激光加工精选(九篇)

第1篇：激光加工范文

关键词：157nm激光；微加工；工艺过程

准分子激光主要的结构形态是基态、低能态、以及激发态。基态能级是激光下能级。由于基态为排斥态或者说是弱束缚态，很不稳定。激发态为束缚态，比基态稳定[1]。而准分子激光现已广泛应用到工业领域，如微电子器件的光刻，光纤光栅的植被等。157nm激光是准分子激光在近十年一项重要突破，属于一种新兴的刻蚀工具，并且在部分领域已被应用。157nm激光是波长极短的深紫色激光，且进行微加工时操控难度大。随着激光技术的不断成熟，157nm激光对非金属材料的光刻越来越重要。

1.157nm激光微加工工艺

1.1 157nm激光微加工系统

准分子激光微加工系统可以分为六个部分，如下图所示可知，准分子激光器、控制系统、光路系统、精密微动工作台以及其控制器是主要的组成部分。激光微加工中最主要的组成部分是光路系统，主要作用于光束的处理以及调整，进而控制着光斑的质量和加工分辨率。此外，准分子激光器是由三部分组成，即工作物质、谐振腔、激励源。激光器主要控制激光束的输出特性。而加工精度则由控制系统主导。精密微动工作台及控制器用来控制加工试件的运动，对加工的表面面貌进行控制。激光微加工分为掩膜形式和直写加工方式两大类。其中聚焦直写加工方式主要包括移动工作台的方式、振镜扫描的方式和声光调制器扫描的方式。它能使焦点减小到最小值，并按照一定的预定控制方式，使激光的刻蚀光斑与被加工试件产生相对运动，加工出需要的图像和结构。

1.2 157nm激光微加工神经系统

神经网络系统是由大量简单的处理单元连接而成的复杂网络系统。这些简单的处理单元包括神经元、处理元件、光电元件等它。与传统的专家系统不同，其特有的拓扑结构和处理信息的方法能够解决激光微加工中的一些难题。其具有良好的自主学习能力以及非现映能力。在智能控制、自动识别目标、信号处理等方面被广泛应用。由此可见，建立基于神经网络的157nm激光微加工神经网络，能更好的指导机理研究和微加工刻蚀工艺而在建立激光微加工的神经网络模型时，主要分为层数的选择、输入输出神经元数的确定、隐含层神经元数的确定几个步骤。

2.分析157nm激光微加工对刻蚀的影响因素

2.1 能量密度对微加工的影响

在157nm激光微加工中能量密度是一个极其重要的工艺参数，主要指单位面积上的能量，是影响刻蚀密度重要因素之一[3]。研究表明，不同的材料相应的能量密度阈值也是不同的，能量密度值能影响材料是否有效加工。阈值能量密度的高于入射能量密度材料则不能有效增加；材料的能量密度阈值低于激光能量则就会出现刻蚀现象，刻蚀的微孔边参差不齐，侧壁的陡度较小。刻蚀深度的增加是随着激光能量密度的增大而变化的，因此，每个脉冲下的刻蚀深度也会增加，进而改善刻蚀质量。由此可见，只有激光作用中心区域的刻蚀速率比边缘区域的刻蚀速率高，才能形成锥形孔，从而得到较好的刻蚀质量。而激光能量密度的控制尤为重要，过高或过低都会影响刻蚀质量，因此，激光能量密度控制在刻蚀材料能量密度阈值的2.5-4倍为最佳[4]。

2.2脉冲数对激光加工的影响

利用激光对材料进行加工时，在静止的状态下打孔时，若脉冲频率较低，则加工的微孔质量边缘整齐，底部平整，拐角无倒圆现象，侧壁的垂直度也较大。而157nm激光进行微加工时，主要是以光化学作用机理，其单分子能量高达7.9eV。由于17nm激光的脉宽在20ns，而加工的固体材料的热传导响应时间在皮秒量级，远远低于157nm激光的脉冲时间[5]。因此，在加工过程中，光热作用会对加工材料的造成一定的影响。而随着脉冲频率的不断增加，光热作用也会随着不断增大，导致刻蚀过程中产生的热量不容易散热，因此，微孔质量严重受到影响，如微孔边缘倒圆加剧、底部受热不均匀导致微裂等，而且还会出现底部融孔现象。进而导致区域范围内受到热应力的影响，导致刻蚀质量严重受损。因此，为了保证微加工中微孔质量，使用的脉冲频率应该较低，且控制在一定范围内，避免脉冲频率过低而导致的刻蚀速率减低、加工成本增高。

