激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用讲解

SpecialReports 2002年第3期

综述

激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用LaserMicromachiningandItsApplicationintheMicrofabricationofMEMS

潘开林①②陈子辰②傅建中①

(①浙江大学生产工程研究所②桂林电子工业学院)

摘要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准

分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。

关键词:激光微细加工微机电系统激光LIGA1所示[5]。

表1MEMS主要微制造技术对比

技术

LIGA

1MEMS及其微制造技术概述

微机电系统(ME,,知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。MEMS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。MEMS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio-Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uTAS)、芯

最小尺寸

+++--(+)-(+)+++

精度

+++--(+)++-+

高宽比粗糙度

++-+-+++++++

++--+-++

几何自

由度

+-++++++--

材料范围金属、聚合物、

陶瓷金属、聚合物金属、聚合物、

陶瓷聚合物金属、半导体、

陶瓷金属、半导体非铁金属、聚合物

技术准分子激光微细立体光刻微细电火化

LCVD

金刚石片实验室(LabonChip),与光学集成形成微光机电系统(MOEMS)等。MEMS是从微电子技术发展而来,其微制造技术

注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。

在目前MEMS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。

实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了MEMS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。

在MEMS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIGA、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。

主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工MEMS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的MEMS微制造技术。

(1)LIGA技术LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。

(2)材料去除加工技术这类技术主要包括准分

子激光微细加工[1～4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。(3)材料淀积加工技术这类技术主要包括激光

7]

辅助淀积(LCVD)、微细立体光刻[6、、电化学淀积等。

2准分子激光直写微细加工及其在MEMS中

的应用

准分子激光以其高分辨率、光子能量大、冷加工、

?5?

综述SpecialReports2002年第3期

直写加工特性以及对加工材料广泛的适应性使其成为一种重要的MEMS微细加工技术。其加工系统原理如图1。

在准分子激光微细加工系统中,大多采用掩膜投影加工,也可以不用掩膜,直接利用聚焦光斑刻蚀工件材料,综合激光光束扫描运动与X-Y

工作平台的相对运动以及Z方向的微进给,实现三维微结构加工,其原理与快速成型制造系统类似。一般的光束处理与调整环节包括准分子激光器、声光调制器、

衰减器、光束匀化器与显微物镜等。声光调制器控制准分子激光的通断;衰减器调节激光束能量;;PCB工业与平板显示器等

。

图2采用动态掩膜制作图3采用动态工件制作

的微流体通道

的微光学表面

3,它是德文光(Galvanoformung)、模铸(Abformung)

,主要包括三个工艺:深层同步辐射软X射线光刻、电铸成型及铸塑。它最大的特点是能制作高径比很大的塑料、金属、陶瓷的三维微结构,广泛应用于微型机械、微光学器件制作、装配和内连技术、光纤技术、微传感技术、医学和生物工程方面。从而成为MEMS极其重要的一种微制造技术。目前,美、欧等国已有运用LIGA技术批量生产微构件商品销售。

LIGA技术具有优越的微结构制造性能的同时,缺

微物镜用于光束聚焦为了满足不同的加工批量与结构形状需求,按在加工过程中掩膜与工件(工作台)之间的相对关系可以将准分子激光微细加工系统分为三类[3]。

(1)静态掩膜与工件在该模式加工过程中,掩膜与工件都保持静止。加工的微结构小而简单,或由规则的几何形状重复构成。该方法主要用来加工微细孔。对于其它复杂形状的微结构,只要在掩膜上激光光束区包含该图形,则可以加工。严格地说,该方法只能加工平面结构,无法加工真正意义上的三维微结构。该方法有两种改进加工模式:一是当基本的图形单元加工完成后,工件在水平方向运动一定位置,重复加工掩膜图形;二是当某一掩膜图形加工完成后,更换另一掩膜,直到所有掩膜加工完毕。

(2)动态掩膜或工件

点同样突出,同步X射线价格昂贵。激光LIGA技术[8]用准分子激光深层刻蚀代替X射线光刻,从而避开了高精密的X射线掩膜制作、套刻对准等技术难题,同时激光光源的经济性和使用的广泛性大大优于同步辐射X光源,从而大大降低LIGA

