【黑科技】无刀胜有刀

说到加工，怎么会没刀呢？

今天就和小编一起看看，无刀胜有刀、火花四溅的黑科技——激光加工！

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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。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。

01

激光加工的原理及其特点

1.1

原理及特点

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。激光束具有高能量密度、高单靶性、高方向性的特点，使光制造技术具有许多传统制造技术所不及的优势。

1.2

优势

激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：

①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料（如陶瓷、金刚石）。

③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件，工件不受应力，不易污染。

④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。

⑤可以对运动的工件或通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。

⑥由于激光束易于导向、聚集实现做各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。

⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。

02

激光加工技术及应用

与传统加工技术相比，激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲，对高档汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接，基本采用的是激光技术。激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。

2.1

激光焊接

激光焊接是熔焊的一种，它是将激光作为焊接热源，使被焊金属加热至熔化温度以上，形成共同熔池从而熔合成焊接接头的加工过程。其优点在于激光热量集中，焊接速度快，效率高；激光焊缝窄，热影响区很小，工件变形也很小；可实现精密焊接；可焊接难以接近的部位；实施远距离焊接，具有很大的灵活性。

2.2

激光切割、划片与刻字

在造船、汽车制造等工业中，常使用百瓦至万瓦级的连续 CO2 激光器对大工件进行切割，既能保证精确的空间曲线形状，又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或 CO2 激光器。在微电子学中，常用激光切划硅片或切窄缝，速度快、热影响区小。用激光可对流水线上的工件刻字或打标记，并不影响流水线的速度，刻划出的字符可永久保持。

2.3

激光打孔

采用脉冲激光器可进行打孔，脉冲宽度为 0.1～1ms，特别适于打微孔和异形孔，孔径约为 0.005～1mm。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头等工件的加工。

2.4

激光热处理

用激光照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处理部位，工件变形小，可处理形状复杂的零件和部件，可对盲孔和深孔的内壁进行处理。在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其他机械行业也应用广泛。

2.5

激光快速成型

利用激光束扫描金属板材诱发的内部非均匀分布的热应力，使板材发生局部塑性屈服，从而使板材产生一定角度的弯曲变形，多用于模具和模型行业。

03

激光加工发展前景

（1）激光器技术开发向髙功率、高光束质量、高可靠性、高智能化和低成本方向发展。

（2）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展方向的代表。

（3）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应用领域。激光加工技术应用领域正不断开拓，从航空、汽车、装备等重工业加工领域向电子制造、通信、医疗、机械微加工等精细加工领域发展，精密和微细加工领域的应用是激光加工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一步推广和应用。同时，激光技术与众多新兴学科相结合，更加贴近人们的日常生活。

激光加工技术自诞生以来在工业制造中显示出的低成本、高效率以及应用领域广泛的优势，受到各国高度重视。目前，以德国、美国、日本为主的少数工业发达国家基本完成在大型制造产业中激光加工工艺对传统工艺的更新换代，同时也造就了德国通快（Trumpf）、罗芬（Rofin），美国阿帕奇（IPG）等一批优秀的激光技术企业。

我国激光产业市场起步较晚，随着国家装备制造业的迅猛发展，激光产业发展迈向新台阶。国内激光上市公司中，从市值来看，仅有大族激光、华工科技两家激光企业超过了百亿规模，其他中小上市公司的市值均在80亿规模以下。从业务内容上看，国内企业集中于激光加工设备的集成与应用层面。行业未来正呈现两大发展方向，全功率激光企业正向上下游不断延伸，瞄准激光器和工业机器人应用 ；另一部分专业性企业则聚焦于将新型激光技术应用于细分的微电子行业。

激光加工是推动制造业振兴的主力军。激光加工的应用范围越来越广，产业规模也越来越大，激光技术对振兴制造业有巨大的发展空间，工业领域会越来越多地采用激光加工技术，激光加工将伴随科技创新的需要实现跨越式发展。

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