國(guó)外最新激光加工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展方向

 一、激光加工技術(shù)的應(yīng)用

    目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲(chǔ)技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)。
    激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)零件的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，不需要模具和刀具即可快速精確地制造形狀復(fù)雜的零件，該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
    激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊接。激光焊接能量密度高，對(duì)高熔點(diǎn)、高反射率、高導(dǎo)熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。
    激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。
    激光切割技術(shù)可廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
    激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小可以從毫米量到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。準(zhǔn)分子激光打標(biāo)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于金屬打標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)亞微米打標(biāo)，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。
    激光去重平衡技術(shù)是用激光去掉高速旋轉(zhuǎn)部件上不平衡的過重部分，使慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸重合，以達(dá)到動(dòng)平衡的過程。激光去重平衡技術(shù)具有測(cè)量和去重兩大功能，可同時(shí)進(jìn)行不平衡的測(cè)量和校正，效率大大提高，在陀螺制造領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于高精度轉(zhuǎn)子，激光動(dòng)平衡可成倍提高平衡精度，其質(zhì)量偏心值的平衡精度可達(dá)1%或千分之幾微米。
    激光蝕刻技術(shù)比傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、可大幅度降低生產(chǎn)成本，可加工0.125～1微米寬的線，非常適合于超大規(guī)模集成電路的制造。
    激光微調(diào)技術(shù)可對(duì)指定電阻進(jìn)行自動(dòng)精密微調(diào)，精度可達(dá)0.01%～0.002%，比傳統(tǒng)加工方法的精度和效率高、成本低。激光微調(diào)包括薄膜電阻(0.01～0.6微米厚)與厚膜電阻(20～50微米厚)的微調(diào)、電容的微調(diào)和混合集成電路的微調(diào)。
    激光存儲(chǔ)技術(shù)是利用激光來記錄視頻、音頻、文字資料及計(jì)算機(jī)信息的一種技術(shù)，是信息化時(shí)代的支撐技術(shù)之一。
    激光劃線技術(shù)是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，其劃線細(xì)、精度高(線寬為15～25微米，槽深為5～200微米)，加工速度快(可達(dá)200毫米/秒)，成品率可達(dá)99.5%以上。
    激光清洗技術(shù)的采用可大大減少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。
    激光熱、表處理技術(shù)包括：激光相變硬化技術(shù)、激光包覆技術(shù)、激光表面合金化技術(shù)、激光退火技術(shù)、激光沖擊硬化技術(shù)、激光強(qiáng)化電鍍技術(shù)、激光上釉技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)改變材料的機(jī)械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。
    激光相變硬化(即激光淬火)是激光熱處理中研究最早、最多、進(jìn)展最快、應(yīng)用最廣的一種新工藝,適用于大多數(shù)材料和不同形狀零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度,國(guó)外一些工業(yè)部門將該技術(shù)作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的手段。
    激光包覆技術(shù)是在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的激光表面改性技術(shù)之一,具有很好的經(jīng)濟(jì)性,可大大提高產(chǎn)品的抗腐蝕性。
    激光表面合金化技術(shù)是材料表面局部改性處理的新方法,是未來應(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一,適用于航空、航天、兵器、核工業(yè)、汽車制造業(yè)中需要改善耐磨、耐腐蝕、耐高溫等性能的零件。
    激光退火技術(shù)是半導(dǎo)體加工的一種新工藝,效果比常規(guī)熱退火好得多。激光退火后,雜質(zhì)的替位率可達(dá)到98%～99%,可使多晶硅的電阻率降到普通加熱退火的1/2～1/3,還可大大提高集成電路的集成度,使電路元件間的間隔縮小到0.5微米。
    激光沖擊硬化技術(shù)能改善金屬材料的機(jī)械性能,可阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展,提高鋼、鋁、鈦等合金的強(qiáng)度和硬度,改善其抗疲勞性能。
    激光強(qiáng)化電鍍技術(shù)可提高金屬的沉積速度,速度比無激光照射快1000倍,對(duì)微型開關(guān)、精密儀器零件、微電子器件和大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補(bǔ)具有重大義意。使用改技術(shù)可使電度層的牢固度提高昂100～1000倍。
    激光上釉技術(shù)對(duì)于材料改性很有發(fā)展前途,其成本低,容易控制和復(fù)制,有利于發(fā)展新材料。激光上釉結(jié)合火焰噴涂、等離子噴涂、離子沉積等技術(shù),在控制組織、提高表面耐磨、耐腐蝕性能方面有著廣闊的應(yīng)用前景。電子材料、電磁材料和其它電氣材料經(jīng)激光上釉后用于測(cè)量?jī)x表極為理想。

    二、激光加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    1.數(shù)控化和綜合化
    把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。
    2.小型化和組合化
    國(guó)外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺(tái)機(jī)床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工。
3.高頻度和高可靠性
    目前，國(guó)外YAG激光器的重復(fù)頻度已達(dá)2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：YAG激光器的平均維修時(shí)間已從原來的幾百小時(shí)提高到1～2萬(wàn)小時(shí)。
    4.采用激元激光器進(jìn)行金屬加工,這是國(guó)外激光加工的一個(gè)新課題。激元激光器能發(fā)射出波長(zhǎng)157～350納米的紫外激光,大多數(shù)金屬對(duì)這種激光的反射率很低,吸收率相應(yīng)很高,因此,這種激光器在金屬加工領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價(jià)值。

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