工艺的制造成本,使LIGA技术得以广泛应用。尽管激光LIGA技术在加工微构件高径比方面比X射线差,但对于一般的微构件加工完全可以接受。此外,激光LIGA 工艺不象X射线光刻需要化学腐蚀显影,而是“直写”刻蚀,因而没有化学腐蚀的横向浸润腐蚀影响,加工边缘陡直,精度高,光刻性能优于同步X射线光刻。激光LIGA技术与X射线LIGA技术的对比见表2。

表2激光LIGA技术与X射线LIGA技术对比

X射线LIGA

在该模式加工过程中,掩膜或工件有一方在运动。

通过精确控制在深度方向的能量梯度(脉冲数不同),从而可以制作斜面结构。该加工特性使其在微流体器件、MOEMS制作方面具有广泛的用途。采用动态掩膜制作微流体通道与动态工件制作微光学的应用实例如图2与图3所示。

(3)动态掩膜与工件(同步)在该模式加工过程中,掩膜与工件保持同步运动,因而该模式又称为同步扫描。由于掩膜投影有一定的缩小倍数(M),因此必须精确控制掩膜的运动位移是工件的M倍。该加工模式主要用于前述加工模式无法达到的较大图形的加工,主要应用领域为图形印刷、?6?

激光LIGA

掩膜类型微结构形态横向精度高宽比生产类型

铬掩膜、中间掩膜、动态掩膜无掩膜(仅需可变孔)

准三维微结构数百纳米大于100批量生产

接近三维结构几个微米小于10快速成形、批量生产

3D加速度传感器是一种结构相当复杂的MEMS

系统,采用一般的微细加工方法工艺复杂,且难以保障

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其性能。采用激光LIGA技术与牺牲层技术相结合的方法,只需简单的工艺就能可靠地制作出3D加速度传感器,如图4

。

综述

此外,激光光源以及光学系统性能的改进与提高,

都为激光微细立体光刻技术的推广应用创造了有利条件

。

图5无支撑层工艺与传统工艺对比及其应用示意

图4激光LIGA技术与牺牲层技术结合制作的3D加速度计

5IC工艺的微细加工

MEMS微细加工材料、生产批量、,以及准分子激光以其高空间分辨率和冷加工特性在MEMS材料制备、激光LIGA、微流体全分析系统、微光学构件以及MEMS封装等微制造领域得到了广泛的重视与研究。

参考文献

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3NadeemH.Rizivi,PhilT.Rumsby,MalcolmC.Gower.NewDevelopments andApplicationsintheProductionof3DMicro-structuresbyLaserMicro-

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8M.Abraham,J.Arnold,W.Ehrfeld,K.Hesch,https://www.wendangku.net/doc/4d10393025.html,ser-LIGA:ACost SavingProcessforFlexibleProductionofMicrostructures,ProceedingsofSPIE1995,2639 4激光微细立体光刻及其应用

激光微细立体光刻技术[6]术主要是立体光刻(SLA)工艺,故,称为微细立体光刻(或uSL)。同其他微细加工技术相比,微细立体光刻技术最大的特点是不受MEMS 器件或系统结构形状的限制,可以加工包含自由曲面在内的任意三维结构。此外,该技术还有加工时间短、成本低、加工过程自动化等优点,为MEMS批量化生产创造了有利条件。该技术的局限性在于两方面:一是精度较低。目前基于快速成型的

μm左MEMS微细加工技术的最高水平方向的精度在1

μ右,垂直方向的精度大约在3m左右,显然这一精度

无法同基于IC的硅微细加工工艺相比。二是使用材料受到一定的限制。目前的树脂材料在电性能、机械性能、热性能方面与硅材料相比有一定的差距。

由于激光微细立体光刻技术的固有优势,得到了大力研究与开发。近年来,在提高精度与效率方面有如下发展方向:

(1)以面曝光代替点曝光,从而进一步缩短加工时间,提高生产效率;

(2)在材料方面,研究开发出更高分辨率的光固化树脂,如已研究开发出的双光近红外光聚合树脂,为高精度制造奠定了良好基础;

(3)在工艺方面,研究开发无需任何支撑结构或牺牲层的工艺[7],以及与平面微细加工工艺的集成,从而进一步简化工艺,提高加工精度与生产柔性。图5所示为无支撑层工艺与传统工艺对比及其应用示意。

第一作者:潘开林,浙江杭州,浙江大学生产工程研究所,邮编:310027,电

话:(0773)5601558

(编辑符祚钢)

(收稿日期:2001-11-26)

?书讯?《实用数控加工技术》

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?7?