3.157nm激光微加工自动化编程

3.1自动化编程特点

157n激光的微加工自动化编程是一个应用程序可发利用工具，是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，具有以下几个特点：v1w可视化编程。程序员利用可视化设计工具，按照整体布局要求，在系统提供的大量界面元素屏幕上直接画出，并根据要求自行调整画面样式，无需编写界面代码，可提高程序设计的效率。v2w面向对象编程。由于传统的结构化语言编程中代码和数据分离开的，而面向对象编程具有易阅读、易理解、易修改。能重复使用等特点，数据和代码聚合在一起，不必编写建立和描述每个对象的程序代码。v3w结构化程序设计语言。主要能解释语言程序，并根据机器指令进行翻译。并且能随时随地的调试程序和运用程序。v4w事件驱动的编程机制。采用事件驱动的编程机制，而事件是由系统与预先设置好的能被对象识别。若发生事件，则可立即停止工作，进入停滞等待状态。系统编写的若干子程序可以根据对用不同的对象的发生来执行某特定的功能。或者是调用通用过程来执行制定的操作，以此提高编程效率。v5w数据库访问。自动化变成具有强大的数据库，并通过数据控件和可视化数据管理窗口，建立或处理MierosoftAccess格式的数据库，可直接连接操作后台，对网络数据库进行使用。

3.2自动化编程的应用

第2篇：激光加工范文

关键词:激光加工;机械制造;应用;优势

工业生产加工技术是国家科技发展水平的代表，机械制造业的良好发展能给各行各业带来积极的促进作用，而如今科学水平和技术水平仍然是我国工业发展的主要制约因素，而我国的工业想要发展就需要制造业开发和引进更多新的先进技术，激光加工技术作为新型加工手段应用于制造业，有利于提高机械制造行业整体的技术水平，给我国的机械设计、制造工艺以及加工观念带来巨大的改变，激光加工可以以独特的方式完成普通机械加工难以完成的成型及精密加工作业，为工业中关键精密部件的生产提供了有力支持，将成为未来工业加工技术发展不可或缺的方式。

1使用激光加工机械零件的优势

在机械加工行业中最常见的加工材料即为钢材，无论是型材还是板材，采用先进的激光加工技术进行加工都比传统的机械加工方式有更明显的优势，其主要表现如下:(1)采用激光加工所获得的零件尺寸精度更高，相对于等离子加工或手工加工而言，激光加工能够快速的获得需要的零件形状及尺寸，其尺寸精度能控制在0．1mm以内，且采用激光加工的零件断面效果好，表面光滑，方便拼接及较精密的配合，而且不需要打磨及其他处理即可进行焊接作业。(2)从长久效益来看，激光加工相对于传统的机械加工成本更低，尽管购置激光加工机的成本较高，但在后期的使用过程中，激光加工机就会体现出加工速度快、能耗低、零件合格率高，且寿命长、维修成本低的特点，这都是等离子切割机及其他机械加工所难以达到的。(3)激光加工不仅能用于零件的成型加工，其在金属表面热处理、金属激光焊接、金属表面精加工等众多方面都发挥着重要且高效的作用，为提高生产效率和生产质量、开发新工艺、提升机械设计能力及创新能力提供了有力保证。

2机械制造中激光加工的形式与种类

激光加工在机械行业中的作用很多，下面主要介绍常见的激光加工及处理方式。

2．1激光切割加工技术

激光切割加工技术是利用聚焦后的高功率密度光束来照射工件，被照射的工件大量的吸收了激光的能量，导致局部温度快速升高，当材料表面出现了熔化及气化现象时，将氧气吹入以起到助燃的作用，此时激光束与工件产生一定速度的相对运动，工件上也就形成了切缝。此外吹气还能将熔渣除走以起到保护和冷却镜头的作用。为提高工件材料对激光的吸收系数，在激光加工之前应对工件表面涂黑色墨汁进行黑化处理。通过激光切割制作的零件具有切割断面光洁、表面应力小、热影响范围小、加工速度快、易于加工复杂的平面形状等优点，且能够切割特脆、特硬以及特软的材料。

2．2激光热处理技术

采用激光对零件的表面进行淬火处理，主要是利用激光能够快速的对需要热处理的零件表面进行扫描，导致零件表面一定范围内的极薄厚度层因吸收激光的能量而温度快速上升，再利用金属对热能传导快的优良特性，表面所吸收的大量热量会快速的传导至零件的其他部位，进而在极短的时间内完成零件的自冷淬火，进而达到零件表面硬化处理的目的。此技术在我国主要应用于汽车发动机缸体修复领域，近年来很多激光淬火生产线纷纷建立，但应用的范围还比较局限，没有大范围的发展起来。

2．3激光焊接技术

激光焊接以激光束为焊接能源，光束直接打在焊接接缝处，是熔融焊接的一种。在激光焊接过程中，激光束可以通过镜子等光学元件进行引导，完成指定路径后再通过聚焦镜头将光束投射到焊缝上。激光焊接属于非接触性焊接，在焊接过程中不需要对焊接件施加额外的压力，但在焊接过程中应使用惰性气体以防止熔化金属氧化。激光焊接的特点是能够将焊接所需要的能量降低到最小值，对被焊接件的金相变化范围产生的热影响小，不易产生焊接变形，整个过程对焊接机具的损耗很小。激光束由于可被光学元件引导路径，因此可将其放置在与工件适当距离之处，通过路径引导完成一些普通焊接空间上难以完成的任务，激光焊接可加工的材质范围很大，可以对两种不同材质的材料进行焊接。

