激光加工
激光加工的工艺方法
激光加工的工艺方法
激光加工是指使用激光束来加工材料的一种方法。
具体的工艺方法包括以下几种：
1. 激光切割：激光束在工件表面进行定位，同时通过加热和蒸发的方式将材料切割成所需的形状。
激光切割广泛应用于金属、塑料、木材等材料的加工。
2. 激光钻孔：激光束通过对工件表面进行高能量的瞬间照射，使工件表面材料产生熔化和蒸发，从而形成孔洞。
激光钻孔适用于金属、陶瓷、玻璃等材料的加工。
3. 激光焊接：激光束聚焦在工件接触面上，加热材料使其熔化，并通过表面张力形成稳定的焊缝。
激光焊接广泛应用于金属、塑料等材料的连接。
4. 激光打标：激光束通过对工件表面进行定位、照射，使工件表面材料氧化、蒸发或改变颜色，从而形成文字、图形或标记。
激光打标适用于金属、塑料、玻璃等材料的加工。
5. 光刻：利用激光通过光刻胶将图形或图案映射到工件表面，然后使用化学腐蚀或其他方法将非光刻胶保护的部分进行加工或蚀刻。
光刻常用于半导体、平板显示器等微电子领域的制造。
总的来说，激光加工的工艺方法可以根据不同的应用需求选择不同的工艺来实现对材料的精确加工和处理。
激光加工的基本原理
激光加工的基本原理
激光加工是一种利用高能激光束对材料进行切割、刻蚀、焊接等加工的技术。
其基本原理是利用激光器产生的高能激光束，通过光束发射装置将其聚焦成高能密集的光点，然后将光点扫过待加工材料表面，使材料在激光束的作用下发生熔化、汽化、氧化或剥离等反应，从而实现对材料的精密加工。
激光加工的原理主要涉及以下几个方面：
1. 激光器：利用激光介质（如气体、固体或半导体等）在外界激励下产生激光。
2. 光束发射装置：将激光束聚焦成一束高能密集的光点，可通过透镜、反射镜等光学元件实现。
3. 材料与激光的相互作用：激光束照射到材料表面后，其能量将被吸收、反射或透射。
吸收能量最多的材料通常是适合激光加工的材料。
4. 加工过程：激光束在加工材料表面形成极小的热源，使材料局部加热，进而发生熔化、汽化、氧化或剥离等反应。
加工方法包括切割、刻蚀、焊接等。
激光加工的优势主要有以下几个方面：
1. 高精度：激光束聚焦成极小的光点，可实现对材料的精细加工，具有较高的加工精度和分辨率。
2. 高效率：激光加工速度快，加工效率高，适用于批量生产和大规模加工。
3. 无接触加工：激光加工过程中，材料和激光之间没有物理接触，可避免材料的污染和变形。
4. 宽材料适应性：激光加工可适用于多种材料，包括金属、塑
料、陶瓷等。
5. 灵活性：激光加工可实现对复杂形状的加工，可根据需要进行定制和个性化设计。
总之，激光加工通过高能激光束对材料进行加工，具有高精度、高效率、无接触、宽材料适应性和灵活性等优势，广泛应用于制造业、电子工业、医疗器械、航空航天等领域。
激光加工
• 1）光泵是供给工作物质光能用的，一般都用氙 灯或氪灯作为光泵。 • 2）聚光器的作用是把氙灯发出的光能聚集在工 作物质上，一般可将氙灯发出来的 80% 左右的 光能集中在工作物质上。 • 3）谐振腔由两块反射镜组成，其作用是使激光 沿轴向来回反射共振，用于加强和改善激光的输 出。 • 2、固体激光器的分类 • 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。
• 3、激光的产生 • 以红宝石为例，基本成分是氧化铝，其中掺有 0.05% 的氧化铬，能发射激光的是正铬离子。当 脉冲氙灯照射红宝石时，使处于基态 E1的铬离 子大量激发到En状态，由于 En寿命很短， En状 态的铬离子又很快地跳到寿命较长的亚稳态 E2 （无辐射转换）。如果照射光足够强，就能够在 千分之三秒时间内，把半数以上的原子激发到高 能级 En，并转移到 E2。这时当有频率为ν = （E2- E1）/h的光子去照射 “刺激” 它时，就可 以产生从能级 E2到 E1的受激辐射跃迁，出现雪 崩式连锁反应，发出频率（E2- E1）/h的单色性 好的光，这就是激光。
• 2、氩离子激光器 • 氩离子激光器是惰性气体氩 （Ar）通过气 体放电，使氩原子电离并激发。由于氩激 光器波长短，发散角小，所以可用于精密 微细加工，如用于激光存贮光盘基板的蚀 刻制造等。 • 氩离子激光器发出的谱线很多，最强的是 波长为 0.5145μm 的绿光和波长为 0.4880μm 的蓝光。