激光微技术

1987 年美国科学家提出了微机电系统(MEMS)发展计划，这标志着人类对微机械的研究进入到一个新的时代。目前，应用于微机械的制造技术主要有半导体加工技术、微光刻电铸模造(LIGA)工艺、超精密机械加工技术以及特种微加工技术等。其中，特种微加工方法是通过加工能量的直接作用，实现小至逐个分子或原子的去除加工。特种加工是利用电能、热能、光能、声能、化学能等能量形式进行加工的，常用的方法有：电火花加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电解加工等等。近年来发展起来一种可实现微小加工的新方法：光成型法，包括立体光刻工艺、光掩膜层工艺等。其中利用激光进行微加工显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。 2 常用激光微加工技术 激光微加工技术具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点[1]。实际上，激光微加工技术最大的特点是“直写”加工，简化了工艺，实现了微型机械的快速成型制造。此外，该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，可谓“绿色制造”。在微机械制造中采用的激光微加工技术有两类：1) 材料去除微加工技术，如激光直写微加工、激光LIGA 等；2)材料堆积微加工技术，如激光微细立体光刻、激光辅助沉积、激光选区烧结等。 2.1 激光直写技术 准分子激光波长短、聚焦光斑直径小、功率密度高，非常适合于微加工和半导体材料加工。在准分子激光微加工系统中，大多采用掩膜投影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蚀工件，将准分子激光技术与数控技术相结合，综合激光光束扫描与X-Y 工作台的相对运动以及Z 方向的微进给，可以直接在基体材料上扫描刻写出微细图形，或加工出三维微细结构[2]。图1 为准分子激光加工出来的微型齿轮，最小齿轮直径为50mm。目前采用准分子激光直写方式可加工出线宽为数微米的高深宽比微细结构。另外，利用准分子激光采取类似快速成型(RP)制造技术，采用逐层扫描的方式进行三维微加工的研究也已取得较好结果[3]。 2.2 激光LIGA 技术

激光加工技术及其应用(精)

激光加工技术及其应用 概述: 激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。 在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点 (1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工; (2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题; (3、工件不受应力,不易污染; (4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工; (5、激光束的发散角可小于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十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工; (6、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; (7、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。

2.基本原理 激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。以红宝石激光器为例,它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋,但却能在 3mm的钢板上钻出一个小孔。激光拥有上述特性,并不是因为它有与别不同的光能,而是它的功率密度十分高,这就是激光能够被广泛应用的主要原因。激光加工技术先进性激光的上述特性给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的优势。由于激光加工是无接触加工,对工件无直接冲击,所以无机械变形。激光加工过程中无刀具磨损,无切削力作用于工件;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影响或影响极小,因此受其热影响的工件热变形小,后续加工量少。激光束易于导向、聚焦,能够便捷地实现方向变换,使其极易与数控系统配合,对复杂的工件进行加工。因此,它是一种极为灵活的加工方法,具备生产效率高、加工质量稳定可靠、经济效益和社会效益好等优点。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于航空、汽车、机械制造等国民经济重要部门,在提高产品质量、劳动生产率、自动化、降低污染和减少材料消耗等方面起到重要的作用。激光切割激光切割一直是激光加工领域中最为活跃一项技术,它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,通过与计算机控制的自动设备结合,使激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改十分方便。激光切割技术的出现使人类可以切割一些硬度极高的物质,包括硬质合金,甚至金刚石。高科技已经让“削铁如泥”的传说变成了现实。激光切割技术是激光加工技术应用的重要方面之一,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

表面微细加工技术

表面微细加工技术 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能(表面技术)，以机械化和自动化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表 面的性能。 微细加工技术采用全自动方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺自动化而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 ?光刻是一种以光复印图形和材料腐蚀相结合的表面精密加工技