2．4激光珩磨技术

激光珩磨技术主要是应用到汽缸缸体加工领域的一项新技术，它主要是利用高能量的激光束，在汽缸内壁上进行微观几何的加工，以达到汽缸内壁性能的要求，以保证在有油的工作情况下，能够稳定的形成具有一定厚度的动态油膜。激光珩磨技术对零件内壁的加工时间段，工件所产生的热应力小，且采用非接触式加工，避免了传统加工过程中刀具损耗及断裂等问题，且激光珩磨可以在表面的微观结构上形成与性能相匹配规则的储油沟槽，能够很大程度的延长零件的使用寿命。

3结束语

第3篇：激光加工范文

摘要：用YAG 激光束照射硅样品表面形成小孔，在孔内的侧壁上出现较规则的网孔状结构；用拉曼荧光光谱仪检测该结构有很强的光致荧光，其强度比样品的瑞利散射强，加工时间不同其强度有明显的差异，当激光辐照时间为9s时，孔洞侧壁上的网孔状结构较稳定，且有较强的光致荧光，本文解释了PL峰较强的形成机理，认为氧化程度（主要是Si=O双键的数目）在其中起重要作用。在无氧化的环境里用激光加工出的硅样品几乎无发光，这证实了氧确实在光致荧光增强上起着重要作用。用冷等离子体波模型来解释孔侧壁网孔状结构形成的机理，并用量子受限-发光中心模型来解释纳米网孔壁结构的强荧光效应。

关键词：激光辐照 纳米结构 局域态 氧化

1 引言

单晶硅是现代半导体器件和大规模集成电路的支柱。然而，硅的禁带宽度(约为1.12eV)窄小，又是间接带隙，这就限制了硅基材料在光电子器件中的应用。自从1990年Canham 发现多孔硅室温下强光致发光现象以来，许多专家学者用不同的方法形成硅基上的低维结构来模仿多孔硅的发光，并成功获得多孔硅稳定、肉眼可见的蓝光发射[2]，这一发现为多孔硅的全硅光电子集成带来了希望。在应用方面，人们已初步研制出多孔硅发光二极管、多孔硅光电探测器等。但对纳米硅基材料发光机理却众说纷纭，出现了各种各样的物理模型，各有优缺点。总体上看，目前主要存在以下五种发光机理解释模型：(1)量子限制发光模型；(2)界面层中的激子效应发光模型；(3)与氧有关的缺陷发光模型；(4)量子限制效应―发光中心发光模型；(5)直接跃迁发光模型。

目前,迫切需要解决的问题是在硅样品上生成稳定的低维结构并有较强且稳定的PL 发光。 最近的研究表明:无论是纳米硅晶发光还是多孔硅发光，其发光机理都与氧化硅层相关, 即所谓的纳米硅晶的光泵作用与氧化硅层发光中心的亚稳态激射。传统的生成纳米硅晶和氧化硅层二体系统结构的方法有:经高温退火在富硅氧化层中形成硅原子团簇，或用溅射法将硅离子注入氧化层， 但其加工质量和稳定性都不理想。我们认为：用激光辐照手段生成纳米硅晶和氧化硅层二体结构应该是最有希望的方法, 包括:在氧化层中用激光诱导硅离子游离与凝聚、用激光辐照生成低维结构并使其表面氧化等。

本文选择用激光辐照的方法在单晶硅样品上加工出具有较强的、稳定的PL 发光特性的氧化低维结构, 采取对样品加工不同的时间来控制氧化程度和在不同的环境中来加工样品, 并从物理层面上研究氧化低维结构的行成机理, 分析激光与硅材料的相互作用过程，建立激光诱导的冷等离子体波作用模型，从而指导激光加工的优化过程。参照QCLC 模型[3],建立量子受限-晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应，并设法从低维纳米晶体量子受限态与氧化硅界面态的相对位置来构造PL 发光增强效应的阈值分布结构。

2 实验

样品采用(100)取向的10 - 20Ωcm 的P型硅晶片。先对样品作预处理：用酒精清洗其表面，用氢氟酸溶液（NH4F（质量分数49%）与HF 以10:1的体积比混合）清除样品表面在大气中生成的天然氧化物，再用去离子水浸泡30s。吹干后，用YAG脉冲激光(波长: 1064nm；脉冲宽度约8ns，束斑直径0.045mm)照射样品。激光束强度大约5 x 108 W cm-2 ,照射斑点直径大约30μm。将单晶硅样品直接放在空气中进行不同时间的激光辐照加工：加工时间分别为1s、5s、8s、9s、10s；将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。先在514nm的激发光作用下,分析样品的PL光谱；用电子扫描探针（EPMA―1600型，日本岛津公司制造）的二次电子和背散射电子成像技术观察与分析样品的表面形貌结构。

3 分析与讨论

当脉冲激光照射在硅样品上，形成一种网孔结构，如图1 ( a)所示。该结构来自激光与半导体样品相互作用产生等离子体波[4]，在孔洞中形成谐频驻波，我们用该模型来解释洞壁上的网状低维结构的形成机理。其形成机理为：高强度的连续激光照射在硅材料上，激发出的电子-空穴对构成等离子体系统，其局部的迁移形成内部的电场和磁场。在内部的电磁场作用下，电子-空穴对等离子体产生振荡形成等离子体波，其频率为[5]：ω = e ( n /mε)

