得到了广泛的工业应用。
3.1 激光表面处理
在母材基体表面预置合金薄片或粉剂, 然后利用激光加热使其熔化, 光束离去后涂覆材料便迅速凝固, 形成与基体材料牢固结合的包覆层, 以提高表面耐磨性和耐腐蚀性。激光能使包覆材料很快熔化, 母材并不熔化, 且包覆材料仅施于所需之处, 因此, 涂层厚度均匀, 结合力强。例如, 对镍基合金涡轮叶片, 利用激光涂覆钴基合金后, 可提高叶片的耐热、耐磨耗性能。以激光为热源。原理与火焰表面淬火相同。不同之处:火焰淬火加热面积大, 需用水冷却硬化。激光功率密度大而能在短时间处理, 热影响范围小, 不用水也能急冷而硬化。用激光加热材料使其比表面硬化处理的温度稍高一些, 让表层略微熔化就急冷, 这种处理称为表面均匀化。例如, 工具钢等碳化物相的材料, 采用激光使碳化物熔化分解, 并通过急冷形成微细粒子弥散或固溶在材料中, 达到均匀化的目的。
3.2 激光切割
激光切割是激光加工技术在工业上广泛应用的一个方面, 因此其加工过程既符合激光与材料的作用原理, 又具有自己的特点。激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件, 使被照射处的材料迅即熔化、汽化、烧蚀, 并形成孔洞, 同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质, 随着光束和工件的相对运动, 最终使工件形成切缝, 从而实现割开工件的一种热切割方法。切割过程发生在切割终端处的一个垂直表面, 称之烧蚀前沿。激光和气流从该处进入切口, 激光能量一部分被烧蚀前沿所吸收, 一部分通过切口或经烧蚀前沿向切口空间反射。激光能切割的材料除金属外, 还有塑料、木材、纸张、橡胶、皮革、陶瓷、混凝土、纤维以及复合材料等。切割效果:割缝宽度0.2~0.3mm;热影响区宽度0.04~0.06mm;割缝形状平行;切割速度快, 设备费很高;运转费低。激光切割适合多品种小批量生产。在激光切割机上配以数控工作台, 可切割复杂形状的产品。
3.3 激光焊接
激光焊接是一种无接触加工方式, 对焊接零件没有外力作用。激光能量高度集小, 对金属快速加热、快速冷却, 对许多零件热影响可以忽略不计, 可认为不产生热变形, 或者说热变形极小。能够焊接高熔点、难熔、难焊的金属, 如钦合金、铝合金等。激光焊接过程对环境没有污染, 在空气中可以直接焊接, 与需在真空室中焊接的电子束焊接方法比较, 激光焊接工艺简便。焊点、焊缝整齐美观, 易于与计算机数控系统或机械手、机器人配合, 实现自动焊接, 生产效率高。激光焊缝的机械强度往往高于母材的机械强度。这是由于激光焊接时, 金属熔化过程对金属中的杂质有净化作用, 因而焊缝不仅美观而且强度高于母材。
激光束焊接是利用激光束聚焦到工件表面, 使辐射作用表面的金属"烧熔"粘合而形成焊接接头。所需能量较低 (104~106W/cm2) 。具有:焊接过程迅速, 生产率高;被焊接材料不易氧化、焊点小、焊缝窄、热影响区小, 故焊接变形小、精度高。适合于微型、精密、排列密集、受热敏感的焊件。可焊接同种金属, 也可焊接异种金属, 甚至焊接金属与非金属材料。可进行薄片间或丝与丝之间的焊接。在机械工业中广泛应用的激光焊接是基于大功率激光所产生的小孔效应基础上的深熔焊接。是一种熔深大、速度快、单位时间熔合面积大的高效焊接方法, 且是焊缝深宽比大、比能小、热影响区小、变形小的精确焊接方法。但要求被焊接件有较高的装配精度, 且被聚焦成很细的激光束严格沿着待焊缝隙扫描。基于上述特点, 激光焊接在电子工业、国防工业、仪表工业、电池工业、医疗仪器以及许多行业中均得到广泛的应用。
3.4 激光弯曲技术
激光弯曲是一种柔性成型新技术, 它利用激光加热所产生的不均匀的温度场, 来诱发热应力代替外力, 实现金属板料的成型。激光成型机理有温度梯度机理、压曲机理和撤粗机理。与火焰弯曲相比, 激光束可被约束在一个非常窄小的区域而且容易实现自动化, 这就导致了人们对激光弯曲成型的研究兴趣。目前此技术研究已有一些成功应用的范例, 如用于船板的弯曲成型, 利用管子的激光弯曲成型制造波纹管, 以及微机械的加工制造。
结语
激光加工技术是21世纪的一种先进制造技术, 其发展前景不可限量。但是, 激光加工技术还是一种发展中的技术。它不像传统工艺的冷加工车、钻、铣、刨、磨, 也不像热加工的锻、铸、焊、金属热处理那样, 有一整套金属工艺学的理论和规范化的工艺。在使用激光加工, 经验和实验是必不可少的。同时, 激光加工的应用范围还在不断扩大, 如用激光制造大规模集成电路, 不用抗蚀剂, 工序简单, 并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工, 从而大大增加集成度。此外, 激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。随着激光技术的快速发展, 激光束加工技术在机械制造领域的应用势必会越来越广泛, 越来越重要, 影响越来越大。
参考文献
[1]周潇.激光束加工技术全球发展趋势研究[J].经济师, 2011. (11.)
[2]官邦贵, 刘颂豪, 章毛连, 王玉连, 刘慧, 激光精密加工技术应用现状及发展趋势[J].激光与红外, 2010. (03) .