• 2、激光加工的特点 • 1）聚焦后，激光加工的功率密度极高达 108~1010W/cm2 ，光能转化为热能，几乎 可以熔化、气化任何材料。 • 2）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输 出功率可以调节，因此可用以精密微细加 工。 • 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。
激光加工的原理特点应用
激光加工的原理特点应用一、激光加工的原理激光加工是一种利用高能量激光对材料进行加工的技术。
其原理基于激光的特性和相应的相互作用过程。
1. 激光的特性•高亮度：激光具有高亮度，即光束中的光子数目非常高。
•高单色性：激光是一种单色光，光的频率非常纯净。
•高相干性：激光具有相干性，光波的振动方向具有一定的规律。
2. 激光与材料的相互作用•吸收：激光进入材料后，会被材料吸收，能量转化为材料内部的热能。
•散射：激光与材料相互作用时，可能会发生散射现象，即光线改变了方向。
•光热效应：激光加工中，激光光束的能量转化为热能，使材料局部融化或汽化。
二、激光加工的特点1. 高精度激光加工具有非常高的精度。
由于激光光束的单色性和聚焦性，可以实现对材料的精细加工，尺寸控制在微米级别。
2. 无接触加工激光加工是非接触式加工技术，光束直接作用于材料表面，无需实体接触。
这种无接触性让激光加工可以对脆性材料、高硬度材料以及容易变形的材料进行加工，避免了物理性力量对材料造成的损伤。
3. 操作灵活激光加工可以通过调整激光的功率、频率、焦点位置和扫描速度等参数来实现不同的加工效果。
这使得激光加工具有操作灵活性，适应性强，能够满足不同材料和产品的加工需求。
4. 高速加工激光加工速度快，加工效率高。
由于激光光束具有较高的功率密度，能够在瞬间对材料进行加热、熔化和汽化。
这种高速加工能够极大地提高生产效率，适用于大批量加工生产。
5. 广泛应用激光加工技术广泛应用于各个领域。
例如，激光切割用于金属材料、塑料材料的切割加工；激光打标用于产品标记和编号；激光焊接用于金属零件的焊接；激光雕刻用于木材、石材、玻璃的雕刻等等。
三、激光加工的应用1. 工业制造激光加工在工业制造中扮演着重要的角色。
例如，激光切割技术可用于汽车制造中的车身零件切割，减少了材料浪费和加工时间；激光焊接技术可用于焊接不易访问到的位置，提高了焊接质量和生产效率。
2. 电子设备制造激光加工在电子设备制造中有广泛的应用。
激光加工原理及特点
激光加工原理及特点
激光加工是一种利用激光束对工件进行材料加工的技术。
它利用激光器产生的高能密度的激光束，通过对工件表面进行照射和烧蚀，来实现材料的切割、刻蚀、焊接和打孔等加工过程。
激光加工的原理基于光能的转化和热能的传递。
激光器产生的激光束具有高能量和高方向性，能够准确地照射到工件的特定位置。
当激光束照射到工件表面时，光能会被材料吸收并转化为热能，引起局部区域的升温。
当温度达到材料的熔点或汽化点时，材料就会融化或汽化，从而实现工件的加工。
激光加工具有以下特点：
1. 高精度：激光束的光斑尺寸小，其束腰直径可以达到微米级别，因此可以实现对工件的精细加工，保证加工精度。
2. 高速度：激光束具有高能量密度，能够快速地进行加热和材料去除，因此激光加工速度快，生产效率高。
3. 非接触性：激光加工是一种非接触性加工技术，激光束与工件无需直接接触，避免了传统加工中刀具与工件的摩擦和磨损，减少了工件的变形和损伤。
4. 材料适应性广：激光加工对不同种类的材料均具有较强的适应性，包括金属、非金属和复合材料等。
可以实现对多种材料的切割、焊接和打孔等加工。
5. 灵活性好：激光加工可以根据需要进行编程调整，能够实现复杂形状的加工，满足个性化和定制化需求。
6. 环保节能：激光加工是一种无废品、无污染的加工技术，不产生废气、废水和废渣，符合环保要求。
综上所述，激光加工具有高精度、高速度、非接触性、材料适应性广、灵活性好和环保节能等特点，使得它在工业生产和科学研究领域得到广泛应用。
激光加工的技巧
激光加工的技巧
激光加工是一种利用激光束来切割、雕刻、焊接、打标等加工方法。
以下是一些激光加工的技巧：
1. 材料选择：激光加工适用于多种材料，包括金属、塑料、木材等。