该等离子体振荡频率正比于载荷子密度n 的平方根，而载荷子密度n 又正比于激光脉冲的辐照能量。控制激光加工的功率和时间等参量，使等离子体波的波长对于孔洞线径尺寸满足谐振条件，在孔洞中便有等离子体波的谐频驻波产生，该驻波在孔洞侧面上形成的驻波节线构筑起网孔状结构的纳米尺度孔壁(量子线) ，该结构有很强的PL 发光效应。由上述可知，控制激光照射到样品上的能量是形成该结构的关键。在优化激光加工条件时要考虑的另一因素是氧化程度随着激光辐照时间和辐照能量等的变化。上述的低维结构表面都有一层氧化硅包裹，在这层氧化硅中镶嵌有纳米硅晶体团簇，氧化硅层的厚度会影响纳晶团簇的尺寸。

将1s、5s、8s、9s, 10s的加工样品做比较,发现9s时,其706nm处的PL峰强度最大,如图1（b）所示。随着加工时间的改变，其PL峰仍在706nm附近，没有发现移动，不能用量子受限效应来预测发光峰，这就说明该峰与纳晶硅尺寸没有关系。该峰的光子能量为1.756eV，远大于纯硅的禁带宽度1.12eV。而Si=O双键的形成所需的能量较小且不需要太多的原子，所以我们认为此发散来自纳晶硅表面的Si=O双键陷阱态，其电子―空穴对的复合能量比纳晶硅的禁带宽带要小。它不受纳晶硅尺寸空间量子效应的限制，同时纳晶硅表面的低值氧化物也具有相同的能量，能俘获电子而发光。该过程可以描述为：电子从价带顶被激发到展宽了的导带底，然后迅速遂穿到纳晶硅表面的氧化界面态，由于该能态电子具有较长的寿命，从而形成粒子数反转，跃迁到价带顶形成受激辐射。激光的辐照有两方面的作用：其一是诱导在纳米尺度的氧化层中生成越来越多的硅纳米团簇，激光辐照时间变长和能量的增加会促进该过程的进行；其二是氧化硅层的厚度随着激光辐照时间和能量的增加而增加，其中镶嵌的纳晶团簇的尺寸也跟随变大，从而影响PL发光的强度。随着加工时间的增加，氧的含量增加，在开始的时候Si=O的数目增加或低值氧化物增加，形成较多的氧化界面态，这些氧化界面态能更有效的俘获电子形成较多的发光中心，这样发光强度就随着加工时间的增加而增强，该过程对应实验中时间从1s增加到9s的过程；随着加工时间的继续延长，氧化程度进一步加深，Si=O双键的数目继续增多，表面氧化层增厚，硅纳米颗粒减少甚至被彻底氧化，电子的遂穿变得困难同时电子的非辐射跃迁增强，导致PL强度变弱，该过程对应实验中的加工时间大于9s时的过程。所以加工时间存在一个最佳的时间9s，这就为硅基的低维结构发光提供一个依据，控制加工时间，达到控制氧化程度（主要控制Si=O数目）的目的，从而得到较强的PL发光，这对硅基的全光集成具有重要的意义。

为了进一步证明氧化界面态在其中的重要作用，我们设计了下面的对照实验。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。将浸入酒精、氢氟酸和水中激光加工的样品处于浸泡状态检查PL 发光的比较，如图2所示。浸入酒精（ethanol）和氢氟酸（HF）中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而水中有于有氧离子的存在，有微弱的发光，这就进一步证明了氧在其中的重要作用。

激光辐照加工样品PL光谱的比较

我们建立量子受限―晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应,该模型参照了QCLC 模型，模型认为低维纳米结构由于量子受限效应展宽纳晶硅的禁带宽度，只要这种低维纳米结构对应的量子受限能隙宽度大于氧化界面态的能隙宽度，如图3(a) 所示，受限跃迁的电子便能被氧化界面态俘获，就可能实现受激辐射，从而有较强的PL 发光，这种氧化硅界面态形成的亚稳态分布与低维纳晶受限态分布的相对位置结构便构造了受激发光的阈值区间；而当低维纳米结构的尺寸变化，其对应的量子受限能隙宽度小于氧化界面态的能隙宽度时，跃迁的电子不能跳到氧化界面的亚稳态上，如图3 ( b) 所示,只能发生较弱的自发辐射。

我们认为，无论氧化纳晶的尺度大小,只要满足图3(a)的条件,既展宽的能隙中出现陷阱态，就有PL 发光增强效应出现，并伴随频率钉扎现象。不同的晶体与氧化物界面态，有不同能隙，故出现不同的PL谱。用该模型能够解释本文实验的结果。 纳晶硅表面形成氧化硅层，由于量子受限作用展宽了纳晶硅能隙，氧化界面态出现在展宽的能隙中，当电子被激发到导带后，便很快弛豫到1.756eV附近的氧化界面态上，形成粒子数反转，从而在706nm处形成增强的PL发光峰。