激光束加工技术 篇2
内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多激光加工设备技术展示，就在深圳机械展！
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门加工技术。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。
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以下9个方面：
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。包括焊接、表面处理、打孔、打标、微调等各种加工工艺；
3.激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器；
4.激光切割：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；
5.激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器；
6.激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体打孔用YAG激光器的平均输出功率已由400w提高到了800w至1000w。国内比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器；
7.激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主；
8.激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成，多用于模具和模型行业。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主；
9.激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。
激光加工为工业制造提供了一个清洁无污染的环境及生产过程，而这也是当下激光加工的优势。技术特性
激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在短的时间内得到新产品的实物。
1、光点小，能量集中，热影响区小。
2、不接触加工工件，对工件无污染。
3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便。
4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。
5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。
6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。
7、精确细致：加工精度可达到0.1mm。
8、效果一致：同一批次的加工效果几乎一致。
9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。
10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。
11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。
12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。
13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。
14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。
15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。
不同激光技术又衍生出不同的激光器，例如，CO2激光器、固体激光器、光纤激光器和准分子激光器等等，它们在工业加工制作方面都起到了重要的作用。
而从地域发展情况来看，激光市场在亚太地区的长足发展是激光行业快速发展的又一大因素。中国、日本、韩国发展速度尤为突出。未来五年内，这些主要发展地区将在汽车制造、原始设备制造等方面获得更多发展空间。简介
激光切割分类:
1、汽化切割
工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机是无融化材料的切割方式。
2、熔化切割
激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。
3、氧助熔化切割
金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。
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。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。以CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁)、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。
激光加工的优势
激光加工属于无接触加工,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。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光加工技术主要有以下独特的优点：
①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。
②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；在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激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。
④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。
⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法。
⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，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。
⑦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。
⑧激光束的发散角可<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10kW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。
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。
激光加工要点
目前,激光切割机行业发展的非常好,而且激光切割机的技术越来越成熟,因此激光切割机被广泛使用在各个行业中,并且激光切割机还取代了传统的切割技术,并且激光切割机技术越来越靠拢国外的激光切割机技术,而今天迪能激光为大家详细介绍的是激光切割机的精密激光加工如何,希望对大家有所帮助.激光切割机的工作效率如何,关键就是激光加工技术；而且激光切割机的精密激光加工技术可以进行加工多种的工件,那是因为其在切割的时候是不需要与被切割工件直接接触的,所以激光切割机产生的高能量激光束可以自由的进行移动,因此让被切割工件的表面受热均匀,因此切割起来的精度非常高；而且精密激光加工技术可以切割所有的工件材料,无论是高熔点、高脆性以及高硬度等材料,并且切割的效果非常的好；由于激光切割机精密激光加工技术,因此深受广大用户的喜爱.激光切割机由于具有非常好的切割效果,因此取代了传统的切割技术,而且激光切割机的精密激光加工技术完全不像传统的切割技术那样,需要使用模具,使用不仅成本费用增多了,而且切割速度非常的慢,所以被大家慢慢的淘汰了；相信国内的激光切割机精密激光加工技术会发展的越来越好.国外激光加工技术及发展动态
以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家，目前主导和控制着全球激光技术和产业的发展方向。
其中，德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下；美国IPG公司的光纤激光器引领世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型制造产业，如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中，基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光加工”时代。
