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激光技术的应用

发表时间:2018-04-24 17:51

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自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为**、和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

热加工和冷加工均可应用在金属和非金属材料,进行切割,打孔,刻槽,标记等.热加工金属材料进行焊接,表面处理,生产合金,切割均*有利.冷加工则对光化学沉积,激光快速成形技术,激光刻蚀,掺染和氧化都很合适。

激光快速成型

用激光制造模型时用的材料是液态光敏树脂, 它在吸收了紫外波段的激光能量后便发生凝固, 变化成固体材料。把要制造的模型编成程序, 输入到计算机。激光器输出来的激光束由计算机控制光路系统,使它在模型材料上扫描刻划, 在激光束所到之处, 原先是液态的材料凝固起来。激光束在计算机的指挥下作完扫描刻划, 将光敏聚合材料逐层固化,**堆积成样件,造出模型。所以, 用这个办法制造模型, 速度快, 造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。

激光切割

激光切割技术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。但激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的,比如用激光来切割食物和胶合板就不成功,食物被切开的同时也被灼烧了,而切割胶合板在经济上还远不合算。

随着激光产业的飞速发展,相关的激光技术与激光产品也日趋成熟。在激光切割机领域。呈现出YAG固体激光切割机、CO2激光切割机双足鼎力,光纤激光切割机后来居上的局势。

YAG固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点,但能量效率低一般<3%。产品的输出功率大多在600W以下,由于输出能量小,主要用于打孔和点焊及薄板的切割。它的绿色的激光束可在脉冲或连续波的情况下应用,具有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工较为有效,也可用于切削、焊接和光刻等。YAG固体激光切割机激光器的波长不易被非金属吸收,故不能切割非金属材料,且YAG固体激光切割机需要解决的是提高电源的稳定性和寿命,即要研制大容量、**命的光泵激励光源,如采用半导体光泵可使能量效率大幅度地增长。

CO2激光切割机,可以稳定切割20mm以内的碳钢,10mm以内的不锈钢,8mm以下的铝合金。CO2激光器的波长为10.6um,比较容易被非金属吸收,可以高质量地切割木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料,但是CO2激光的光电转化率只有10%左右。CO2激光切割机在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N2的喷嘴,用以提高切割速度和切口的平整光洁。为了提高电源的稳定性和寿命,对于CO2气体激光要解决大功率激光器的放电稳定性。根据*安全标准,激光危害等级分4级,CO2激光属于危害较小的一级。

光纤激光切割机由于它可以通过光纤传输,柔性化程度**提高,故障点少,维护方便,速度奇快,所以在切割4mm以内薄板时光纤切割机有着很大的优势,;但是受固体激光波长的影响它在切割厚板时质量较差。光纤激光器激光切割机的波长为1.06um,不易被非金属吸收,故不能切割非金属材料。光纤激光的光电转化率高达25%以上,在电费消耗、配套冷却系统等方面光纤激光的优势相当明显。根据*安全标准,激光危害等级分4级,光纤激光由于波长短对人体由于是眼睛的伤害大,属于危害较大的一级,出于安全考虑,光纤激光加工需要全封闭的环境。光纤激光切割机作为一种新兴的激光技术,普及程度远远不如CO2激光切割机。

激光焊接

激光束照射在材料上, 会把它加热至融熔, 使对接在一起的组件接合在一起, 即是焊接。激光焊接,用比切割金属时功率较小的激光束,使材料熔化而不使其气化,在冷却后成为一块连续的固体结构。激光焊接技术具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,适用于相同和不同金属材料间的焊接。由于激光能量密度高,对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。因为用激光焊接是不需要任何焊料的,所以排除了焊接组件受污染的可能; 其次, 激光束可被光学系统聚成直径很细的光束, 换言之, 激光可以作成非常精细的 焊枪, 做精密焊接工作;还有激光焊接与组件不会直接接触, 亦即这是非接触式的焊接, 因而材料质地脆弱也不打紧, 还可以对远离我们身边的组件作焊接, 也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为激光焊接有这些特点, 所以它在微电子工业中尤其受欢迎。

激光雕刻

用激光雕刻刀作雕刻, 比用普通雕刻刀*方便, *迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上, 比如在花冈巖、钢板上作雕刻, 或者是在一些比较柔软的材料, 比如皮革上作雕刻, 就比较吃力, 刻一幅图案要花比较长的时间。如果使用激光雕刻则不同, 因为它是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应,从而留下性标记的一种雕刻方法。它根本就没有和材料接触, 材料硬或者柔软, 并不妨碍 雕刻 的速度。所以激光雕刻技术是激光加工较大的应用领域之一。 用这种雕刻刀作雕刻不管在坚硬的材料, 或者是在柔软的材料上雕刻, 刻划的速度一样。倘若与计算机相配合, 控制激光束移动, 雕刻工作还可以自动化。把要雕刻的图案放在光电扫描仪上, 扫描仪输出的讯号经过计算机处理后, 用来控制激光束的动作, 就可以自动地在木板上, 玻璃上, 皮革上按照我们的图样雕刻出来。同时, 聚焦起来的激光束很细, 相当于非常灵巧的雕刻刀, 雕刻的线条细, 图案上的细节也能够给雕刻出来。激光雕刻可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。激光雕刻巳发展至可实现亚微米雕刻,已广泛用于微电子工业和生物工程。

激光打孔

在组件上开个小孔是件很常见的事。但是, 如果要求在坚硬的材料上, 例如在硬质合金上打大量0.1毫米到几微米直径的小孔。用普通的机械加工工具恐怕是不容易办到, 即使能够做到, 加工成本也会很高。 激光有很好的同调性, 用光学系统可以把它聚焦成直径很微少的光点(小于一微米), 这相当于用来鉆孔的 微型鉆头。其次, 激光的亮度很高, 在聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平方米面积上的能量)会很高, 普通一台激光器输出的激光, 产生的能量就可以高达109 焦耳/厘米2, 足以让材料熔化并气化, 在材料上留下一个小孔, 就像是鉆头鉆出来的。但是,激光鉆出的孔是圆锥形的,而不是机械鉆孔的圆柱形,这在有些地方是很不方便的。

激光蚀刻

激光蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本,可加工0.125~1微米宽的线,非常适合于*大规模集成电路的制造。

激光手术

激光能产生高能量﹑聚焦**的单色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光手术就是利用激光的这一特点﹐去除或破坏目标组织﹐达到缓解的目的。主要包括激光切割和激光换肤。

激光武器

激光武器有它的*特性,令它被广泛应用于防空,反坦克,轰炸机自卫等军事用途.激光之所以能成为威力强大的武器,是因为它有三个层次的破坏能力:

1.烧蚀效应 跟激光热加工原理一样,当高能激光束射到目标时,激光的能量会被目标的材料吸收,转化为热能.这些热能足以令目标部分或穿孔,断裂,熔化,蒸发,甚至产生爆炸.

2.激波效应 如目标材料被气化,目标材料会在*短时间内产生反冲作用,形成压缩波使材料表面层裂碎开,碎片向外飞时造成进一步破坏.

3.辐射效应 目标材料气化的同时会形成等离子体云,能产生辐射紫外线及X光线,使目标内部的电子零件被破坏。

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