激光加工技术的研究发展现状

摘 要：激光加工技术已成为21世纪众多领域不可或缺的重要技术之一。本文对激光加工技术的原理与特点做了简要介绍，同时分析了激光加工技术中几种重要技术的最新研究进展情况。

关键词：激光加工；激光技术；研究现状

中图分类号：TN249 文献标识码：A

激光加工技术是20世纪60年代初发展起来的一门学科，具有巨大的技术潜力。经过多年发展，已成为先进制造技术中不可缺少的组成部分。它因具有单色相、平行性和相干性三大特征而特别适用于材料加工。所以被应用于打孔、焊接、热处理等众多领域。

由于激光加工具有良好的时间、空间控制性，工件表面变形小，加工速度快，加工材料种类多等特点，非常适合自动化加工。而被加工材料的形状、尺寸、环境要求低。因此，激光加工技术为质量好、效率高和成本低的加工技术开辟了广阔空间。

1.激光加工技术的原理与特点

1.1 激光加工技术的原理

激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。其主要原理是：将激光束照射到工件表面，以激光的超高能量来切除、熔化材料及改变物体表面性能。由于激光加工时工具与工件不直接接触，不会产生摩擦阻力，所以激光加工具有极快的加工速度，较小的受热影响的范围，并且不会产生噪声。

1.2 激光加工技术的特点

与常规热加工相比，采用激光对材料进行加工，具有以下优点：

（1）加工对象广泛。激光可加工各种金属和非金属材料，特别用于加工高硬度、耐热合金、以及陶瓷、宝石、石英、玻璃等硬而脆的非金属材料。

（2）加工质量好，精度高。由于激光能量密度高，加工的速度极快，工件变形小，可实现高速加工。加工效率远超其他方法。对于采用激光平衡技术的PC机硬盘高速转子，其转子平衡精度可达微米或亚微米级。

（3）节省能源和材料消耗，热变形小，可省略二次加工。经济效益高，同时激光加工设备操作维护成本低。

（4）激光加工公害小，可在极端环境下操作。

2.激光加工技术的研究现状

激光加工被誉为“未来制造系统的共同加工手段”，具有广阔的应用前景。目前已成熟的激光加工技术有：激光快速成型技术、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、激光划线技术、激光热处理技术等。

2.1 激光快速成型技术

激光快速成型技术是20世纪80年代发展起来的一门高新技术，目前已被广泛应用于航空航天、汽车、玩具制造等行业。

为促进激光快速成型技术的发展，目前很多研究人员对该技术的理论进行深入研究，同时提出了很多新的加工方法和应用系统。

大连理工大学所在教研室提出了一种新型激光快速成型技术—轮廓失效快速成型法。该方法的成型材料是覆膜粉末，通过高能激光束的烧蚀形成制件的轮廓，并叠加成最终零件。结合该方法，他们优化原有设备，提高该项技术的应用价值。为节省激光快速成型设备的加工时间、提高系统分层效率，多线程技术、改进的自适应算法、激光快速成型机的数控代码等被应用于激光快速成型加工中。

通过建立焦点坐标与振镜转角的函数关系，河南科技大学的研究人员有效地提高了选择性激光烧结快速成型设备定位系统的精度。江汉大学研究人员针对一维梯度材料零件和不同材料零件的激光快速成型的实现方法进行研究，同时其他人员对影响不同快速成型质量的因素进行分析，为该方法拓宽了发展空间。

2.2 激光焊接技术

激光焊接技术由于其焊接速度快、与工件无机械接触、可焊接磁性材料等优点，在电子、国防、仪表、电池等工业领域，医疗仪器以及许多行业中均得到了广泛应用。

目前，研究人员对激光焊接技术的研究主要集中在关键技术研究、提高可加工材料利用率和拓宽应用领域等方面。

为有效提高激光焊接技术在热塑性塑料的效率，中科院宁波材料技术与研究所的研究人员从理论入手，利用ANSYS对焊缝有关温度场和应力场进行分析。理论上找出焊接参数对焊缝规律的影响，并通过实验求出最佳工艺参数，为提高该技术的有效性提供了质的借鉴的思路。

大功率盘形激光焊接是当前先进的激光焊接技术之一。广东工业大学研究人员以304不锈钢为研究对象，对金属蒸汽和飞溅图像进行分析，通过实验证明上述两项指标的特征参数很好地反映大功率盘形焊接的过程，为该方法关键技术的提升、焊接质量的实时监控提供了理论和实验依据。同时他们以熔宽作为衡量焊接质量的标准，以支持向量对两个特征参数进行分类，进一步提高判别焊接类型的准确性。针对具体不同焊接材料，研究人员也进行了不同类关键技术的研究，如薄板材料、铝合金材料等等。

同时，激光焊接新技术在大到汽车行业、农机行业，小到电嘴导线修理、钠硫电池等都有广泛应用。

2.3 激光切割技术

自1967年该技术实现以来，激光切割技术以其切割范围广、切割速度高、切缝窄、加工柔性好等优点而广泛应用。

近年来，研究人员将激光切割技术应用在改变电阻片阻值、调节传感器感应距离、与拉布机结合，完成自动拉布、切割、送料功能，实现水下激光切割、数控机床加工技术等方面都取得了一定成果。同时，研究人员还研究了激光切割工艺参数对粗糙性、切缝宽度等切割质量的影响，为该技术的发展提供了保证。

目前该技术在农机制造业、造船业、加工业等行业都有广泛应用，同时，在冲压行业未来可能会替代部分修边冲孔模具等，有利于降低整车开发成本，促进经济发展。

2.4 激光打孔技术

激光打孔技术具有高精度、通用性强、效率高、成本低等显著优点，已成为现代制造领域关键技术之一。

為实现激光打孔机高质、高效、高精度的打孔要求，武汉理工大学研究人员对某种型号激光打孔机床横梁进行分析，讨论了温度对打孔精度的影响，为该类机床的横梁设计提供了一定的有效参考。为选取更有利于激光打微孔的工艺参数，长春理工大学研究者利用有限元分析了激光打微孔过程中温度场变化的情况，得出有关参数，并通过因素无重复试验法和无互作用的正交性试验法验证了所选参数的有效性。同时，有研究人员对激光束的脉冲宽度、空间分布等因素对打孔质量的影响也做了分析，为提高该技术的工艺性能提供了参考。

近年来，该项技术的应用领域也已拓宽到烟草行业、航空航天、消费品包装行业、医疗等领域，并发挥着越来越重要的作用。

结语

激光加工技术已成为21世纪工业、农业、医疗、军事、航空、航天等众多领域不可或缺的重要技术之一。因此，研究人员们需要在技术上获得优先，在产品上注重产业化规模化生产技术的研究，不断提升激光加工技术的世界竞争力，不断创新，让激光加工技术得到不断地进步和发展。

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