经过几十年的发展，激光技术开辟了广阔的应用天地，应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。根据国外统计资料表明，2013年全世界总的激光销售超过1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年增长6.0%，达到93.34亿美元。美国市场借助出口方面的出色表现有所增长；欧洲凭借德国的出口增长仅维持收支平衡；亚洲市场，东盟国家的增长抵消了中国的经济放缓以及日本的零增长。
国内激光产业发展现状
1.国内激光产业整体格局
国内激光企业主要分布在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地，已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地，其中有一定规模的企业约300家。
2014年我国激光产业链产值约为800亿元。主要包括：激光加工装备产业达到350亿元（其中，用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据了67%的市场份额）；激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用达到450亿元。预计在今后三年，我国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。
我国激光加工产业可以分为四个比较大产业带，珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。这四个产业带侧重点不同，珠三角以中小功率激光加工机为主，长三角以大功率激光切割焊接设备为主，环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主，以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中，以华中地区尤其是武汉中国“光谷”。武汉地区可以说见证了中国激光加工产业从无到有、从弱到强的整个历程，是中国激光产业发展的缩影
2.国内激光产业重点单位
激光技术在我国经过40多年发展，有了较为雄厚的技术基础，锻炼培养了一支素质较高的队伍。以中科院四大光机所及各部委所属研究机构和一批大学为代表，形成了我国激光器系统技术研究开发的重要力量，如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。在部分激光器研究开发的核心技术上，形成了5个国家级的激光技术研究中心，10多个研究机构。
激光束加工技术 篇3
关键词： 中职教育 激光加工技术专业 教材修订
中职激光加工技术专业是满足新兴加工技术发展需要而派生的新专业，属于机械加工类（激光精加工方向）。随着激光技术的不断发展，激光加工技术以独特的作用，越来越显示出其无穷魅力和强大生命力。五年前，在高校激光专家、激光企业行业精英的指导下，笔者有幸参与了来自全国中职院校的部分一线老师组织的激光加工技术专业教材的开发，相继由中国地质大学出版社出版了《激光原理》、《激光加工设备》和《激光加工工艺》等三本核心教材。同时，还开发了集机械、电工电子、设备控制于一体的八本专业教材，基本满足了全国两百多所开设本专业的教学所需。随着教学教学理念的不断完善和教学设备的不断更新，专业教材的修订应是眼下工作的重点。下面，笔者就此提出几点建议，供同仁们分享。
一、教材的修订要有针对性
中职激光加工技术专业在全国起步只有短短五年时间，很显然，专业发展还不够成熟，甚至略显稚嫩。尽管第一版共11本教材已经出版发行，并投入使用，但是还没有完全被教学实践所检验，加上不断发展的新激光技术，教材的修订显得尤为重要。一些教材是盲目地四处抄袭，全然不顾专业的特点、学校、教师和学生的实际，这样，编写的教材就失去了应有的作用，达不到预期效果，可能仅仅是为了完成上级任务，应付检查。原因有两方面，一是参编人员受到自身条件限制，不能全面与系统地掌握激光加工技术专业知识，不能驾驭整个知识体系，生搬硬套原有的、陈旧的知识;二是往往受到传统教材模式的影响，不能与时俱进，求新求变，不能把最新职教理念融入到教材编写的环节里。编者应提高自我修养和水平，汲取激光加工技术专业涉及的丰富的营养，有针对性地挖掘新素材，修订原版教材，这样才能更好地为教学服务，为学生服务。
二、教材应以“会用、够用和实用”为原则
修订的教材应体现“会用、够用、实用”的原则。在教学内容上，厘清知识点，把握好知识关联度，由浅入深，把握分寸，不易过分繁冗;需强化对学生动手实践能力的提升环节，弱化复杂知识的无谓阐述，简单明了，喜闻乐见，通俗易懂。
通过几年的教学实践，《激光原理》一书中所涉及的几何光学基础、激光产生的原理、光学谐振腔、激光基本技术、典型激光器和激光在工程技术上的应用等六大体系，显然，实用性不强，必须从知识形式、体系和内容上做较大修订。为此，一是把《激光原理》改成《激光基础》，二是优化原有六个知识体系，变为光学初步、激光器的光学元件、激光概述、光学谐振腔与典型激光器、激光的基本技术等五个体系，并从内容上做较大程度的变动，最大限度地让“会用、够用和实用”落到实处。
三、教材应以培养知识、技术和技能型人才为目标
随着中等职业教育进入一个强调内涵质量发展阶段，结合区域产业结构升级的现实要求，人才的培养通过教材这一载体体现出来，不失为一个主要捷径。不仅表现在职业素养、职业道德、心理素质、人文科技等方面，还表现在专业知识的摄取、技术的提高和技能的形成上，教材的修订依然要坚持以市场为导向、以学生为主体、企业行业和学校深度参与。
《激光加工设备》里涉及很多种类的激光器，其中半导体激光器、CO■激光器两种最具代表性，广泛运用于常规教学实习和实训中。教材内容一方面要加强对学生的基础知识传授，这是提升学生知识内涵的需要，另一方面更要凸显对学生技术、技能的培养。原有教材设定的包括激光打标、激光切割、激光焊接、激光内雕等35个实习、实训项目，通过不断地调整改良，修订后变成了28个任务，设计任务目标，多采用理实一体化教学模式，让学生在兩年内逐一完成，使枯燥乏味的知识在动手操作的过程中，在技术技能的不断提高中得到进一步消化和巩固。
四、教材应具有鲜明的时代特点
目前，中职激光加工技术专业所使用的教材包括机械、电工电子和激光加工，三位一体，形成了模块式、有梯次的理论体系。为了让课程体系更具有时代特点，体现激光加工这一特色鲜明的新技术，教材的修订要涉及以下几个重要方面：
1.理实一体化教学。以与专业系列教材同步配套的《激光加工实训技能指导（上、下册）》（华中科技大学出版社出版）为例，按三年制“2+1”模式制订教学计划，第一学期进行“钳工训练”，三周完成，之后组织参加工具钳工中级工技能鉴定;第二学期是为期四周的“电力拖动训练”专题，完成任务后组织电工中级工技能鉴定;第三、第四学期，均安排为期八周的激光加工、工艺和激光器装调等专题实训，任务完成后，进行激光器装调中级工技能鉴定。教学实践表明，理实一体化教学法，是一种行之有效的好方法。
2.校企合作。“深化产教融合、校企合作”是“决定”中的又一个亮点，对此，修订的教材必须涉及产教融合、校企合作的理念。一是教材的修订要邀请行业企业专家广泛参与，他们最知道学生毕业后做什么，市场需要什么;二是教材要建立健全“工学结合、顶岗实习”的具体内容，不能有名无实;三是教材要体现学生作品、产品和商品这一“三品”递进的思想，让学生在参与用激光器加工各类商品的过程中，做准职业人。
3.中高职衔接。“决定”指出：“推进中等和高等职业教育紧密衔接，发挥中等职业教育在发展现代职业教育中的基础性作用。”为了积极贯彻“决定”精神，为在校学生搭建一个通往高校的“立交桥”，2014年8月，由武汉软件职业技术学院（高校）、武汉弗莱茵科技有限公司（激光加工企业），与参与全国第五届激光培训的全体老师，一起召开了激光加工技术专业中高职衔接研讨会。会议主要探讨中高职激光加工技术专业课程体系衔接问题。与会者进行了广泛的交流、探讨，确定以《激光加工设备》、《激光加工工艺》等三门核心课程为中高职衔接的重点课程，产生了良好的社会反响，意义深远。
激光加工技术的应用与发展 篇4
一 激光加工的原理及其特点
1.激光加工的原理
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.激光加工的特点
激光自身的特性, 决定了其在加工领域的优势, 其特点如下:
①由于其无接触激光加工, 且高能量的激光光源的能量和速度都可以进行调节, 因此可对其实现多种加工的应用。
②将控制系统与扫描头模块化, 便于自动化系统的集成, 并能通过不同的应用工艺进行升级, 具有极强的柔性。
③由于激光的单色性极高, 从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上, 从而可以得到很高的功率密度。
由于激光有很高的相干性, 从而保证了光波各个部分的相们关系不变。
二 激光技术应用
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。激光加工技术应用主要如下:
1.激光打孔
采用脉冲激光器可进行打孔, 脉冲宽度为0.1～1毫秒, 特别适于打微孔和异形孔, 孔径约为0.005～1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。