选择适当的材料对于获得良好的加工效果至关重要。
2. 激光功率调整：根据不同的加工任务和材料，调整激光功率可以获得最佳的加工效果。
过低的功率可能导致切割不干净，而过高的功率可能导致材料熔化或灼烧。
3. 激光聚焦：激光聚焦能够增加激光束的功率密度，使加工效果更好。
通过调整聚焦镜头的位置和焦距可以控制激光束的聚焦效果。
4. 加工速度控制：加工速度对于激光加工的质量和效率有重要影响。
过快的加工速度可能导致切割或雕刻不深，而过慢的速度可能导致加工过程太缓慢。
5. 切割方向选择：对于一些材料，如金属，切割方向会影响切割边缘的质量。
选择适当的切割方向可以避免产生毛刺和断裂。
6. 引导气体使用：在激光切割过程中，引导气体可以起到清除熔融材料、降低切割温度和增加切割速度的作用。
选择适当的引导气体对于获得清晰的切割边缘
非常重要。
7. 辅助装置使用：在激光加工中，一些辅助装置如自动定位系统、自动控制系统等可以提高加工的准确性和效率。
总之，激光加工的技巧需要根据具体的加工任务和材料来进行调整和优化，只有在熟练掌握这些技巧的基础上，才能获得高质量的激光加工结果。
7.2.17.2激光加工技术
激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表面标刻，工件不 会变形和产生内应力，适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等 各种材料；标记清晰、水久、美观，并能有效防伪；标刻速度快。运 行成本低，无污染。可显著提高被标刻产品的档次。
激光打标广泛应用于电子元器件、汽(摩托)车配件、医疗器械、 通讯器材、计算机外围设备、钟表等产品和烟酒食品防伪等行业。
固体 激光器
气体 激光器
液体 激光器
半导体 激光器
由于He-Ne(氢-氖)气体激光器所产生的激光 不仅容易控制，而且方向性、单色性及相干性都比 较好，因而在机械制造的精密测量中校广泛采用。
导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、
聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到 被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。
激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够
在三维坐标范围内移动的工作台及机电 控制系统等。
3. 激光加工应用
3. 激光加工应用
激光打孔 几乎所有金属和非金属材料均
能打孔，特点对硬质材料进行微细 孔的加工，深径比达50-100。
激光打孔的质量主要与激光器 输出功率和照射时间、焦距与发散 角、焦点位置、光斑内能量分布、 照射次数及工件材料等因素有关。
激光切割 激光可以切割金属，也可
以切割非金属。用来加工玻璃、 陶瓷、各种精密细小的零部件。
激光切割过程中，影响激 光切割参数的主要因素有激光 功率、吹气压力、材料厚度等。
激光打标 激光打标是指利用高能量的激光束照射在工件表面，光
能瞬时变成热能，使工件表面迅速产生蒸发，从而在工件表 面刻出任意所需要的文字和图形，以作为永久防伪标志。
激光焊接 激光焊接一般无需焊料和焊剂，只需将工件的加工区
激光加工技术及其应用
激光加工技术及其应用激光加工作为一种高端加工技术，广泛应用于航天、武器、汽车、电子、医疗等领域。
它是利用激光束的高强度和高可控性进行材料加工的一种技术，可以用于切割、刻蚀、打孔、焊接等多种加工作业。
本文将探讨激光加工技术及其应用领域。
一、激光加工技术简介激光加工技术是指利用激光能量对材料进行切割、刻蚀、钻孔、打孔、焊接等加工作业的技术。
它的原理是利用激光束的高聚焦能力，将激光束集中在小的区域内，使材料局部受热，从而蒸发或熔化。
因为激光束的特殊性质，激光加工具有高精度、高效率、高速度、低损伤、无接触等优点，并且可以加工几乎所有材料。
激光加工技术主要分为激光切割、激光刻蚀、激光钻孔、激光打孔、激光表面处理等几大类。
其中，激光切割是最常见的加工类型之一，它可以用于金属、非金属、纺织品、玻璃等材料的高精度切割。
二、激光加工应用领域（一）、汽车制造随着汽车制造行业的不断发展，对于汽车零部件的制造要求也越来越高。