术。前者是使图形复印到基片表面的光刻胶上，后者是把图形刻蚀到基片表面的各层材料(如Si02、Si3N4、多晶硅、铝等)上。 光刻胶上图形的复印是通过曝光和显影完成的。限制图形重复性及分辨率的主要因素，是图形加工过程中所涉及到的物理和化学问题。 ?在集成电路生产中，要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所不同，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶7个步骤。 ?涂胶就是在SiO2或其他薄膜表面涂一层粘附良好、厚度适当、厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的基片表面必须清洁干燥。生产中最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时基片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。涂胶的厚度要适当。 ?胶膜太薄-----针孔多，抗蚀能力差；

激光加工技术的原理及应用

激光加工技术 摘要 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种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。 关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、 引言 激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。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，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。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。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。

正文 1﹑激光加工技术的原理及其特点 1．1激光加工的起源 早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。 1.2激光加工的原理 激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。 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。 从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达107～1012瓦／厘米2，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。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。

浅谈激光加工技术的发展及应用

浅谈激光加工技术的发展及应用 浅谈激光加工技术的发展及应用 【摘要】因为激光的加工技术的优点是生产的效率极高、加工的质量极好、适用的范围很广等，所以越来愈多的人希望在很多的领域中使用激光加工技术。本文介绍其相关的理论，重点论述其发展和应用。 【关键词】激光加工技术相关理论发展应用 一、前言 近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。 二、激光加工技术相关理论 笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。 （一）原理 激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。 （二）特点 激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以

可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。 三、激光加工技术的发展及应用 近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。 （一）激光加工技术的发展 了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。 迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。 广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。 （二）激光加工技术的应用 激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔

微细加工技术概述及其应用

2011 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在学科:机械设计及理论 学生姓名:杨嘉 学号:10S008214 学生类别:学术型 考核结果阅卷人

微细加工技术概述及其应用 摘要 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。 关键词：微细加工；电火花；微铣削 1微细加工技术简介及国内外研究成果 1.1微细加工技术的概念 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。 现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，微细超精密加工的主要方法如下： 微细电火花加工技术的研究起步于20世纪60年代末，是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来熔化和汽化蚀除金属的一种加工技术。由于其在微细轴孔加工及微三维结构制作方面存在的巨大潜力和应用背景，得到了

激光加工技术的应用研究

激光加工技术的应用研究 摘要：激光加工技术作为一门科学技术，广泛应用于许多工程领域。作为科学发展中出现的一种全新产物，该技术为国防军事、工业机械和农业商业等领域带来了诸多便利。科学技术的不断进步推动着施工质量在提高，激光技术也在不断改进。激光加工技术在工程机械制造中的应用是本文研究的重点，目的是与行业相关人员讨论如何更有效地提高机械产品的制造精度和质量。 关键词：激光加工；机械制造；应用 引言 日益提升的国民经济水平下，信息现代及激光技术也得到了进一步发展。激光技术凭借自身的多项优点，在军事、医学等相关领域之中得到了普遍认可。可以说，激光技术在各个行业之中都属于一项顶尖的技术，是各领域应用激光而产生的一系列技术，备受各国相关人员的重视。 1激光技术工作原理 激光具有单色波长、平行光束的性能特征。科学实验中，采用电管依托光或电流的能量撞击个别原子里含有易激发物质或晶体，原子所带电子在经历了撞击之后处于高能量状态，而高能量电子逐渐朝着平和低能量转化并完成之后，原子会有更大能量产生，进而有光子发出；该状态下，释放出来的光子会继续撞击原子，而原子在撞击下会有光子继续产生，重复撞击、释放这一循环过程，且是以同一运行方向进行的，会集中形成一束具有极强能量的该方向的光，即为激光原理。聚集之后形成的激光具有强大的能量，各类材质即可穿透。如红宝石激光输出脉冲尽管不具备能让冷水沸腾的能量，然而却能将5mm钢板穿透。而激光虽然具有一般的光能，但却具备极高的功率密度和强大的穿透力，是一般光束根本无法达成的，也正是因为激光的该优势，因此在各个行业领域之中得到了广泛地应用。 2激光加工概述 激光的全称是受激辐射光放大，如何从技术上实现数反转是激光产生的必要条件，当高能粒子与特定频率的光子发生入射时，高能级的粒子会有一定的概率跃至低能级。除此之外，粒子会辐射出与外光子频率、相位、偏振和传播方向相同的光子，上述过程就是受激辐射。受激辐射就意味着原始光信号会被放大，受激光辐射过程中衍生出的光被称为激光。激光的显著特点主要有：亮度极高、指向性强、色度比较单一、相干度较高等。随着工业技术近年来的技术改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技术在制造业中扮演着越来越重要的角色。 2.1激光切割 激光切割是借助高能量密度的激光束对器件进行强光照射，目的是使照射温度迅速上升。物料气化后，蒸汽会在短时间内被迅速排出或熔化，而辅助气体会为液体的顺利排出提供一定的帮助，进而形成相应的狭缝。激光切割通常会被用于加工钢、铝合金、钛合金等常见金属材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料也是激光切割的切割对象。值得一提的是，激光切割是一种非接触加工工艺，切割过程中工件并不会出现机械变形，激光束不会对不受激光照射的工件产生影响，其热冲击面积小，工件的热变形校激光切割快速灵活，节省投资和生产成本。在汽车工业中，三维激光切割逐步取代冲切模和切边模成为生产车身板件的主要切割技术，相较于传统技术节省了大量的切割时间。在工程机械行业，日本以激光