2.激光切割、划片与刻字
在造船、汽车制造等工业中, 常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割, 既能保证精确的空间曲线形状, 又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。在微电子学中, 常用激光切划硅片或切窄缝, 速度快、热影响区小。用激光可对流水线上的工件刻字或打标记, 并不影响流水线的速度, 刻划出的字符可永久保持。
3.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。
4.微细加工
激光的微细加工是一门新兴的科学。它是一种具有亮度高、方向性好等特点, 因此在理论上可以急剧熔化和汽化各种材料。激光微细加工几乎对所有金属和非金属材料及复合材料都可以加工。主要应用于有打孔、焊接、光刻等。其单位可达到微米级。例如, 利用激光束可去掉高速旋转陀螺转子上不平衡的微小过重部分, 以达到使惯性轴和旋转轴相重台的动平衡的目的。
三 激光加工的发展前景
激光加工在制造业中有着不可或缺的地位, 因其有优于其它的加工技术。同时未来激光技术将围绕技术普及、不断提高、多学科交叉三个方面加快发展。首先, 在更多加工的领域实现应用, 随着各种激光发射器及相关设备技术研制的成熟和市场化, 激光在科学研究、人民生活、国民经济等方面都会有新的成就。其次, 激光将跃上更新更高的台阶, 在功率提升、波长延伸、能量与速递增长等方面创新研发水平。另外, 激光技术将在物理、化学、材料、生物、医疗、农业、信息技术等领域得到广泛的交叉学科应用, 成为科技前沿发展的“锐器”。通过不断的调研, 院校与相关企业进行产学研合作之路, 能够有效推动科研成果的产业化和商业化, 为国家培养大批量的激光技术人才, 使我国的激光产业带不断扩大, 从而实现民族的产业复兴。
参考文献
[1]张辽远, 现代加工技术。北京:机械工业出版社, 2010.7
[2]宋威廉, 激光加工技术的发展。北京:机械工业出版社, 2009.3
[3]曾智江, 朱三根, 微细技工技术的研究。北京:高等教育出版社, 2011.12
激光束加工技术 篇5
综述了国内外激光技术在石油工业中的应用,并对其未来的发展做了展望.
作 者：高长贵 GAO Changgui 作者单位：中国石油辽河石油勘探局经济技术开发中心,辽宁,124010 刊 名：激光与光电子学进展 ISTIC PKU英文刊名：LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS 年，卷(期)： 43(1) 分类号：V261.8 关键词：激光加工 石油工业 应用 展望
激光束加工技术 篇6
记者求证：记者致电公司证券部，回复是的，已实现小部分量产。
近日，网上有消息称，三木集团大族激光（002008）已经掌握了光纤激光口核心技术，公司回应称，已经掌握绝大部分的光纤激光器核心技术，并实现了部分量產。公司主要从事激光加工、PCB、光伏、LED封装等专用设备的研发、生产及销售。
6月25日，公司在投资者互动平台表示，其机器人项目已完成申报，目前处于等待答辩阶段。自2014年起，大族激光开始进军机器人领域。当年11月，公司与第一创业投资管理有限公司签订了《关于设立一创大族机器人产业基金之合作协议》，发起设立“一创大族机器人产业基金”，基金专门用于机器人项目的投资；今年2月，公司与国信弘盛合资公司创立产业基金。
此外，公司于今年6月14日晚间披露了非公开发行预案，拟以不低于30元/股，向不超过10名特定投资者非公开发行不超过1.75亿股，募集资金总额不超过52.28亿元，用于高功率半导体器件、特种光纤及光纤激光器产业化、工业机器人关键技术研发中心等4个项目。
中金公司研究报告称，大族激光想要打造从光纤激光器的半导体器件、光纤拉伸、光纤激光器、以及激光加工设备的整条产业链，意义重大，可加强在3C自动化领域的布局。募投项目投产后，预计新增利润15.62亿元，有利于增强公司长期成长能力。分析人士还指出，公司核心器件光纤激光器的自产能力将得到大幅提升，机器人自动化装备业务将成为公司新的利润增长点。
中金公司表示，中长期来看，募投项目投产后，预计新增利润15.62亿元，有利于增强公司长期成长能力。短期来看，如果按照30元发行1.75亿股，预计摊薄14.2%。
激光加工技术的发展现状及展望 篇7
1 激光技术的应用
激光具有高亮度、方向性强、单色性好及相干性强的特性, 能适应多种材料的加工制造, 尤其在一些有特殊精度要求和特种材料等方面起着无可替代的作用。激光也被誉为是“万能加工工具”、“未来柔性制造系统 (FMS) 的共同加工手段”, 是当代具有代表性的先进制造技术之一。
1.1 激光焊接
激光焊接热影响区小, 热变形可以忽略, 焊接的材料不会被氧化, 且受损率低, 可以焊接尺寸和性质悬殊的材料, 及熔点很高和易氧化的材料。例如:在汽车的生产过程中, 需要将车身和拼版的坯板焊接在一起, 利用单边激光焊接仅需5mm的特点, 将点焊改为激光焊接。据统计, 使用激光焊接, 每辆车就可以节省近40kg的材料。
1.2 激光切割
激光切割是一种应用最广泛且较成熟的激光加工技术, 在许多特殊材料中都得到广泛应用, 如航天航空工业对复合材料产品的需求量的增加, 使得用激光切割复合材料变得越来越重要, 用机械切割2.45mm厚的环氧基复合材料, 需要手工修整和热封, 加工一个零件需要12~14h, 而采用数控激光切割仅需5min, 效率提高150倍。
1.3 激光打标打孔
在加工过程中, 采用激光打标, 零件无接触, 间接的保证了零件的加工精度和表面光滑度, 适合一些需要进行表面特殊加工的零件。采用脉冲激光器可进行打孔, 脉冲宽度约为0.1~1ms, 适用于打微型孔和异形孔。激光打孔已广泛用于表类的宝石轴承、化纤喷丝头、金刚石拉丝模等工件的加工。如钟表的宝石轴承孔直径0.12~0.18mm, 深0.6~1.2mm, 采用激光打孔, 每分钟就可以加工几十个工件, 极大地提高了生产效率。
2 激光加工技术的发展
21世纪, 随着电子信息等高新技术的发展, 市场需求的个性化与多样化, 未来先进制造技术将会向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化以及全球化的方向发展。
2.1 国内发展
由于我国激光加工技术起步较晚, 基础较差, 再加上受到我国设备的限制, 无法与国外同行在一个层面上竞争。但是, 这些年来, 通过校企合作, 有效的推动科研成果的发展, 同时为国家培养了大批的激光技术人才, 使我国的激光产业不断发展扩大。20世纪90年代初, 我国在武汉建立了国家级激光加工工程研究中心, 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也建立了激光加工研究中心。
目前, 我国的激光加工技术得到了飞速发展, 但是就总体而言还处于相对比较落后的水平。激光器质量、激光加工工艺、导光系统和精密定位系统等方面的技术还不够先进, 这些都是制约我国激光加工技术发展壮大的关键问题。
2.2 国外发展
世界各国都在大力发展光制造技术, 如美、日、欧等一些工业发达国家强调“应该在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面”。激光在制造业中所表现的低成本、高效率和巨大的应用潜力, 已成为各国之间互相竞争的动力。
美国通过“精密激光机械加工 (PLM) 协会”来激励新工艺技术的发展, 力求使美国工业激光器技术在世界上处于领先的地位;日本将激光切割和激光焊接技术广泛应用于电子、汽车等小件大批量生产;英国Exitech公司和德国Microlas公司先后推出了微结构加工用准分子激光微加工装备。
2.3 国内外的最新研究
近年来, 随着激光加工技术的发展, 对于激光切割的研究工作也取得了巨大成果。
武伟超等, 采用脉冲CO2激光器, 对2mm厚2A 12铝合金进行了切割试验, 研究热影响区的尺寸和显微组织, 热影响尺寸仅为0.1~0.2mm左右, 同时分析了热影响区对试件单向拉伸性能和疲劳寿命的影响。
葛亚琼等利用高功率脉冲固体Nd:YAG激光对4mm厚的5A06铝合金板材进行切割试验, 分析了辅助气体Ar、N2对激光切割质量的影响:辅助气体压力对切缝宽度的影响不明显。B.S.Yilbas等介绍了块参数分析预测切口宽度尺寸方面的研究, 他们根据切口宽度百分比的大小变化来制定不同的激光输出功率水平。发现切口宽度尺寸实验数据和预测结果基本相符合, 尤其当激光输出功率≤350W时其影响更明显。
王永军等为确定激光切割工艺对TC4钛合金板材疲劳性能的影响, 进行激光切割试验, 结果表明:激光切割TC4钛合金的切缝表面存在大量熔融金属凝固后形成的沟槽和微观裂纹, 激光切割产生的热影响区构成了疲劳源区, 导致激光切割试件的疲劳寿命大幅下降。
3 结束语
激光加工技术在不断地发展, 然而我国与国际水平的差距却是有所增大, 高端的激光加工设备几乎全部依赖进口。虽说国内外对激光加工技术的研究已经取得了巨大成就, 但是由于其过程的复杂性和多样性, 使得激光加工技术还没有形成较为成熟的理论和体系。目前, 激光加工的有限元模拟并未取得重大进展, 也没有任何一个软件将激光加工包容在内。
