激光加工技术的应用及发展
2004年4月河北工业大学学报April2004第33卷第2期JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY V ol.33No.2
文章编号：1007-2373(2004)02-0077-06
激光加工技术的应用及发展
林树忠，孙会来
（河北工业大学机械学院，天津300130）
摘要：结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果，对激光
加工技术的特点，激光加工技术在国内外的应用发展状况，以及激光加工技术的发展趋势进行
了简要介绍，同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战，并提出了应采取的对策．
关键词：激光加工；激光技术；发展趋势
中图分类号：TN209文献标识码：A
激光加工技术特点
激光具有高亮度、方向性强、单色性好、相干性好、空间控制和时间控制性好等优越性能，容易获得超短脉冲和小尺寸光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，几乎能加工所有的材料，例如，塑
收稿日期：2004-04-05
作者简介：林树忠（1953-），男（汉族），教授，博士生导师．
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料，陶瓷，玻璃，金属，半导体材料，复合材料等等,以及生物/医用材料，特别适用于加工自动化，而且对被加工材料的形状、尺寸和加工环境要求很低．激光加工具有很多优点，如下所述．
激光加工属无接触加工[1]：激光加工是通过激光光束进行加工，与被加工工件不直接接触，降低了机械加工惯性和机械变形，方便了加工．同时，还可加工常规机械加工不能或很难实现的加工工艺，如内雕、集成电路打微孔、硅片的刻划等．
加工质量好，加工精度高：由于激光能量密度高可瞬时完成加工，与传统机械加工相比，工件热变形小、无机械变形，使得加工质量显著提高；激光可通过光学聚焦镜聚焦，激光加工光斑非常小，加工精度很高，如PC机硬盘高速转子采用激光平衡技术，其转子平衡精度可达微米或亚微米级[5]．加工效率高：激光切割可比常规机械切割提高加工效率几十倍甚至上百倍；激光打孔特别是微孔可比常规机械打孔提高效率几十倍至上千倍；激光焊接比常规焊接提高效率几十倍；激光调阻可提高效率上千倍，且精度亦显著提高；
材料利用率高，经济效益高：激光加工与其他加工技术相比可节省材料10~30%，可直接节省材料成本费，且激光加工设备操作维护成本低，对加工费用降低提供了先决条件．
激光加工具有优越的加工性能，使得激光加工技术得到了广泛的应用，并产生了巨大的经济效益和社会效益．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、激光刻蚀技术、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．下面以几种常用的加工工艺为例进行简单的介绍．
激光焊接技术
激光焊接是利用高能量激光束照射焊接工件，工件受热融化，然后冷却得到焊接的目的．激光焊接的显著特征是大熔、焊道、小热影响区，以及高功率密度，大气压力下进行不要求保护气体，不产生X 射线，在磁场内不会出现束偏移，更加之该法焊速快、与工件无机械接触、可焊接磁性材料便于实现遥控等优点，尤其可焊高熔点的材料和异种金属，并且不需要添加材料，因此很快在电子行业中实现了产业化．激光焊接有两种基本方式：传导焊与深熔（小孔）焊．国外利用固体YAG激光器进行缝焊和点焊，已有很高的水平．另外，用激光焊接印刷电路的引出线，不需要使用焊剂，并可减少热冲击，对电路管芯无影响．日本自90年代以来，在电子行业的精密焊接方面已实现了从点焊向激光焊接的转变．目前，激光焊接主要应用在汽车行业，如汽车车身的焊接（美国福特汽车公司，日本本田、尼桑汽车公司等），底板焊接（西德大众），发动机悬架焊接（奥迪轿车）等等[7]．
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激光加工技术的应用及发展
术，对宝石轴承进行激光打孔．
自从1967年Sullivan和Houldcroft首先提出并实现用吹氧气法进行金属激光切割以来，激光切割以其切割范围广、切割速度高、切缝窄、切割面粗糙度低、热影响区域小、加工柔性好、可实现众多复杂零件的切割等优点而应用越来越广．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．目前，激光切割主要应用在航空航天工业和汽车制造业中，如飞机框架、尾翼壁板、飞机主旋翼、汽车车架等切割．
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．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，目前，广泛用于微电子工业、生物工程、食品包装和防伪鉴别等领域．
ｍ线宽光刻胶图形．最近的相移掩模技术，将准分子光刻分辨率提高到0.13
m之间，这使得通过简单的脉冲计数即可获得高精密切削．将准分子光刻装备进行适合于材料加工的改进，如使掩模及整个光学系统能承受更大激光峰值功率密度，采用高倍率投影物镜，设计实时残渣去除系统等等，则非常适于新近迅速发展起来的微结构、微机械的加工技术．目前，英国Exitech公司，德国Microlas 公司，日本浜松光子公司先后推出了商品化微结构加工用准分子激光微加工装备．激光刻蚀技术主要应用在高集成度电路的制作．
激光存储技术
光存储是最早预见的激光应用领域之一，激光存储技术是信息以反射/非反射带（正常表面和凹坑）的序列编码，已达到信息存储的目的．目前，计算机所用的可写CD-ROM就是一种激光信息存储和信息再现的介质．随着信息技术的发展，对信息存储的要求越来越高，数字视频光盘（DVD）是下一代光存储器，其存储能力是CD-ROM的7倍．因数据存储密度与激光波长的平方成反比，所以，发展波长更短的激光是提高激光存储技术的关键．