飞秒激光超微细加工技术简介

飞秒激光超微细加工技术简介 摘要：本文首先简单地介绍了飞秒激光和超微细加工技术飞秒激光加工技术的技术背景，然后较为详细地介绍了飞秒激光超微细加 工技术及其特点与应用，结合飞秒激光超微细加工技术的特点 将其与其它的微机械加工技术进行了比较，最后分析飞秒激光 超微细加工技术的发展趋势和应用前景。 关键词：飞秒激光超微细加工技术飞秒激光超微细加工 Femtosecond laser micro machining technology Introduction Abstract: This paper first briefly describes the technical background of the femtosecond laser and micro machining technology and femtosecond laser micro machining technology, then a more detailed description the femtosecond laser micro machining technology and its features and applications, combined with the femtosecond laser micro machining technology will be characterized by with other micro-machining technology, the final analysis of the femtosecond laser micro machining technology trends and application prospects. Keywords:femtosecond laser micro machining technology femtosecond laser ultra-fine processing 0引言 激光（Laser,即Light Amplification by stimulated Emission of Radiation的缩写），意思是利用辐射受激得到的加强光，激光加工（Laser Beam Machining）就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去。【1】用聚焦的方法，把激光束汇聚在面积很小的一个区域，从而在该区域提供足够的热量使该区域的材料荣华或者气化从而达到机械加工的目的，显然激光加工是一种非接触式的加工，可以用于各种材料的微细加工。知道了什么是激光加工，那么飞秒激光超微细加工和普通的激光加工又有什么区别呢？

激光加工技术发展的研究

激光加工技术发展的探究 摘要:激光加工是将激光束照射到工件的外表，以激光的高能量来切除、熔化质料以及转变物体外表性能。由于激光束的能量和光束的移动速率均可调治，因此激光加工可应用于任意层面和领域上。本文分别从激光加工技术的原理及其应用综合品评了激光加工较传统加工技术的良好性,说明其在制造行业中不行替换的作用.结合我国激光加工制造现状与国际的差距,对我国激光加工业发展做了良好的预测.在阐发外国研究动向的基础上，指出激光制造技术的发展趋向,将重点定位在微结构、微刻蚀、微工具以及多功效性微技术、微工程的研究与开发上。可以预测，三维微纳尺度的激光微制造技术必将成为新世纪的主流制造技术。 关键词:激光加工激光制造体系技术发展 1.前言 激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。其高相干性在高细密丈量、物质结构阐发、信息存储及通讯等领域得到了普遍应用。激光的高单色性，可在光化学领域对一些相距很近的能级作选择引发，进行重金属的同位素疏散；激光的高偏向性和高亮度可普遍应用于加工制造业（大到航天器、飞机、汽车工业，小到微电子、信息、生物细胞疏散等微技术）。随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不停改造与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗透到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或革新某些传统的加工行业。 2.正文 激光制造技术包括两方面的内容，一是制造激光光源的技术，二是使用激光作为工具的制造技术。前者为制造业提供性能优良、稳固可靠的激光器以及加工体系，后者使用前者进行各种加工和制造，为激光体系的不停发展提供广阔的应用空间。两者是激光制造技术中不可或缺的部分，不行偏废。激光制造技术具有许多传统制造技术所没有的优点，是一种切合可持续发展战略的绿色制造技术。比如，质料浪费少，在大规模生产中制造资本低；凭据生产流程进行编程控制（自动化），在大规模制造中生产屈从高；可靠近或到达“冷”加工状态，实现通例技术不能实验的高细密制造；对加工工具的顺应性强，且不受电磁干扰，对制造工具和生产情况的要求低；噪声低，不孕育发生任何有害的射线与剩余，生产历程对情况的污染小等等。因此，为顺应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。现在正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特性的激光，尤其是能顺应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。可以