激光加工技术理论的完善需要试验与模拟手段的结合:通过试验的方法来获取数据, 并从中找寻加工过程的变化规律和主要影响因素, 再采用有限元的方法通过加载试件的边界条件对加工过程进行模拟分析。模拟与试验手段的结合发展, 不但可以节省试验经费和时间, 还可以达到相互印证的目的。而在计算机上对激光加工过程的模拟受到边界条件的设定、瞬时高温的加载及实际加工的情况等因素的影响, 让模拟的过程变得复杂而艰难。在未来制造业中, 激光加工技术是一种不可或缺的加工手段, 因此我们的研究工作不能松懈。
摘要：激光加工技术的飞速发展, 使得其在制造业中的作用越来越重。文章概述国内外对于激光加工技术, 尤其是激光切割技术的应用和发展。然激光加工技术的理论体系还不完善, 提出试验与模拟手段相结合:用试验的方法来找寻加工过程的变化规律和主要影响因素, 建立理论模型, 再采用有限元的方法通过加载试件的边界条件对加工过程进行模拟分析。
关键词：激光加工,模拟分析,发展展望
参考文献
激光技术在食品加工中的应用 篇8
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。到21世纪, 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。在国内, 激光技术在近20年中, 在食品加工中的应用得到迅速的发展, 如:激光在酿造食品中用于新酒和新醋的人工老熟, 利用高频激光近红外线对啤酒进行杀菌;激光用于食品加工的检测和监控;激光切削技术用于食品加工;激光技术在食品包装中的应用[1,2,3,4,5]。
1 激光技术应用于酿造业
1.1 新酒和新醋的老熟
刚生产出来的新酒和新醋, 通常具有刺激性大、不够醇和、不够绵柔等缺点。因此, 生产工艺中都规定了一定时间的陈酿贮存期, 即是人们俗称的对酒和醋的老熟。一般来讲, 酒和醋的自然老熟时间较长。为了缩短贮存周期, 国内外竞相采用多种人工老熟的方法, 而激光催陈酒或醋是其中的一种方法。它的主要优点: (1) 催熟速度特别快, 几秒钟就见效; (2) 在激光辐照中, 能够保持酒体或醋体的本身温度不变, 有利于保证酒或醋的风味; (3) 操作简便, 一次投入可长期使用。
1.1.1 催陈新酒
在国内, 激光对酒的人工催陈始于1982年。激光用于催陈的酒主要有白酒和黄酒两种。
据报道, 采用波长为337.1 nm的氮分子激光作为辐照源, 对绍兴加饭酒进行辐射, 处理后的酒, 总酸量和SO2的含量下降, 总酯含量由2.6 g/L增加到3.9 g/L, 游离氨基酸含量普遍增加。氨基酸是人体必需的营养成分, 氨基酸含量的增加是非常有价值的。通过检测表明, 激光催陈后的黄酒, 相当自然老熟1~2年的水平。
1.1.2 催陈新醋
将He-Ne激光器产生的激光对食醋进行激光辐照处理, 食醋的香气成分会发生变化, 尤其是对食醋具有刺激性气味和异味的乙醛、乙醇和异丁醇趋于降低, 而对食醋具有柔和香气的乙缩醛含量增加, 18种氨基酸均有不同程度的减少, 而总酸、总酯和色度均有不同程度的增加, 其含量的变化符合自然老熟的规律[2]。
1.2 对啤酒的杀菌
利用高频激光近红外线对啤酒进行杀菌, 由于不会影响分子的离子化, 因此对啤酒质量不会产生不利影响。研究显示, 啤酒短期受激光红外线照射, 可有效抑制酵母繁殖, 并杀死细菌。经红外线照射过的啤酒, 其酵母细胞的平均含量减少3倍, 细菌量减少17倍[3]。而且红外线光波穿透力强, 可用于处理瓶装啤酒。
2 激光用于食品的检测
2.1 食品质量检测
作为一种无需样品前处理、灵敏度相对较高、分析测试快速便捷的绿色光谱技术, 激光喇曼光谱技术能够测量分子的振动及其化学结构, 可以有效地反映单一或混合体系的结构特征, 在物质的分析和鉴别中一直起着十分重要的作用。因此, 随着这方面研究的深入, 激光喇曼光谱技术在食品质量检测中的优势便日益突显出来。
2.2 果蔬农药残留检测
目前, 激光喇曼光谱技术已经成功地用于测试和鉴别多种类型的农药样品, 并且无论在农药浓度测定的精确度和灵敏度方面都达到了较高的水平。加之, 用它鉴定农药残留不受湿润环境的限制, 对样品无损坏, 而且分析测试快速便捷, 这使喇曼光谱技术成为现代市场农药检测新技术开发中很有应用前景的光谱技术。
国外报道称, 利用表面增强喇曼光谱可对水果中几种常见农药的残留进行鉴定。利用喇曼光谱对农药测试具有较高的灵敏度, 不仅可以检测出单种农药残留, 而且还能显示出两种农药混合的残留状况。此外, 对于果肉果汁内部的农药残留检测, 灵敏度也很高。
2.3 肉类产品质量检测
利用喇曼光谱技术可以获取与肉类质量相关的信息如动物蛋白、脂肪等重要成分的相对浓度和分布情况。采用红外吸收和喇曼散射相结合的技术, 可以反映屠宰后短期内猪肉水分含量的情况。在光谱900~1 800 cm-1区域内包含了猪肉水分含量的最为丰富的光谱信息围。而对于喇曼光谱, 同样能够显示相关的振动信息。将光纤探测器引进到喇曼光谱中去, 并结合其他方面的技术实现新鲜畜肉质量检测, 同时根据水分含量可以给待售畜肉划分质量等级。
2.4 伪劣食品鉴定
应用激光喇曼光谱技术能够实现伪劣食品的快速、灵敏和无损鉴定。目前这方面的应用主要包括酒类的鉴定 (如以次充好、勾兑工业酒精、甲醇等) 、食用油的检测、蜂蜜掺杂的鉴定以及变质食品的鉴定等方面。
目前用于对酒类的鉴定技术: (1) 通过分析市售酒的喇曼光谱, 与同一品牌的标准酒进行喇曼光谱对比分析, 可以确定市售酒的真伪; (2) 通过分析市售酿造酒的喇曼光谱, 可以发现这些酿造酒的谱带范围。各种类型的酿造酒因所含酒曲成分的差异表现出不同的光谱特征。此外, 喇曼光谱技术在蜂蜜掺杂的鉴定和变质食品的鉴定方面也得到了应用。
2.5 农产品检测
激光荧光法技术应用于农产品加工大致有以下几个方面:①可以分析种子成熟度, 由于种子的成熟与否可以用叶绿素来反映, 而通过激光荧光法测量叶绿素含量和光谱就能知道种子成熟度;②通过激光荧光法测量香蕉等水果的褐变和损伤, 测量苹果、箩卜等在储存过程中的胡箩卜素、叶绿素和多酚类物质含量的变化, 从而判断苹果、箩卜等在储存过程中的质量变化;③应用激光荧光图像研究苹果等农产品表面污染物的检测;④检测水果的内部品质;⑤检测鲜牛奶的品质。
3 激光技术用于食品和农产品加工
利用激光束高功率和高定向的特点, 采用适当的光学聚焦装置, 可形成极细的光束, 用来对物体进行切削, 这便是激光刀。激光刀切削是一种非接触式加工, 因而很清洁卫生。此外, 它的加工速度快, 加工量大, 所切的断面光滑整齐, 而且可以将被加工物切削成任何所需的形状。激光刀切削的这些优点, 在食品加工中很有实用价值。例如:用激光刀切面条、面包、鱼、肉、骨、蔬菜和水果等, 其断面光滑, 而且形状规整。也可以切出特殊的形状, 作为新的产品造型。用激光刀切食物, 是任何刀工超凡的厨师都难以媲美的, 在大批量切削方面尤其实用。
笔者从2006年开始, 研究将高能激光技术应用于坚果的划口加工。根据激光刀切削的原理, 用聚焦激光束辐照坚果表面使其加热至熔化或汽化温度, 使壳层发生瞬间烧蚀、蒸发, 从而达到划口、甚至破壳取果仁[4], 先后研制开发板栗和夏果激光划口机。其中板栗划口机采用波长为10 640 nm的CO2激光管, 输出功率120 W, 目前已在板栗加工企业用于板栗划口加工, 用户反映良好。
4 激光技术在食品包装中的应用
食品包装在包装行业中的要求是最高的, 也是受到人们特别关注的一个重要方面。采用激光技术可以在食品包装中进行包装划线、激光全息防伪等。
4.1 激光划线技术
采用先进的激光技术能够做到选择软食品包装中某个单独薄膜层进行划线, 这样可以实现软包装的完美易撕开的效果, 并且能够保持薄膜的完整性, 使得外层薄膜完好无损, 从而能够有效避免包装内商品的见光和受潮等问题的出现。
其次, 利用激光技术能够随意的按自由组合方式划线, 例如按零食包装上印刷图案的轮廓来划线, 这样的划线方式正是激光划线系统的优势所在。
4.2 激光防伪技术
激光全息防伪技术已广泛应用于食品及其他产品包装中, 主要是模压彩虹全息图和激光点阵全息图。
4.2.1 模压彩虹全息图
目前国内市面上常见的防伪标识, 主要是模压彩虹全息图。此项技术涉及光学、机械、电气、化学、电子计算机应用等多学科。其主要系统及设备有:计算机图形处理系统及照相制版系统、全息照相系统、精细化学镀及电铸系统、模压机、涂布复合机、模切机等。属于难度大、综合性强的高技术、因而成为当前最为流行的食品防伪手段[5]。
4.2.2 激光点阵全息图
它是用激光全息技术与计算机控制技术结合制作而成全息图。点阵全息图具有很高的衍射效率, 并且色彩丰富, 有360°可视和动态视觉效果的特点。采用该技术制作成的全息标识具有背景渐变、旋转闪变及扩缩闪变等动感视觉效果。目前这一技术已应用于食品的全息防伪包装中。
5 结语
激光技术在食品加工的应用还很多, 本文仅结合笔者研究中接触到的领域, 介绍了激光技术在食品加工中应用的几个方面, 随着新技术的不断出现, 将激光技术与其他新技术的结合, 相信激光技术在食品中的应用会得到更大的发展。
摘要：近20年, 激光技术在食品和农产品加工中得到迅速的发展, 主要应用在食品和农产品加工中。本文综述常见的四个方面的应用, 即激光在酿造食品中的应用、激光应用在食品加工和农产品加工的检测和监控、激光切削技术用于食品和农产品加工、激光技术在食品包装中的应用。
关键词：激光,食品加工,应用
参考文献
[1]阎吉祥.激光原理与技术[M].北京:高等教育出版社, 2004.