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ｍ，槽深为5~200
m以下水平．在此高精度的要求下，器件的清洗要求也非常严格，即使采用传统清洗法中精度最高的超声波清洗法进行清洗，也无法清除掉微电子产品中的次微米（0.5
激光加工技术的发展趋势
数控化和综合化：把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势．
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激光加工技术的应用及发展
小型化和集成化：可进行几种工艺研制和生产加工的激光加工系统，已成为激光加工的另一发展趋势．国外已把激光切割和模具冲压两种加工方法组合在一台机床上，制成激光冲床，它兼有激光切割的多功能性和冲压加工的高速高效的特点，可完成切割复杂外形、打孔、打标、划线等加工．
短波长和高精度
波长短是实现高精度加工的前提．目前，国外发达国家激光加工的成熟技术是0.13
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Academic Publishers[A]．Europe-Asia Symposium on advanced Engineering Design and manufacturing for globalization2004(EASED2004)[C]．2004．
[6]Li Hong-lai，Lin Shu-zhong，Sun Hui-lai，．Study on Laser Processing Craft for The Fluid Dynamic Grooves of Journal Bearing[A]．The
6th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing(ICFDM'04)[C]．2004．
[7]Sun Hui-lai，Lin Shu-zhong，Li Hong-lai，．Research on Graphics Control Algorithm in Dual-Galvanometric Laser Scanning Manufacturing
[A]．The6th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing[C]．Xi'an．2004．
[8]钱毅．YAG激光打标技术系统与控制软件的研究[D]．天津：河北工业大学，2004．
[9]Li Hong-lai，Lin Shu-zhong，SUN Hui-lai，．Study of Helical Oil Grooved Journal Bearing and Laser Processing for the Grooves[A]．Kluwer
Academic Publishers．Europe-Asia Symposium on advanced Engineering Design and manufacturing for globalization2004(EASED2004)[C]．2004．
[10]刘文学，王涛，姚建铨．激光电视高速扫描系统的设计与研究[J]．激光杂志，2003，24(5)：75-77．
[11]王涛，姚建铨，李喜福，等．准连续Nd:YAG倍频高功率绿光激光器的研究[J]．光电子激光，2002，13(6)：20-22．
[12]SUN Hui-lai，LIN Shu-zhong，LI Hong-lai，．Research on the Optical Focusing System in the Laser Manufacturing[A]．Northwestern
Polytechnical University Publisher．Europe-Asia Symposium on Advanced Engineering Design and manufacturing for globalization2004[C]．2004．Application&Development of Laser Manufacturing Technology
LIN Shu-zhong，SUN Hui-lai
(School of Mechanical Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin300130，China)
：The properties,the application&development situation and the tendencies of laser manufacturing technol-
ogy are presented.And the opportunity and challenge of laser manufacturing technology in our nation is presented and which countermeasure should be adopted.
：laser manufacturing；laser technology；development and tendency
作者简介：林树忠，教授、博士生导师，国务院政府特殊津贴专家，河北省优秀专家．现任河北省机电一体化工程技术中心常务主任，机械系主任，全国机床学
研究会华北分会副理事长，光机电一体化研究所所长．研究领域：激光加工技术、
机电成套自动化设备、CAD/CAM．获国家科技进步三等奖1项，省部级三等奖2
项，其它奖5项，发表论文40余篇．
联系电话：022-********；：linshuzhong@https://www.wendangku.net/doc/3e14625875.html,