4 结果

我们用激光辐照来形成硅的网状结构,它的形成机制可以由激光打孔时的等离子体产生谐波驻波的理论来解释。控制激光加工的时间，可以在硅量子点表面形成一定数量的Si=O双键，实验发现当加工时间为9s时，具有较强的PL峰，能形成密度合适的Si=O双键。并仔细分析了不同加工时间对PL强度的影响机理，认为氧化程度起重要作用。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工，浸入酒精和氢氟酸中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而浸入水中被轻微氧化，有叫微弱的PL发光，这一结果证实了氧在PL发光中的重要作用。在纳晶硅上,用量子受限效应和纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态效应可以解释多孔氧化硅结构上的受激辐射机理。这为研发多孔硅激光器奠定了基础。

参考文献：

[1]Canham LT. App lied Physics Letters 1990,57,1046

[2]富笑男,李新建,贾瑜等.蓝光发射多孔硅RTO过程中的尺寸分离效应.物理学报. 2000,49(6).1180-1184

[3]Qin G G,Liu X S,Ma S Y,et al.Photoluminescence mechanism forblu-light-emitting porous silicon.Phys Rev B,1997,55:12876

[4]HUANGWEIQ I,L IU SH IRONG.Self2assembled germanium nanostructures by laserassisted oxidation[J].Chin.Phys.2006,15(2).389 -393.

[5]黄伟其、吴克跃、许丽等.激光加工形成硅基上的氧化低维纳米结构的PL 发光.半导体学报，2008，29（1）：116―122

第4篇：激光加工范文

[关键词]激光加工机器人；加工技术；工业应用

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0014-01

引言

通常情况，我们所说的激光加工机器人是指用激光技术和机器人技术相互结合所生产的，随着社会的发展和科学的进步，工业机器人的应用越来越多、越来越广，工业机器人能给极大地解放劳动力，提高劳动效率，为了提高自己国家的竞争力，多个国家都在积极地开展激光加工机器人相关技术的研究，以能够在未来的市场竞争中占据主动，就长远发展的角度来看，激光加工机器人在工业当中的应用具有很大的发展前景，本文主要对激光加工机器人的相关技术以及其在工业生产当中应用情况进行了分析。

一、激光加工机器人概况

（一）激光加工机器人的组成

经过研究分析，激光加工机器人的组成成分较为复杂，通常都会包含光纤耦合系统、高功率可光纤维传输激光器、激光加工头、六自由度机器人本体和激光加工工作台等多个组成部分。根据激光加工机器人的组成部分以及组成工作原理开展相关工作，能够达到不同的工作目标。根据调查，目前应用在工业生产当中实用性激光加工机器人，通常都是在应用CPU的前提下，通过全面控制系统采集各个模块的数据，并且进行对相关数据进行专业的分析、计算和判断，从而完成较高的数据执行力度。激光加工机器人主要是通过传感器进行外界环境信息的采集工作，但是需要注意的是在系统运行的电源应该由特定的电源模块供应。

（二）激光加工机器人的类型

激光加工机器人都是系统较为复杂的光机一体化系统，激光加工机器人的划分标准也各有不同，根据不通过的划分标准可以将机器人划分为不同的类型。根据机器人的结构对其进行分类，可以分为框架式机器人和关节式机器人两个种类，框架式机器人通常有高功率激光器和传输光纤等组成部分，关节式机器人则由高功率激光器和六自由度本体系统等部分组成。根据机器人的加工过程，关节式机器人通常能给促进实现六自由度加工工作环节的实现，经过调查，关节式机器人在工业中的应用范围较为广泛。

二、工业生产当中激光加工机器人技术的应用分析

根据调查，在工业生产当中激光加工机器人的应用范围较为广泛，但是为了提高工业生产的效率和工业生产的效益，工作人员需要掌握至关重要的技术，笔者从个人角度出发将工业生产中激光加工机器人技术的应用问题应该注意以下几个方面：

（一）机器人激光焊接技术的应用

根据调查，激光加工机器人在汽车行业当中的应用范围较为广泛，汽车行业的生产程序较为复杂，汽车的制造方式都是流水线制造方式，焊接程序的工作质量关系着整个汽车的生产质量。激光加工机器人在焊接技术的应用质量较高，并且与传统的焊接技术具有较明显的技术优势：首先，激光加工机器人的焊接速度较快、焊接精度较高，其次，激光加工机器人的焊接技术所产生的焊接边缘较小，能给对车身起到更好的保护作用。汽车行业当中使用机器人激光焊接技术能提高汽车行业的生产质量和生产效率，能给有效保障车身的质量和安全性能。使用激光机器人进行焊接时，整个焊接过程不需要和车身进行直接接触，这种操作能给保证所生产出来的车身能够符合现代化的设计理念。通常情况系汽车流水线的生产规模都较为庞大，激光加工机器人焊接技术在大规模的工作当中都会和网络技术相结合，并且可以搭建较为系统的网络工作站，有效实现多个激光焊接机器人进行协同作业。