激光加工技术在汽车制造领域的应用越来越广泛，它可以用于汽车发动机、底盘、车身等各个方面的制造。
例如，在发动机制造中，激光焊接技术可以用于活塞、缸套的制造，其加工速度和质量远远超过传统的加工方法；在车身制造中，激光切割技术可以用于汽车门、车身板等的精细加工，其加工速度和精细度也较高。
（二）、电子制造在电子制造领域，激光加工技术同样发挥着重要作用。
以手机制造为例，激光加工技术可以用于手机屏幕、摄像头制造过程中的精细加工，能够实现高效率、高精度的制造，提高制造的品质和效率。
此外，激光加工技术还可以用于半导体器件、电路板等电子元器件的制造和加工，它比传统的机械加工和化学加工更加高效。
（三）、航空制造在航空制造方面，激光加工技术也有着广泛的应用。
在航空发动机制造中，激光加工技术可以用于制造复杂的叶轮和涡轮叶片，其加工精细度和速度较高，性能更加优良。
此外，激光加工技术还可以用于制造航空器件和机身等各个方面的加工，在提高航空器件的质量和安全性方面发挥了重要作用。
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质量优势
技术特质
实际应用
切割缝边缘热影响区小 激光切割需要的总能量少 大型电机硅钢铁芯下料
激光切割的切缝窄小
激光切割的能量高度集中 石油管的过滤缝切割
切割精度高、工件变形小 激光聚焦光斑的直径小 汽缸垫的切割成型
激光打孔中，要详细了解打孔的材料及打孔要求。从理论上讲， 激光可以在任何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至二十几毫 米以上的小孔，但具体到某一台打孔机，它的打孔范围是有限的。 所以，在打孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围进行充分的 了解，以确定能否打孔。
激光打孔的质量主要与激光器输出功率和照射时间、焦距与发散 角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因素有关。 在实际加工中应合理选择这些工艺参数。
一、激光打孔
激光打孔的优点：
二、激光切割
激光切割是激光加工的重要应用领域。激光切割是利用高能量
密度的激光束熔化或汽化材料，并用辅助气体吹除熔化材料形成割
缝的过程。激光切割切缝窄，几乎没有切割残渣，热影响区小，切
割噪声小，能够按照AutoCAD设计文件快速完成制造过程，不需要 增加其他的模具费用。
3．焦点位置
五、激光焊接
4．光斑内的能量分布
六、激光热处理
5．激光的多次照射
表面处理
6．工件材料
冲击强化
二、激光切割
七、激光存储
刻划、雕刻
八、激光快速成形技术
一、激光打孔
随着近代工业技术的发展，硬度大、熔点高的材料应用越来越 多，并且常常要求在这些材料上打出又小又深的孔，例如，钟表或 仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具，化学纤维的喷丝头以及火箭或柴 油发动机中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规的机械加工方法 很困难，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，则能比较好地完成 任务。
（二）激光的产生 某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的
条件下，会吸收光能，使处于较高能级(亚稳态)的原子(或粒子)数目 大于处于低能级(基态)的原子数目，这种现象称为“粒子数反转”。 在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射在该物体上，而光子 能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射 ，输出大量的光能。
固体激光器
二、激光加工常用激光器
液体激光器
二、激光加工常用激光器
半导体激光器
3.激光加工工艺及应用
一、激光打孔
三、激光微调
（一）打孔过程
激光去重平衡
（二）打孔与工艺参数的关 电阻激光微调整
系
四、激光标记刻印
1．输出功率与照射时间
表面微凸体激光成形