[2]蒋耀庭.孙英.激光和静电场催陈食醋研究 (一) [J].中国调味品, 1999, 243 (5) :11-13.
[3]梁海燕.激光红外线巴氏杀菌对啤酒质量的影响[J].啤酒科技, 2004 (11) :64-65.
[4]肖红伟, 林海, 高振江, 等.板栗激光划口机设计[J].农业机械学报, 2010 (11) :138-141.
激光束加工技术 篇9
激光加工是利用高能量强度的激光束, 经过光学系统聚焦, 聚焦后的功率密度可达104-1011W/cm2, 对工件加工部位施加高温的热加工技术。由于激光加工热影响区域小, 加工精细, 加工速度快, 可以使常规方法无法实现的工艺轻松实现。如今, 激光加工技术已经广泛应用于“打标、焊接、切割、打孔、热处理、熔覆、精密调阻、精密配重”等领域, 本文将主要介绍手机制造行业比较常用的激光打标技术与激光焊接技术。
1 手机制造中的激光打标技术
激光打标技术作为激光加工最大的应用领域, 以其无可替代的优势迅速取代了传统的“气动打标、化学腐蚀标记、丝网印刷标记、铸造标记”等方式, 成为工业制造领域主流的标记方式。
所谓激光是指单向性极好、单色性极强、高亮度、相干性好的电磁波。激光的产生是在受激辐射光无限放大所产生的。当激光电源激励连续氪弧灯, 发出的光经过聚光腔集中到Nd:YAG激光晶体上, 受激光辐射的光经过激光谐振腔共振放大后产生连续激光。该激光束通过声光Q开关调制后, 变为千瓦的高峰值功率、高重复频的脉冲激光。该脉冲激光束经过扩束镜扩束后, 顺序投射到X轴、Y轴两只振镜扫苗器的反射镜上。振镜扫描器在计算机软件控制下产生按程序编排的快速摆动, 使激光束在平面X、Y两维方上进行扫描。再通过“F-0”光学聚焦透镜组使激光束聚焦在加工物体的表面形成一个个微细的、高能量密度的光斑。每一个高能量的激光脉冲瞬间就在物体表面烧蚀并且溅射出一个极小的凹坑。经计算机控制的连续不断的这一过程, 预先编排好的字符、图形等标记内容就永久地被蚀刻在物体表面上。
常见激光打标的三种工作方式:○1氧化, 激光对工件的表层加热, 使工件表层受热氧化而呈现出不同的特性;○2蚀刻, 激光对工件的表层加热, 使工件表层受热升华而呈现出凹陷的特性;○3凸起, 激光对工件的表层加热, 使工件表层受热膨胀而呈现出凸起的特性。
一套完整的激光打标设备一般由主机-激光发生装置、激光头-激光输出装置、计算机控制部分、Q开关、电控箱、冷却系统、抽风系统与工作平台等组成。
激光打标机因其特殊的工作原理, 与传统标记方式 (移印、喷码、电腐蚀等) 相比, 具有许多优越性:1.非接触加工;2.材料适用面广;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;7.加工效率高;8.开发速度快;9.加工精度高;10.维护成本低;11.具有环保性。
在手机零部件制造领域, 激光标记技术已经完全可以应用到任何需要标记的地方, 金属零部件, 非金属零部件, 甚至手机的LCD显示屏, 都能够实现激光标记。手机品牌厂商的LOGO打标、系列号、二维码和条形码、装饰性图案2D与3D面打标、彩色个性图案等都已经在手机零部件的制造中应用。
2手机制造中的激光焊接技术
激光焊接是将具有优异的方向性、高亮度、高强度、高单色性、高相干性等特点的激光束辐射至加工工件表面区域内, 激光束经过光学系统聚焦后, 通过激光与被焊物的相互作用, 在极短的时间内使被焊处形成一个能高度集中的热源区, 热能使被焊物区域熔化后冷却结晶形成牢固的焊点和焊缝。根据所用激光器及其工作方式的不同, 常用的激光焊接方式有两种, 一种是脉冲激光焊, 主要用于单点固定连续和簿件材料的焊接, 焊接时形成一个个圆形焊点;另一种为连续激光焊, 主要用于大厚件的焊接和切割, 焊接过程中形成一条连续焊缝。
激光焊接时通过激光输入的能量只有部分作用于焊接, 由于金属对激光的反射与金属的散热性损失一部分能量, 特别是在工件表面形成等离子体“云”时损失的能量更大。当高功率的激光对工件加热时, 工件表面的空气被电离成等离子体, 等离子体与金属蒸气混合就成了等离子体“云”, 这朵等离子体“云”会大大削减激光的能量, 影响工件的焊接质量。为了减少等离子体“云”的影响, 一般都采用侧面吹保护气体的方法去除等离子体"云", 同时保护焊缝金属不被氧化。
由于焊接金属具有不同的热性能, 根据其热性能可将激光焊接分为热传导型与锁眼型两种焊接方法。热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面, 表面热量通过热传导向内部扩散, 通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数, 使工件表层熔化, 形成熔宽大熔深小的熔池。这种焊缝的深宽比只有1:3, 但焊缝平滑、圆润无明显的凸起现象, 可以得到非常好的表面效果, 常用于手机前后盖、医疗器械、珠宝首饰、电池等表面质量要求较高的产品。
锁眼型激光焊接原理为:当激光功率密度达到10^6~10^7W/cm^2时, 功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率, 材料表面发生汽化而形成小孔, 孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡, 激光可以通过孔中直射到孔底。这种现象称为小孔效应 (Keyhole Effect) 。小孔的作用和黑体一样, 能将射入的激光能量完全吸收, 使包围着这个孔腔的金属熔化。孔壁外液体的流动和壁层的表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持动态平衡。光束携带着大量的光能不断地进入小孔, 小孔外材料在连续流动。随着光束向前移动, 小孔始终处于流动的稳定状态。小孔随着前导光束向前移动后, 熔融的金属填充小孔移开后所留下的空腔并随之冷凝成焊缝, 完成焊接过程。这种焊缝的深宽比可达8:1, 激光束通过小孔的侧壁不断反射直通孔底, 使工件对激光的吸收率从3%提升到96%, 但在焊缝表面会有凸起, 常应用于手机天线、手机支架、需受力的结构件的焊接。
相对于传统的焊接方式, 激光焊接有如下一些特点:1.焊接速度快2.焊接热影响区小3.热输入量小4.容易实现自动化5.单面焊接6.一致性好与可重复定位精度高7.焊接后几乎不需要后处理加工
随着手机行业的快速发展, 激光焊接的高效率与低成本在手机制造中的优势已越来越明显。Iphone、Ipad、NOKIA、Sumsang、Motolora、HTC等手机的主框架、LCD支架、前后盖、SIM卡槽等部件都通过激光焊接而成, 焊后的部件不仅结合牢固外观也非常漂亮, 基本不需要做后处理加工, 节约了制造成本。
结束语
本文介绍了激光打标与激光焊接的原理、特性及在手机制造中的典型应用, 通过激光打标技术可以使得手机的外观设计更加美观, 可以实现个性化图案的打标, 让消费者得到一个全球独一无二的、真正只属于自己的个性手机。激光焊接应用到手机中, 大大简化了冲压模具的设计, 优化生产工艺流程, 扩大生产能力, 降低了生产成本。激光加工快速高效的生产效率与精密加工的性质决定着其在手机制造中的地位已经越来越重要, 在手机的整个生产制造过程中发挥着巨大的作用, 为整机厂商带来了巨大的经济效益。
摘要：激光加工技术以其高精度、高效率、高质量的加工性能, 已广泛应用于各行各业。通过激光打标可以使手机外观多样化与个性化, 通过激光焊接可以大大简化模具的设计与加工, 降低生产成本, 激光加工技术在通讯产品制造中的应用已达到了无可替代的作用。本文着重介绍了激光打标与激光焊接的原理与特点, 并列举了一些在手机产品中的典型应用。
关键词：激光,手机,打标,焊接
参考文献
[1]陈彦宾.现代激光焊接技术[M].北京:科学出版社.2006.