（二）激光加工机器人热处理和切割技术

随着社会的发展，汽车行业取得了较大的发展，随着科学技术的进步，激光加工机器人在汽车工业生产当中的应用越来越多、越来越广泛，人们对汽车的使用量越来越大，与此同时对汽车的要求越来越高，这就对汽车生产线的生产质量提出了更高的要求。为了保证汽车现场生产以及汽车在线生产的工作效率，可以在汽车工业生产工作当中应用激光加工机器人热处理技术。例如对某个使用激光机工机器人热处理技术的汽车车间，相对于没有使用机器人激光热处理技术之前汽车模具的使用寿命大大提高，同时所生产的汽车质量也得到了提高。

（三）激光加工机器人激光直接制造技术

在工业生产当中激光加工机器人激光直接制造技术的应用优势也较为明显，通过对激光加工机器人在工业生产当中的应用既能够实现机器人激光直接制造技术又能实现机器人激光再制造技术。与传统的生产方式相比，激光加工机器人的自由度较高，在生产空间曲面要求下，工业生产的生产复杂程度更高。但是，通过研究发现，激光机器人在工业生产当中的应用能给实现就、直接制造生产的工作，并且能够为所生产的生产产品质量提供保证。

（四）机器人激光再制造技术

我们所说的机器人激光再制造技术其实质就是修复技术，机器人激光再制造技术较传统的生产技术有较大的生产优势，首先激光能量的密度较高，其受热范围较小，能给保护基体材料的使用性能。其次，在修复大型契合模具工作当中机器人激光再制造技术也发挥着至关重要的作用。大型的汽车模具的生产成本较高，使用较为传统的修复技术需要耗费大量的热量，并且修复过程的能量可控制性较差，模具的使用质量会受到很大程度的影响，在大型汽车模型修复工作当中，机器人激光再制造技术的应用更加简单、容易，并且修复质量更高。具有明显的传播优势。最后在激光加工机器人再制造技术在冶金a型压辊和穿头修复工作当中发挥的应用范围较广，根据调查， 冶金工业生产当中的压辊数量较多，并且每一根的压辊的成本较高，实际工作当中，压辊也会受到多种因素的影响，进而降低工作的使用寿命，此外，穿透是在无缝钢管生产当中能得到应用。在工作生产期间，要消耗大量的穿透，但在使用激光在制造技术后，应该有效实现无缝钢管的连续生产方式，排除传统生产过程中潜在的不足。最终提高工业生产的效率和工作质量。总体而言，机器人激光再制造技术在工业生产当中的应用价值较高，因此要保证工业生产的工作效益。

结语

通过本文的相关研究，激光加工机器人的类型较多，在工业生产当中机器人的应用价值较高，通激光加工机器人在应用过程当中会涉及到机器人激光焊接技术、激光热处理和激光切割技术以及激光直接制造技术、激光再制造技术。工作人员在掌握以上激光加工机器人的相关技术上，应该有效体现在工业当中的应用价值，积极应用激光加工机器人能给为工业生产效率和工业生产效益的提高奠定基础，相信通过本文的相关研究，能给促进加工加工机器人的相关技术的研究深度的提高，提高激光加工机器人在工业生产当中的应用质量。

参考文献

第5篇：激光加工范文

关键词：激光加工技术；核心课程体系；工作过程

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）05-0008-02

激光是武汉光谷高新技术支柱产业，激光加工设备制造业和激光加工业对高职激光专业的人材规格要求与传统专业有较大的不同。激光企业最需要以专业为基础的高端技能型专门人才，要求他们具有创新能力，并能给企业带来最佳的效益。为了适应激光企业的需求，通过对企业的调研，积极与企业合作开发，根据激光技术领域职业岗位（群）的任职要求，确立了激光加工技术专业的核心课程体系。

一、激光加工技术专业人才培养模式及培养目标

激光加工技术专业紧密联系“武汉・中国光谷”核心圈和武汉都市圈的激光加工设备制造和使用企业实际，实施“订单培养、课堂融入车间”的工学结合人才培养模式，培养与社会主义现代化建设要求相适应的德、智、体、美全面发展，适应生产、建设、管理和服务第一线需求，具有良好的职业道德和敬业精神，掌握激光加工设备制造、使用所需的系统基础知识和具备激光加工设备装配、调试、维护、基础设计及激光加工设备操作、工艺设计能力，专业领域计算机应用能力突出的高端技能型专门人才。

二、高职激光加工技术专业核心课程体系的确立

核心课程体系建设是高职院校培养生产、建设、管理、服务第一线的高端技能型人才工作中的关键环节之一。高职院校只有通过不断地更新课程、改进教学方法、改善教学手段等方法，建立与高职教育人才培养目标相一致的课程体系，才能确保人才培养质量及培养目标的实现。

通过与激光企业的产学研结合，激光加工技术专业积极与行业企业合作开发课程。根据激光技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，确定激光加工技术专业核心课程。武汉软件工程职业学院（以下简称“我院”）激光加工技术专业从2004年开办到2012年共招收了9届学生，通过充分的企业调研并考虑学生的基本状况，立足于专业培养规格，核心课程结构上经过不断的完善和改革，结构逐步趋向合理，更加符合本专业的人才培养目标。经过8年的积极探索，形成如图1所示的专业核心课程。