2．焦距与发散角
（高0.0254~25.4μm）
2. 激光加工的基本设备
一、激光加工机的组成部分
时间控制
触发器
显微镜
电源
激光器
聚焦镜
电压控制
机电控制
工作台
投影仪
（1）激光器：将电能转变成光能，产生激光束； （2）激光器电源：为激光器提供所需能量及控制功能； （3）光学系统：包括激光聚焦系统和观察瞄准系统； （4）机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统等。
三、激光加工的特点
1）高功率密度，可高达108～1010W/cm2； 2）聚焦微小，输出功率可调整； 3）无明显机械作用力，无工具损耗。加工速度快，热影响区域 很小； 4）加工装置比较简单； 5）加工重复精度和表面粗糙度不容易保证。对光反射敏感的材 料，必须在加工前另加处理； 6）加工产生废气、废物，必须及时排除。操作人员应有一定安 全防护要求。
一、激光加工机的组成部分
常用激光器由三部分组成：工 泵作 浦物 源质 光学谐振腔
激励能源
按工作物质分 ：
固体激光器 液体激光器 半导体激光器 自由电子激光器
工作物质
M1
谐振腔
M2
按输出方式分：
连续输出 脉冲输出
激光器结构示意图
激光器的分类
二、激光加工常用激光器
（一）固体激光器 1．基本组成
激光加工
Laser Beam Machining
Laser Beam Machining，简称LBM
激光加工：利用光的能量，经过透镜聚焦后在焦点上 达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料。
激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。 由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺 寸与光的波长相近的(微米甚至亚微米)小斑点上，加上 它本身强度高，故可以使其焦点处的功率密度达到107～ 1011 W/cm2，温度可达10 000℃以上。在这样的高温下， 任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷 射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激光加工 是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综 合过程。
工作物质、光泵、滤光液、冷却水、聚光器、谐振腔。 2．分类 （1）红宝石激光器 （2）钕玻璃激光器 （3）掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器
（二）气体激光器 1．二氧化碳激光器 2．氩离子激光器
二、激光加工常用激光器
梅曼和第一只激光器 红宝石激光器
二、激光加工常用激光器
气体激光器
二、激光加工常用激光器
2．原子的发光
原子=原子核+绕原子核转动的电子 原子的内能：电子绕原子核转动的动能和电子被原子核吸引的位能之和。 基态，能级E1：电子在最靠近原子核的轨道运动时最稳定，此时原子所处能 级状态为基态。
亚稳态能级
形成激光的重要条件
激发态，高能级EN (N=…4、3、2)
自发辐射和受激辐射
发光
原子跃迁
基态
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
1. 激光加工的原理和特点
一、激光的产生原理
（一）光的物理概念及原子的发光
1．光的物理概念——波粒二象性 1）光是在一定波长范围内的电磁波： λ =c/ν λ — 波长，c — 波速， ν — 频率。 2）光是一种具有一定能量的以光速运动的粒子流，这种粒子称为光子： E=hν E—光子具有的能量，h — 普朗克常数。
h E2 E1
+
粒子数反转的建立和激光的形成
二、激光的特性
光的共性：反射、折射、绕射、干涉 （一）强度高
光能在空间及时间上的亮度集中 （二）单色性好
波长一致 （三）相干性好
相干时间：光源先后发出的两束光能够产生干涉现象的最大时间 间隔；
相干长度：在相干时间内光所走的路程（称为光程）； 波长一致性越好，相干长度就越长，相干性就越好。 （四）方向性好 光的发散角非常小。