[2]吴明清, 尹占顺.激光焊接技术在工程车辆生产中的应用[J].现代焊接.2008 (08) .
激光束加工技术 篇10
1 激光加工的原理和特点
1.1 聚焦后, 光能转化为热能, 几乎可以熔化、气化任何材料。例如耐热合陶瓷, 英石, 金刚石等硬脆材料都能加工。
1.2 激光光斑大小可以焦聚到微米级, 输出功率可以调节, 因此可用以精密微细加工。
1.3 加工所用工具是激光束, 是非接触加工, 所以没有明显的机械力, 没有工具损耗问题。
加工速度快, 热影响区小, 容易实现加工过程自动化。
1.4 和电子束加工等比较起来, 激光加工装置比较简单, 不要求复杂的抽真空装置。
1.5 激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工, 影响因素很多,
因此, 精微加工时, 精度, 尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证, 必须进行反复试验, 寻找合理的参数, 才能达到一定的加工要求。
1.6 加工中产生的金属气体及火星等飞溅物, 要注意通风抽走, 操作者应戴防护镜。
2 激光加工工艺及应用
激光加工技术的传统应用主要有金属材料的激光焊接、切割、打孔、标记、表面热处理、雕刻等。随着新型激光器件的诞生、激光技术的不断发展以及新材料、新工艺的涌现, 激光加工技术在不同行业得到了进一步的应用。
2.1 激光打孔
激光打孔是利用激光的功率密度高的特点, 将其聚焦, 是加工材料瞬间被加热熔化、汽化, 熔化物质被蒸汽的剩余压力排挤出来, 形成孔洞。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。激光可以在纺织面料、皮革制品、纸制品、金属制品、塑料制品上进行打孔切割等操作。应用领域包括制衣、制鞋、工艺品礼品制作、机器设备、零件制作等[2]。
2.2 激光切割
激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑, 将材料快速加热至气化温度, 蒸发形成小孔洞后, 再使光束与材料相对运动, 从而获得窄的连续切缝[3]。在20世纪80年代就开始在汽车车身制造中应用[4]。激光切割还广泛用于非金属材料的切割, 另外激光切割也广泛用于服装行业, 对皮革、布料进行切割。
3 激光焊接
激光焊接是将功率密度足够的激光束照射到需要焊接的材料表面, 使其局部温度升高到熔点, 被焊材料结合部位熔化成液体, 然后冷却凝固, 于是两种材料就被熔接在一起。激光焊接技术应用领域迅速扩到航空航天、船舶制造、机车制造、机械零件制造等领域[5]。珠宝首饰业引用了激光焊接技术, 改变了人们传统的首饰设计思维方式。借助激光焊接技术, 可制作一些结构特殊的首饰款式[6]。另外激光焊接也广泛用于钢铁行业, 如硅板焊接, 冷轧低碳钢的焊接, 钢管的焊接。
4 激光淬火
激光照射材料表面使金属表面的原子迅速蒸发, 由此发生的微冲击波会导致大量晶格缺陷的形成, 从而实现表面的硬化。激光淬火被广泛的应用于重要零件的淬火。
5 激光打标
激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射, 使表层材料汽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打标方法, 这对产品的防伪有特殊的意义。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, 可以打出各种文字、符号和图案, 易于用软件设计标刻图样, 更改标记内容, 适应现代化生产高效率、快节奏的要求[7]。可实现亚微米打标, 已广泛用于微电子工业和生物工程。
6 激光雕刻
在激光技术中激光雕刻技术是较常见的。激光雕刻的实现主要是利用激光束在材料表面的熔蚀效应、气化效应、光化学反应。激光雕刻广泛的应用工艺品、陶瓷、皮革、印章等的雕刻[8]。
我国激光工业的现状及发展趋势
自1961年中科院长春光学精密机械研究所研制出我国第一台红宝石激光器至今, 我国激光技术也经过了五十年的快速发展。目前, 激光产品已在国内占据较大的市场份额, 在产品质量、性能等方面初步具备了与国外大公司竞争的实力。
2005-2009年, 中国激光市场年均复合增长率达到25.6%, 市场保持高速增长。2008-2009年, 在全球激光市场出现24.8%的负增长的情况下, 中国激光市场仍然保持15.1%的增长, 突破了100亿元规模, 成为全球激光市场中的一股新兴力量。2010年随着中国制造业的整体复苏, 预计未来三年中国激光市场仍将保持高速增长, 年均增长率约在18%-22%之间[9]。
近几年, 国内工业激光应用市场不断扩大, 激光加工领域不断开拓, 除了纺织、服装等轻工业和汽车制造业、航空、动力和能源等重工业, 正逐步向精细、微细加工集中, 向电子制造业、集成电路行业、通信、机械微加工, 以及医疗、牙科、美容仪器设备制造业等新兴应用领域拓展。
7 结论
激光加工是一门21世纪发展极快的制造新技术, 各国政府和工业部门都非常重视激光器和激光加工技术设备的发展。中国政府一直将激光作为“先进制造技术”列为国家重点发展项目。面对日益增长的巨大激光加工应用市场和国际竞争新格局, 中国的激光和激光技术产业必将有一个大的发展, 激光加工技术的发展, 具有非常辽阔的市场远景, 在国民经济和工业发展中发挥着日益重要的作用。激光加工有着传统机械加工不具备的某些优点, 它的应用也越来越广泛。
参考文献
[1]刘晋春, 白基成, 郭永丰.特种加工[M].北京:机械工业出版社, 2008 (03) .[1]刘晋春, 白基成, 郭永丰.特种加工[M].北京:机械工业出版社, 2008 (03) .
[2]刘秀清.传统机械加工与激光加工通孔质量的比较研究[J].煤矿机械, 2010, (10) .[2]刘秀清.传统机械加工与激光加工通孔质量的比较研究[J].煤矿机械, 2010, (10) .
[3]张国顺.现代激光制造技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.[3]张国顺.现代激光制造技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[4]周建忠, 张永康.激光加工技术在汽车车身制造中的应用[J].电加工与模具, 2000, (04) .[4]周建忠, 张永康.激光加工技术在汽车车身制造中的应用[J].电加工与模具, 2000, (04) .
