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一、激光加工技术的应用 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、激光切割技术、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、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。 激光快速成形技术集成了激光技术、CAD/CAM技术和材料技术的新成果,根据零件的CAD模型,用激光束将光敏聚合材料逐层固化,堆积成样件,不需要模具和刀具即可快速地制造形状复杂的零件,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。激光焊接能量密度高,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。 激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点,已成为现代制造领域的关键技术之一。 激光切割技术可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。 激光打标技术是激光加工大的应用领域之一。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,从而留下性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米量到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。准分子激光打标是近年来发展起来的一项新技术,特别适用于金属打标,可实现亚微米打标,已广泛用于微电子工业和生物工程。 激光去重平衡技术是用激光去掉高速旋转部件上不平衡的过重部分,使惯性轴与旋转轴重合,以达到动平衡的过程。激光去重平衡技术具有测量和去重两大功能,可同时进行不平衡的测量和校正,效率大大提高,在陀螺制造领域有广阔的应用前景。对于高精度转子,激光动平衡可成倍提高平衡精度,其质量偏心值的平衡精度可达1%或千分之几微米。 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。 激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调,精度可达0.01%~0.002%,比传统加工方法的精度和效率高、成本低。激光微调包括薄膜电阻(0.01~0.6微米厚)与厚膜电阻(20~50微米厚)的微调、电容的微调和混合集成电路的微调。 激光存储技术是利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的一种技术,是信息化时代的支撑技术之一。 激光划线技术是生产集成电路的关键技术,其划线细、精度高(线宽为15~25微米,槽深为5~200微米),加工速度快(可达200毫米/秒),成品率可达99.5%以上。 激光清洗技术的采用可大大减少加工器件的微粒污染,提高精密器件的成品率。 激光热、表处理技术包括:激光相变硬化技术、激光包覆技术、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、激光上釉技术,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。 激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究早、多、进展快、应用广的一种新工艺, 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,国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。 激光包覆技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一, 具有很好的经济性,可大大提高产品的抗腐蚀性。 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, 使电路元件间的间隔缩小到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义意。使用改技术可使电度层的牢固度提高昂100~1000倍。 激光上釉技术对于材料改性很有发展前途, 其成本低, 容易控制和复制, 有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术, 在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想
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激光切割的显著优势 许多1.精度高:定位精度0.05mm,重复定位精度0.02 mm 许多2.切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10~0.20mm。 许多3.切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。 许多4.速度快:切割速度可达10m/min,大定位速度可达70m/min,比线切割的速度快很多。 许多5.切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。 许多6.不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触,保证不划伤工件。 许多7.不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工,不管什么样的硬度,都可以进行无变形切割。 许多8.不受工件形状的影响:激光加工柔性好,可以加工任意图形,可以切割管材及其它异型材。 许多9.可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、 皮革、纺织品、有机玻璃等。 许多10.节约模具投资:激光加工不需模具,没有模具消耗,无须修理模具,节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,尤其适合大件产品的加工。 许多11.节省材料:采用电脑编程,可以把不同形状的产品进行整张板材料套裁,大限度地提高材料的利用率。 许多12.提高新产品开发速度:产品图纸形成后,马上可以进行激光加工,在短的时间内得到新产品的实物。
根据激光对人体的危险度分类,在光树内观察对眼睛的MPE(maximal possible effect大可能的影响)做基准,可分为一到四级。激光产品厂商应该把Class II, III 和 IV的警示标签贴到相应的激光产品上。 Class I:低输出激光(功率小于0.4mW),不论何种条件下对眼睛和皮肤,都不会超过MPE值,甚至通过光学系统聚焦后也不会超过MPE值。可以保证设计上的,不必特别管理。典型应用如激光教鞭,CD播放机,CD-ROM设备,地质勘探设备和实验室分析仪器等。 Class II:低输出的可视激光(功率0.4mW-1mW),人闭合眼睛的反应时间为0.25秒,用这段时间算出的曝光量不可以超过MPE值。通常1mW以下的激光,会导致晕眩无法思考,用闭合眼睛来保护,不能说完全,不要直接在光束内观察,也不要用Class II激光直接照射别人的眼睛,避免用远望设备观察Class II激光。典型应用如课堂演示,激光教鞭,瞄准设备和测距仪等。 Class III:中输出激光,光束若直接射入眼睛,会产生伤害,基于某些的理由,进一步分为IIIA和IIIB级。 IIIA级为可见光的连续激光,输出为1-5mW的激光束,光束的能量密度不要超过25W/m﹣m,避免用远望设备观察IIIA激光,这样可能增大危险。IIIA的典型应用和Class II级有很多相同之处,如激光教鞭,激光扫描仪等。 III B 级为5-500mW的连续激光,直接在光束内观察有危险。但小照射距离为13cm,大照射时间十秒以下为。IIIB激光的典型应用如光谱测定和娱乐灯光表演等。 Class IV:高输出连续激光(大于500mW),高过第三级,有火灾的危险,扩散反射也有危险。典型应用如外科手术,研究,切割,焊接和显微机械加工等。
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