激光加工技術的研究發(fā)展現(xiàn)狀

劉曉婉

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

激光加工技術的研究發(fā)展現(xiàn)狀

劉曉婉

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

激光加工技術已成為21世紀眾多領域不可或缺的重要技術之一。本文對激光加工技術的原理與特點做了簡要介紹，同時分析了激光加工技術中幾種重要技術的最新研究進展情況。

激光加工；激光技術；研究現(xiàn)狀

激光加工技術是20世紀60年代初發(fā)展起來的一門學科，具有巨大的技術潛力。經(jīng)過多年發(fā)展，已成為先進制造技術中不可缺少的組成部分。它因具有單色相、平行性和相干性三大特征而特別適用于材料加工。所以被應用于打孔、焊接、熱處理等眾多領域。

由于激光加工具有良好的時間、空間控制性，工件表面變形小，加工速度快，加工材料種類多等特點，非常適合自動化加工。而被加工材料的形狀、尺寸、環(huán)境要求低。因此，激光加工技術為質(zhì)量好、效率高和成本低的加工技術開辟了廣闊空間。

1.激光加工技術的原理與特點

1.1激光加工技術的原理

激光加工是以激光為熱源對工件進行熱加工。其主要原理是：將激光束照射到工件表面，以激光的超高能量來切除、熔化材料及改變物體表面性能。由于激光加工時工具與工件不直接接觸，不會產(chǎn)生摩擦阻力，所以激光加工具有極快的加工速度，較小的受熱影響的范圍，并且不會產(chǎn)生噪聲。

1.2激光加工技術的特點

與常規(guī)熱加工相比，采用激光對材料進行加工，具有以下優(yōu)點：

（1）加工對象廣泛。激光可加工各種金屬和非金屬材料，特別用于加工高硬度、耐熱合金、以及陶瓷、寶石、石英、玻璃等硬而脆的非金屬材料。

（2）加工質(zhì)量好，精度高。由于激光能量密度高，加工的速度極快，工件變形小，可實現(xiàn)高速加工。加工效率遠超其他方法。對于采用激光平衡技術的PC機硬盤高速轉子，其轉子平衡精度可達微米或亞微米級。

（3）節(jié)省能源和材料消耗，熱變形小，可省略二次加工。經(jīng)濟效益高，同時激光加工設備操作維護成本低。

（4）激光加工公害小，可在極端環(huán)境下操作。

2.激光加工技術的研究現(xiàn)狀

激光加工被譽為“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段”，具有廣闊的應用前景。目前已成熟的激光加工技術有：激光快速成型技術、激光焊接技術、激光打孔技術、激光切割技術、激光打標技術、激光刻蝕技術、激光劃線技術、激光熱處理技術等。

2.1激光快速成型技術

激光快速成型技術是20世紀80年代發(fā)展起來的一門高新技術，目前已被廣泛應用于航空航天、汽車、玩具制造等行業(yè)。

為促進激光快速成型技術的發(fā)展，目前很多研究人員對該技術的理論進行深入研究，同時提出了很多新的加工方法和應用系統(tǒng)。

大連理工大學所在教研室提出了一種新型激光快速成型技術—輪廓失效快速成型法。該方法的成型材料是覆膜粉末，通過高能激光束的燒蝕形成制件的輪廓，并疊加成最終零件。結合該方法，他們優(yōu)化原有設備，提高該項技術的應用價值。為節(jié)省激光快速成型設備的加工時間、提高系統(tǒng)分層效率，多線程技術、改進的自適應算法、激光快速成型機的數(shù)控代碼等被應用于激光快速成型加工中。

通過建立焦點坐標與振鏡轉角的函數(shù)關系，河南科技大學的研究人員有效地提高了選擇性激光燒結快速成型設備定位系統(tǒng)的精度。江漢大學研究人員針對一維梯度材料零件和不同材料零件的激光快速成型的實現(xiàn)方法進行研究，同時其他人員對影響不同快速成型質(zhì)量的因素進行分析，為該方法拓寬了發(fā)展空間。

2.2激光焊接技術

激光焊接技術由于其焊接速度快、與工件無機械接觸、可焊接磁性材料等優(yōu)點，在電子、國防、儀表、電池等工業(yè)領域，醫(yī)療儀器以及許多行業(yè)中均得到了廣泛應用。

目前，研究人員對激光焊接技術的研究主要集中在關鍵技術研究、提高可加工材料利用率和拓寬應用領域等方面。

為有效提高激光焊接技術在熱塑性塑料的效率，中科院寧波材料技術與研究所的研究人員從理論入手，利用ANSYS對焊縫有關溫度場和應力場進行分析。理論上找出焊接參數(shù)對焊縫規(guī)律的影響，并通過實驗求出最佳工藝參數(shù)，為提高該技術的有效性提供了質(zhì)的借鑒的思路。