微细加工技术及其应用

微细加工技术及其应用 Last revised by LE LE in 2021

微细加工技术及其应用 微细加工技术是由瑞士BinC公司发明的一种新型加工工艺，在2004年法国巴黎举办的国际表面处理展览会（SITS）和2004年在法国里昂举办的ALLIANCE展览会上荣获2项发明奖。微细加工工艺和设备拥有国际专利。 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能（表面技术），以机械化和化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表面的性能。 微细加工原理 微细加工技术采用全方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺化；而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 微细加工技术的一个突出优点是能够赋予零件表面新的微观结构。这些微观结构能提高零件表面对特定应用功能的适应性。如减小摩擦和机械差异、提高抗磨损性能、改善涂镀前后表面的沉积性能等。 总的说来，超精增亮可去除次级微观粗糙表面，次级粗糙表面的厚度在0～20μm之间，位于零件表面初级微观粗糙面的峰尖之间。而超精抛光则部分或整体去除初级微观粗糙表面，其值在10～40μm之间，当然这取决于零件材料表面的初始状态。

微细加工技术迄今能够加工的材料有退火及淬火钢、铜及铜合金、铸铁、Inconel镍合金（镍基合金）、钛金属、表面硬涂层处理前后的预处理（PVD、CVD、电镀）。 技术专利 微细加工技术是一种有选择性地精修被加工对象表面微观粗糙度和拓扑结构的创新性微观加工工艺。这种机械化学加工工艺是一种全化的加工工艺，适用于汽车制造、电子、化工、冶金、机械制造、航空制造等行业，尤其是模具、刀具和机床工具、高精密零件、光学器件，以及硬涂层处理前后的表面预处理加工。 微细加工技术的应用 微细加工技术通过改变材料表面的微细结构，能够减小摩擦、提高抗磨损性能，显着地提高材料的表面性能，在刀具行业具有广阔的应用前景。如采用超精增亮技术，彻底消除次级微观粗糙表面，减小摩擦，能够提高刀具的排屑性能，降低切削力；而保持初级粗糙表面，有利于润滑油膜，提高刀具的排屑性能，减少发热；如果在涂层处理前优化预处理涂层基面，或者在涂层之后彻底清除涂层引起粗糙表面，则能够提高PVD涂层的附着性能，延长刀具的使用寿命，消除刀具表面的积屑瘤问题。 这种创新的加工工艺近几年来在诸多工业领域的实际应用清楚地表明，微细加工技术能够大幅降低超精加工的成本；极大地缩短生产周期；方便地提高表面的质量，并且采用这种加工工艺加工出来的表面具有无以伦比的一致性和再现性。

