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激光制造技術的發展情況分析

激光制造技術的發展情況分析

1激光制造系統用于制造業中的激光系統即激光制造系統,一般由激光器、激光傳輸系統、激光聚焦系統、控制系統、運動系統、傳感與檢測系統組成,其核心為激光器。

 

激光作為熱源或光源(能量)是激光制造中的“刀具”或“工具”。該“刀具”或“工具”的質量直接影響加工制造的結果。激光光束質量的好壞可以采用光束遠場發散角、光束聚焦特征參數值Kf和衍射極限倍因子M2(M)或光束傳輸因子K值來表示。對小功率激光器,工作物質均勻穩定,一般可以實現基模輸出,其光束橫截面能量分布為高斯分布,且在傳輸過程中保持不變,光束質量較好;對于大功率激光器,一般不易得到基模輸出,輸出的往往為多模激光束,激光光束質量變差。目前工業上常用的大功率激光器有CO2激光器和YAG激光器兩種。大功率激光器的工業應用領域很廣,激光切割、激光焊接都需要優良的光束質量,而追求高光束質量的大功率激光是工業用激光器不斷發展的目標。

 

值得注意的是近年來發展起來的半導體激光器。半導體激光器具有小型化、頻率極高、與光纖良好耦合、易于調制等優良特性,因而具有廣闊的應用前景。

 

2激光制造技術應用

激光制造技術與傳統的制造技術相比,其突出的優勢主要體現在以下幾個方面:

(1)特種材料特殊要求的加工

激光焊接與大多數傳統的焊接方法相比具有突出的優點。激光能量的高度集中和加熱、冷卻過程的極其迅速,可破壞一些難熔金屬表面的應力閾值,或使高導熱系數和高熔點金屬快速熔化,完成某些特種金屬或合金材料的焊接,而且在激光焊接過程中無機械接觸,容易保證焊接部位不因熱壓縮而變形,還排除了無關物質落入焊接部位的可能;如果采用大焦深的激光系統,還可實現特殊場合下的焊接,比如,由軟件控制的需隔離的遠距離在線焊接、高精密防污染的真空環境焊接等;在不發生材料表面蒸發的情況下可熔化最大數量的物質,達到高質量的焊接。以上特點是傳統的焊接工具與方法很難或完全不能做到的。目前,在汽車、國防、航空航天等一些特殊行業,已普遍采用激光焊接技術。例如歐洲一些國家,對高檔汽車車殼與底座、飛機機翼、航天器機身等一些特種材料的焊接,激光的應用已基本取代了傳統的焊接工具和方法。

 

(2)特殊精度的加工制造

這里指的高精度除通常意義下的精確定位外,主要還體現在材料內部熱傳導效應量級上的控制。激光的顯著特點之一,就是可采取連續和脈沖方式輸出。以固體的鉆孔與切割為例,激光能量高度集中,以及加熱、冷卻速度快的特點可實現傳統技術達到的普遍要求,加工屬熱化學過程。這里要突出的是,通過脈沖式激光輻射可達到接近“冷”加工的光化學動力過程。一方面選擇脈沖的時間寬度,使得材料內的熱傳導過程和熱化學反應來不及發生;另一方面通過控制激光的功率密度和脈沖計數,按要求達到確定的去除深度,從而實現高精度的“線”切割和“點”鉆孔加工。歐美一些國家在許多特殊要求的領域和產業中已普遍采用這種脈沖光制造技術

文章標簽:激光制造,激光制造技術,激光焊接
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