大功率盤形激光焊接是當前先進的激光焊接技術之一。廣東工業(yè)大學研究人員以304不銹鋼為研究對象，對金屬蒸汽和飛濺圖像進行分析，通過實驗證明上述兩項指標的特征參數(shù)很好地反映大功率盤形焊接的過程，為該方法關鍵技術的提升、焊接質(zhì)量的實時監(jiān)控提供了理論和實驗依據(jù)。同時他們以熔寬作為衡量焊接質(zhì)量的標準，以支持向量對兩個特征參數(shù)進行分類，進一步提高判別焊接類型的準確性。針對具體不同焊接材料，研究人員也進行了不同類關鍵技術的研究，如薄板材料、鋁合金材料等等。

同時，激光焊接新技術在大到汽車行業(yè)、農(nóng)機行業(yè)，小到電嘴導線修理、鈉硫電池等都有廣泛應用。

2.3激光切割技術

自1967年該技術實現(xiàn)以來，激光切割技術以其切割范圍廣、切割速度高、切縫窄、加工柔性好等優(yōu)點而廣泛應用。

近年來，研究人員將激光切割技術應用在改變電阻片阻值、調(diào)節(jié)傳感器感應距離、與拉布機結合，完成自動拉布、切割、送料功能，實現(xiàn)水下激光切割、數(shù)控機床加工技術等方面都取得了一定成果。同時，研究人員還研究了激光切割工藝參數(shù)對粗糙性、切縫寬度等切割質(zhì)量的影響，為該技術的發(fā)展提供了保證。

目前該技術在農(nóng)機制造業(yè)、造船業(yè)、加工業(yè)等行業(yè)都有廣泛應用，同時，在沖壓行業(yè)未來可能會替代部分修邊沖孔模具等，有利于降低整車開發(fā)成本，促進經(jīng)濟發(fā)展。

2.4激光打孔技術

激光打孔技術具有高精度、通用性強、效率高、成本低等顯著優(yōu)點，已成為現(xiàn)代制造領域關鍵技術之一。

為實現(xiàn)激光打孔機高質(zhì)、高效、高精度的打孔要求，武漢理工大學研究人員對某種型號激光打孔機床橫梁進行分析，討論了溫度對打孔精度的影響，為該類機床的橫梁設計提供了一定的有效參考。為選取更有利于激光打微孔的工藝參數(shù)，長春理工大學研究者利用有限元分析了激光打微孔過程中溫度場變化的情況，得出有關參數(shù)，并通過因素無重復試驗法和無互作用的正交性試驗法驗證了所選參數(shù)的有效性。同時，有研究人員對激光束的脈沖寬度、空間分布等因素對打孔質(zhì)量的影響也做了分析，為提高該技術的工藝性能提供了參考。

近年來，該項技術的應用領域也已拓寬到煙草行業(yè)、航空航天、消費品包裝行業(yè)、醫(yī)療等領域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

結語

激光加工技術已成為21世紀工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事、航空、航天等眾多領域不可或缺的重要技術之一。因此，研究人員們需要在技術上獲得優(yōu)先，在產(chǎn)品上注重產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)技術的研究，不斷提升激光加工技術的世界競爭力，不斷創(chuàng)新，讓激光加工技術得到不斷地進步和發(fā)展。

［1］林樹忠，孫會來.激光加工技術的應用及發(fā)展［J］.河北工業(yè)大學學報，2004，33（2）：77-82.

［2］宋威廉.激光技工技術的發(fā)展［J］.激光與紅外，2006（36）：755-758.

［3］左鐵釧. 21世紀的先進制造——激光技術與工程［M］.北京：科學出版社，2007.［4］ 邱星武.激光技術在材料加工領域的發(fā)展及應用［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2010，38（1）：60-63.

［5］ SUN Hui-lai， LIN Shu-zhong， WANG Jin-gang， et al. The Application of the Fuzzy Evaluation in Laser Micro-manufacturing System. Kluwer Academic Publishers［A］. EASED， 2004.

［6］孫會來，林樹忠.激光加工技術應用及發(fā)展趨勢［A］. 第十屆全國機床學術會議［C］. 2002，12：87.

［7］張劍鋒，張建華，趙劍鋒，等.激光快速成形制造技術的應用研究進展［J］.航空制造技術，2002（7）：34-37.

［8］趙樞明.新型激光快速成型設備的研制及工藝研究［D］.大連理工大學，2012.

［9］ 陳光霞，曾曉雁.SLM激光快速成型設備的設計與開發(fā)［J］.機械設計與制造，2010（8）：15-16.

［10］陳光霞，覃群.多線程技術在激光快速成型中的應用［J］.組合機床與自動化加工技術，2010（1）：72-74.

［11］賈倩，謝明利，胡占齊，等.激光快速成型機數(shù)控代碼的生成及實驗研究［J］.機械設計與制造，2009（6）：167-169.

［12］桑進軍，鐘艷如.改進的激光快速成型自適應分層算法［J］.機械設計與制造，2009（10）：24-26.

TN249

A