[5]李少华, 康蓉娣.激光焊接技术及其应用[J].舰船防化, 2011, (04) .[5]李少华, 康蓉娣.激光焊接技术及其应用[J].舰船防化, 2011, (04) .
[6]王昶, 袁军平.激光加工技术在珠宝首饰业中的应用[J].宝石和宝石学杂志, 2009, (02) .[6]王昶, 袁军平.激光加工技术在珠宝首饰业中的应用[J].宝石和宝石学杂志, 2009, (02) .
[7]尹杰, 董松金, 刘言学, 姜立勇.激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].工程机械, 2011, (09) .[7]尹杰, 董松金, 刘言学, 姜立勇.激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].工程机械, 2011, (09) .
[8]郑锦声, 陈松青.激光雕刻技术的发展[J].机床与液压, 2008, (08) .[8]郑锦声, 陈松青.激光雕刻技术的发展[J].机床与液压, 2008, (08) .
激光束加工技术 篇11
现代激光技术在机械生产加工行业中, 主要是在切割、打标、激光焊接、激光淬火、激光焊覆、激光打孔等几个方面进行应用。
1.1 激光切割技术
激光切割是用聚焦镜把二氧化碳气体、激光束聚焦, 使材料熔化, 用激光束的压缩气体吹走被熔化的材料, 使激光束和材料沿着固定轨道进行运动, 从而形成固定形状的切缝。目前激光切割新技术已成为工业切割板材的一种现代化先进高新加工方法, 激光切割技术的采用克服了操作时间长、切割缝隙大、变形大、切割制品粗糙、有污染、不安全、不卫生的弱势。
1.2 激光打标技术
激光打标是在机械设备或产品上用激光器打上特殊标记和符号。此种新技术在激光技术应用中占最重要位置之一, 应用及其广泛, 主要应用于电子工业、汽车工业、工具、量具、航空、航天、仪器、仪表、包装等行业机械加工中, 标记对象是金属非金属材料等, 如不锈钢、铝合金、有机玻璃、塑料、陶瓷、合成材料、木材、橡胶、皮革制品纸制品、印刷电路板、生活装饰品等。
1.3 激光焊接技术
激光焊接是用激光器中的激光把机械设备配件焊接成为一体。激光焊接主要优点是能焊接多种金属, 焊接部位狭小, 深腔焊接不变形, 焊池周边无凹陷现象, 能补焊极硬钢板材料, 焊接不击穿薄板材, 料焊接工艺高超焊缝整齐美观。激光焊接新技术在机械生产加工中广泛应用, 主要有以下两大类:一是金刚石锯片激光焊接, 二是激光焊接应用于钢铁工业, 焊接钢板、拼焊汽车板和各种壳体类零件, 从而进一步推动了我国机械生产加工企业的快速发展。
1.4 激光淬火技术
激光淬火是用高能激光在工件表面快速扫描, 在工件表面极薄的光斑大小的小区域内快速吸收能量瞬间使其急剧达到高温, 又瞬间完成低温淬火的高新技术。具有:高速加热和高速自冷;激光淬火制品比常规淬火硬度高出5%~20%, 可获得极细硬币七组织;加热速度快、热影响区小、淬火应力小;可使被加工制品局部硬化;工艺周期短, 生产效率高、自动化程度高、易被计算机控制;无需冷却介质、无污染等优点。
1.5 激光熔覆技术
激光熔覆是用激光新技术修复旧设备, 是再制造、再利用工程。此项新技术是以陈旧老化设备为对象, 进行二次加工, 恢复和提高设备利用率, 从而达到再次创造价值、节约资源、保护环境、实现可持续发展的一门新技术工程, 主要应用于电力、冶金、钢铁、机械工业等领域,
1.6 激光打孔技术
激光打孔是把多种机械配件用激光加工出各种不同类型的孔, 主要应用于金属材料和非金属材料, 主要用于硬度高材料, 特别还适用于布匹和纸张等较软材料打孔, 已装配好成型机械不用拆卸就可直接打孔, 尤其适用于汽车、航空等行业的动平衡。激光打孔技术在机械工业各行业中广泛应用, 优点多, 打孔变形小, 精密度高, 打孔深度可控, 中心孔定位准确。
2 激光加工技术航空航天工业中的应用
2.1 激光切割
在航空航天工业中用激光切割的材料有:钦合金、镍合金、铬合金、铝合金、不锈钢、钦酸钼、塑料和复合材料等。在航天航空设备的制造中, 外壳采用特殊金属材料制成, 强度高、硬度高、耐高温, 普通的切割手段很难完成材料的加工, 激光切割是一种高效的加工手段, 可用激光切割加工飞机蒙皮、蜂窝结构、框架、翼彬、尾翼壁板、直升机主旋翼、发动机机匣和火焰筒等。激光切割一般用连续输出的激光器, 也有用高重频二氧化碳脉冲激光器。激光切割的深宽比高, 对于非金属, 深宽比可达100以上, 金属可达20左右。激光切割速度高, 切割钦合金薄板为机械方法的30倍, 切割钢板为机械方法的20倍。激光切割的质量好。与氧乙炔及等离子的切割方法相比, 切割碳钢质量最好。激光切割的热影响区仅为氧一乙炔。
2.2 激光焊接
在航空航天工业中, 有很多零件是用电子束焊接, 由于激光焊接不需要在真空中进行, 目前正在用激光焊接代替电子束焊接。长久以来, 飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺, 主要原因是飞机结构采用的铝合金材料是热处理强化铝合金 (即高强铝合金) , 一经熔焊后, 热处理强化效果就会丧失, 而且晶间裂纹难以避免。而激光焊接技术的采用, 克服了这样的难题, 还大大地简化了飞机机身的制造工艺, 使机身重量减轻18%, 成本下降21.4%~24.3%, 激光焊接技术是飞机制造业的一次技术大革命。
2.3 激光打孔
激光打孔技术在航空航天工业中适用于仪表宝石轴承、气冷式涡轮叶片、喷嘴和燃烧室上打孔等。目前, 在加工航空发动机零件方面, 激光打孔仅限于加工发动机静止零件的冷却孔, 因为孔表面存在微观裂纹。对激光束、电子束、电化学、电火花打孔、机械钻孔和冲孔进行试验研究, 经综合分析认为, 激光打孔具有效果好、通用性强、效率高和成本低等优点。
2.4 激光表面技术
激光熔覆是一种重要的材料表面改性技术。在航空领域, 航空发动机的备件价格很高, 因而在很多情况下维修零件是比较划算的。但是修复后零件的质量必须满足安全要求。例如, 飞机螺旋桨叶片表面上出现损伤时, 必须通过一些表面处理技术进行修复。除了考虑螺旋桨叶片所要求的高强度、高耐疲劳性, 还必须考虑表面修复后的耐腐蚀性。激光熔覆技术就可以很好的用于发动机叶片激光三维表面熔覆修复。
2.5 激光成形技术
激光近形制造技术在航空领域的应用直接体现在航空用钛合金结构件的直接制造以及航空发动机零件的快速修复方面。激光成形制造技术成为航空航天国防武器装备大型钛合金结构件的核心制造新技术之一。改变了传统制造方法具有成本高、锻造模具准备时间长、机械加工量大、材料利用率低等弱势。
参考文献
[1]激光科学与技术.1983, No.3.
[2]徐庆仁, 刘淑敏.国外激光加工技术的发展及其在航空航天工业中的应用.
[3]韩世杰.激光加工技术的新发展[J].中国航空信息中心.