在6门核心课程的教学过程中，全部实施基于工作过程的项目式教学，即以企业工作过程为依据，以不同岗位典型工作任务为导向，设立不同的项目环节，形成教、学、做一体化的教学模式。核心课程具体课时安排如下：工程制图与CAD教学课时186学时，其中第一学期60学时，第二学期48学时+1周集中实训，第三学期2周集中实训（三维CAD）。激光器电工电子应用技术教学课时196学时，其中第一学期60学时，第二学期84学时+2周集中实训。光学技术应用教学课时142学时，其中第二学期52学时，第三学期48学时+2周集中实训。激光设备及加工控制教学课时124学时，其中第三学期48学时，第四学期24学时+2周集中实训。激光设备装配调试及激光加工教学课时124学时，其中第四学期62学时+2周集中实训。高功率激光切割设备与工艺教学课时62，其中第五学期36学时+1周集中实训。

三、高职激光加工技术专业核心课程主要知识点

根据企业岗位能力需求和教学实践，确定了激光加工技术专业核心课程的主要知识点。

工程制图与CAD：该课程主要介绍了工程制图的国家标准和技术规范，投影基础，机件的表达方法，轴测图、零件图、装配图的绘制；计算机辅助设计（CAD）及其软硬件，AutoCAD/高端三维CAD中的绘图、编辑修改、显示、图层、块、标注、系统设置以及文件管理等基本概念、功能及操作方法。通过该课程的学习，使学生具有阅读零件图（零件结构、精度、表面特性、材料等）的能力；阅读装配图的能力；熟练使用AutoCAD软件绘制零件图、装配图；熟悉一款高端三维CAD软件的能力。

激光器电工电子应用技术：该课程主要介绍了电工基础知识；直流电路、复杂直流电路、电容电感、磁路及常用低压控制器件、正弦交流电路、三相交流电路的工作过程；半导体器件基本知识；放大电路、正弦波振荡电路、直接耦合放大电路、线性集成电路及集成运算放大器的应用；数字电路的逻辑分析、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形产生和整形电路；设计并焊接基本放大电路、集成运算放大器的应用电路、数字时序逻辑电路；激光电源电路；激光电控电路。通过该课程的学习，使学生掌握安装、分析、判断、检测激光器电工电子线路的技能。

光学技术应用：该课程主要介绍了几何光学基本知识；物理光学基本知识；光学零件加工基本知识；光学仪器使用及调试基本知识。通过该课程的学习，使学生掌握基本光学仪器测量技术、基本光路及光学现象分析能力、激光光学元器件调试技能、光学零件加工检测和特性分析能力。

激光设备及加工控制：该课程主要介绍了激光器电气控制元件知识；控制电机与伺服系统知识；数控系统知识。通过该课程的学习，使学生掌握激光设备电气控制分析、判断、故障排除技能；激光加工工艺数控编程能力；激光器PLC控制、CNC数控系统装配调试能力。

激光设备装配调试及激光加工：该课程主要介绍工业用激光器基本结构知识；激光加工工艺知识；激光加工工艺设计知识。通过该课程的学习，要求学生具有常见的工业用中小功率固体和气体激光器装配与调试能力；操作常见工业用激光器进行激光加工的能力。

高功率激光切割设备与工艺：该课程主要介绍了高功率激光切割设备结构、装配调试方法；高功率激光钣金切割加工知识。通过该课程的学习，使学生掌握高功率激光切割设备装配调试基本能力，及其利用高功率激光切割设备进行钣金加工的能力。

四、高职激光加工技术专业核心课程教学方法及手段

核心课程采取讲练、分散性单项/综合技能训练、集中性的综合技能训练相结合的基于工作过程的理实一体化的教学形式。教师运用案例分析法、现场教学法等多种教学方法进行理论知识的讲解，并根据企业岗位工作任务要求，实施项目式的综合技能训练。教师提出项目目标，学生制定项目计划、具体实施步骤、项目检查与调试，教师分析评价，使学生进入企业后，能够熟练掌握自己岗位的技能，真正培养出高端技能型专门人才。

激光加工技术专业核心课程是通过对企业的考察，专家的研讨，集多年来工作经验的总结而构建的，能够满足社会对该专业人才的要求，从我院实际条件出发，将工学紧密地结合到一起，采用基于工作过程的项目式的教学形式，适应高职高专院校的发展，适应企业对人才的需求。今后，还应不断地探索、创新，为高职院校的发展，为社会的发展努力培养优秀的人才。

参考文献：

第6篇：激光加工范文

关键词：脉冲激光；分子动力学模拟；表面加工；微纳尺度

中图分类号：TH20 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0210-02

Abstract：The process of picosecond pulsed laser ablation of metal copper were investigated by molecular dynamics simulation， get the motion and position information of atoms and the morphological changes of surface during the ablation process. The physical quantity of the whole process are compute by statistical physics program. Finally， the dynamic characteristics and defect control for laser ablation of metals are discussed.