研究方向---飞秒激光微加工技术

飞秒激光微加工技术国内外的研究现状 超短、超强和高聚焦能力是飞秒激光的3大特点。飞秒激光脉宽可短至4 fs(1 fs=10-15 s)以内…，峰值功率高达拍瓦量级(1 Pw=1015w)聚焦功率密度达到1020-1022 W／cm2。飞秒激光可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域，实现对玻璃、陶瓷、半导体、塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加工，具有其它激光加工无法比拟的优势：①耗能低，无热熔区，"冷"加工；②可加工的材料广泛：从金属到非金属再到生物细胞组织，甚至是细胞内的线粒体；③高精度、高质量、高分辨率，加工区域可小于焦斑尺寸，突破衍射极限； ④对环境没有特殊要求，无污染。飞秒激光微加工是当今世界激光、光电行业中极为引人注目的前沿研究方向。世界各国学者在飞秒激光与材料相互作用机理研究方面已取得重大的进展，开发出以钛宝石激光器为主的飞秒激光微加工系统，开展了飞秒激光微纳加工的工艺研究，促进了多学科的融合，推动着飞秒激光微纳加工技术向着低成本、高可靠性、多用途、产业化的方向发展。飞秒激光微加工技术将在超高速光通讯、强场科学、纳米科学、生物医学等领域具有广泛的应用和潜在的市场前景。本文旨在综述飞秒激光微加工技术国内外的研究状况，介绍飞秒激光微加工的重要应用，展望其今后的发展趋势。 1 国内外飞秒激光微加工技术研究状况 1．1飞秒激光微加工基础理论的研究 飞秒激光加工机理的研究、试验大多是探索陛的，多与长脉冲情形相比较而确定飞秒激光的烧蚀特性，在一定程度上解释了飞秒激光与物质相互作用的物理本质。目前理论研究较系统的材料有金属和透明介质。 (1)金属前苏联Anisimov SI等人于1975年第一次提出了超短脉冲烧蚀金属材料的双温模型。该模型从一维非稳态热传导方程出发，考虑到超短脉冲作用时，存在光子与电子、电子与晶格两种不同的相互作用过程，列出了电子与晶格的温度变化微分方程，即双温方程。一些学者以该模型为基础，在不同的激光脉宽下对双温方程进行约化，求得解析解"-。发现当激光脉宽远远小于晶格的受热时间时，烧蚀时间不依赖于激光脉宽。试验得到的金属铜材料的烧蚀速率与双温模型基本一致。1999 年，Falkovsky L A和Mishchenko E G基于玻尔兹曼方程和费米狄拉克配分函数提出热电子爆炸模型来描述金属材料中的超快形变。2002年，chen J K等人综合双温模型及电子爆炸模型，假定单轴应变三维高压条件，提出了一系列相关联的瞬时热弹性变形方程。数值结果表明，超短激光脉冲烧蚀过程中，非熔融态损伤占支配地位，这种非熔融态损伤的主要动力来源于热电子爆炸力。 (2)透明介质1990年，Hand D P和RusseU P St J根据K-K(Kmmers-Kronig)因果关系提

激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用讲解

SpecialReports 2002年第3期 综述 激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用LaserMicromachiningandItsApplicationintheMicrofabricationofMEMS 潘开林①②陈子辰②傅建中① (①浙江大学生产工程研究所②桂林电子工业学院) 摘要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准 分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。 关键词:激光微细加工微机电系统激光LIGA1所示[5]。 表1MEMS主要微制造技术对比 技术 LIGA 1MEMS及其微制造技术概述 微机电系统(ME,,知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。MEMS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。MEMS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio-Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uTAS)、芯 最小尺寸 +++--(+)-(+)+++ 精度 +++--(+)++-+ 高宽比粗糙度 ++-+-+++++++

++--+-++ 几何自 由度 +-++++++-- 材料范围金属、聚合物、 陶瓷金属、聚合物金属、聚合物、 陶瓷聚合物金属、半导体、 陶瓷金属、半导体非铁金属、聚合物 技术准分子激光微细立体光刻微细电火化 LCVD 金刚石片实验室(LabonChip),与光学集成形成微光机电系统(MOEMS)等。MEMS是从微电子技术发展而来,其微制造技术 注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。 在目前MEMS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。 实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了MEMS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。 在MEMS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIGA、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。 主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工MEMS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的MEMS微制造技术。 (1)LIGA技术LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。 (2)材料去除加工技术这类技术主要包括准分 子激光微细加工[1～4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。(3)材料淀积加工技术这类技术主要包括激光 7] 辅助淀积(LCVD)、微细立体光刻[6、、电化学淀积等。

激光切割技术的原理及应用

1. 激光切割技术简介 (2) 1.1激光切割技术概述 (2) 1.2激光切割技术的原理 (4) 1.3激光切割技术的发展历史 (5) 2.激光切割的特点 (6) 2.1激光切割的总体特点 (6) 2.2 CO2激光切割技术的特点 (7) 2.3半导体激光切割机 (8) 2.4光纤激光切割机 (8) 3. 激光切割技术的应用及发展前景 (10) 3.1激光切割技术的市场现状 (10) 3.2激光切割技术的应用 (12) 结论 (13)

材料12A文修曜 摘要 激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。 Abstract The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials. 关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用 1.激光切割技术简介 1.1激光切割技术概述 激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代

激光加工技术应用领域研究(通用版)

When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 激光加工技术应用领域研究(通 用版)

激光加工技术应用领域研究(通用版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 激光加工技术作为一项高新技术一直是国家重点支持和推动的，在国家制定中长期发展规划时，也将激光加工列为关键支撑技术，这就给激光加工技术应用带来前所未有的发展机遇。本文就对激光加工技术的在快速制造应用领域进行简单的探讨。 激光快速制造技术弥补了激光烧结工艺中的不足。现代激光技术的应用，采用了专门研发的、申请了专利保护的激光照射方案，使用了标准钢材粉末为原料的技术，获得了巨大的成功，可制造出无收缩的、几乎是百分之百密实的零部件。现在，在使用正品原材料的情况下可以制作大型的零件，如强力冷却的模具型芯。所用材料的特性与大批量生产时所用的钢材相同，使制造出来的零件满足了大批量生产的条件。铝合金铸造厂采用这种工艺技术为汽车生产厂制造铝合金材料的压铸模具。 激光快速制造技术是一种“常规的”生产制造工艺，它使得所有可以焊接的金属材料，如不锈钢、耐热钢和调质钢，按照一层层焊接

材料工程新工艺新技术论文——激光切割的原理及应用

激光切割的原理及应用 【摘要】 激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料 【关键词】激光切割的原理 激光切割的分类及特点 激光切割技术的应用 1.概述 激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。 因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。 2.激光切割的原理 在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms 范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了（原理图见图2）[1]。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。与计算机控制的自动设备结合, 激光束具有无限的仿形切割能力, 切割轨迹修改方便通过预先在计算机内设计, 进行众多复杂零件整张板排料, 可实现多零件同时切割 , 图 2激光切割的原理图 图 1 激光切割

激光微细加工技术的研究与应用

激光微细加工技术的研究与应用

激光微细加工技术的研究与应用 摘要 激光加工的实质是激光将能量传递给被加工材料，被加工材料发生物理或 化学变化，使其达到加工的目的。激光微细加工技术是指加工精度O.1mm_lμm 的激光加工技术。激光微加工的应用范围十分广泛，尤其在集成电路芯片的制造、计算机外设以及通讯等方面的应用推动了信息产业革命，在电子、仪表、 航空航天工业中，激光微细加工可以高效率高质量地完成微细小孔、划片微调、切割、焊接以及标记等加工，其中以准分子激光的应用最为广泛，准分子激光 除做常规的钻、切、划加工外，还可用掩模法直接在工件上生成图案。目前的 研究进展已经显示，激光微技术是有发展潜力的三维微制造技术，将可能成为 微系统制造的主流技术之一，并已是激光加工技术及产业发展研究开发的重点 之一。激光微技术将是21世纪高新技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一。 关键词：激光微细加工；制造技术；优点；应用；孔加工；发展趋势 一、激光微细加工技术简介 激光加工是将激光束作用于物体表面而引起物体形状或性能改变的加工过程，其实质是激光将能量传递给被加工材料，被加工材料发生物理或化学变化，使其达到加工的目的。加工技术可以分为4个层次：一般加工、微细加工(加工精度O.1mm_lμm)、精密加工(加工精度1μm -O.1μm)和超精密加工(加工精度 高于O.1pm)。激光具有高单色性、高方向性和高亮度的优点 . 在理论上将相 干光聚焦后形成直径为亚微米级的光点 , 温度高达 10000 ℃以上 , 可在千 分之几秒内急剧熔化和汽化各种材料。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。其工作原理：激光器由激光工作物质、激励 能源、全反射镜和部分反射镜构成的光谐振腔组成，当工作物质被光或放电 电流等能源激发后 , 在一定的条件下可以使光得到放大 , 并通过光谐振腔的 作用产生光的振荡 , 由光谐振腔的部分反射镜输出激光，由激光器发射的激 光束通过透镜聚焦到工件的待加工表面 , 对工件进行各种加工。激光加工技 术不仅可以方便地加工硅、金刚石、石英、人造金刚石、玻璃、陶瓷和硬金属 等材料，也可以对容易产生塑性流动的低硬度聚合物材料进行精确的加工。激 光加工同样也适合于精密和形状复杂的零件的加工，同时，激光加工还适用于 表面的亚微米加工，能够加工传统方法难以实现的孔或空腔。