Key words：pulse laser； molecular dynamics simulation； surface process

前言

随着新型激光器的飞速发展，激光加工开辟出了众多新的领域。由于具有极高的实验价值及技术意义，高能短脉冲激光对金属材料的烧蚀以引起了学者们极大的兴趣[1]。还有学者对激光辅助在材料内部制作三维结构进行了深入研究。对于特定的工程应用，激光对材料造成的粒子高度聚集和结构损伤对产品应用有极大危害；另一方面，激光加工对材料结构的破坏又会产生独特的热力学性能[2]。因此，迫切需要对激光烧蚀过程中材料形态及相态变化进行深入研究，从而有效控制激光加工过程，优化加工工艺[3]。

1 物理模型

本次分子动力学模拟采用最常用的电子电气金属材料单晶铜作为靶材，为了更好地观察激光加工过程中材料内部的形态以及各项参数变化，靶材模型设定为施加了周期性边界条件的薄板，可得到类似剖面图的观察效果。本次模拟建立的物理模型如图1所示：采用的单晶铜材料尺寸为361.5×361.5×36.15（单位为，1=0.1nm），激光经透镜聚焦后从Z轴正方向射入薄板中。

在模拟建立的模型中，402000个金属铜原子以FCC（面立方）晶格的形式整齐排列于薄板模拟盒子内。原子初始速度由设定的初始温度85K按麦克斯韦-波尔兹曼分布随机选取。模拟采用开源软件LAMMPS进行计算。由于模拟系统中粒子体量极为庞大，因此在X、Y方向施加周期性边界条件，可在节约计算资源的同时避免边界效应的影响以保证计算的可信度；同时，在Z方向施加自由边界条件以观察烧蚀过程中材料的形变及相变。

2 材料形态变化

本次分子动力学模拟采用脉宽为1ps，波长5320nm，能量密度为78.5J/m2的脉冲激光对单晶铜材料进行烧蚀处理。本次分子动力学模拟研究中，计算输出的原子运动轨迹文件中包含了铜原子在各个时刻点的速度及位置信息。通过对这些粒子的位置变化我们可以得出靶材在激光作用下其表面形貌的演变过程；通过对各个粒子的速度信息进行计算又可以得到该粒子的动能数据，从而对烧蚀过程激光能量与铜原子的相互作用产生解析作用。

由图2我们可以看出激光加载4ps后，激光烧蚀点处的粒子振动动能明显增大，但仍然保持在其平衡位置附近振动，因此靶材表面尚平整，未出现明显皱褶。随着激光脉冲能量的持续加入，到8ps时烧蚀点附近的材料中的粒子动能持续增大，超过烧蚀阈值，使得粒子脱离其邻近粒子及电子云的束缚，此时靶材表面已有少量材料气化。

在材料表面发生气化的同时，靶材内部也在发生着热量的累积。激光照射的过程中，烧蚀点处粒子在平衡位置的剧烈震荡也会带动其他粒子进行振动，从而将能量传递到更远处，这个过程就是吸收到的激光能量的传递与累积。在这样的作用下，到了12ps时我们可以发现烧蚀点处大量的材料气化已经不可抑制，此处粒子的数密度迅速下降，这表明已有大量的气化现象发生。同时，气化产生的材料大量向外喷射，这也使得烧蚀点处熔池内的材料受到了强烈的反作用力的挤压。结合24ps时的材料形态图我们可以看到：反作用力的强烈挤压使得熔池内的材料有向左右两侧分开的趋势，进而在烧蚀点处形成一个“U型”凹槽。

3 温度分布

在这次温度分布云图的绘制工作中，我们选取与形态变化图保持一致的各个时间点进行分解绘制。从图3中我们可以看出，在激光烧蚀过程中，激光能量与原子动能的迅速转换使得系统中烧蚀点附近的温度急剧升高。在烧蚀点处，从零时刻的初始温度85K上升到12ps时刻的峰值温度5589.25K，其升温速率约为。到24ps时激光能量达到峰值，此时烧蚀点处的温度也达到最高值5635.89K，在这个过程中我们可以清晰地认识到激光烧蚀过程中能量的累积情况。随后激光能量逐渐衰减，此时烧蚀点处向周围传导的热量已大于从激光中吸收的能量，因此，烧蚀点处的温度逐渐下降，材料内部温度逐渐升高。

与晶体材料的烧蚀过程不同的是，在金属铜的激光作用过程中，温度的横向传导更加显著，也可以说激光烧蚀对金属铜的热影响区更大。产生这一现象的原因主要包括两大方面：第一，与晶体材料相比，金属铜的熔点及沸点均较高（分别为1357.77 K、2835K），因此当激光能量加入到材料上时，晶体材料可以迅速地熔化、蒸发带走热量，而金属铜材料却不能，其累积的热量只会向材料内部更深处传导；第二，金属材料由于其内部自由电子云及金属键的作用使得其导热系数（401W/（m・K））更大，熔池内累积的热量能够以更小的阻力传导到材料内部，因此激光烧蚀铜材料的热影响区比晶体材料更大，这是在实际应用中值得注意的问题。

4 结语

当激光能量加入到靶材表面时，随着能量的增大，其振动愈发剧烈，达到一定程度后超过其周围原子及电子云的束缚力，随即脱离材料表面向环境中逃逸，这就是激光烧蚀过程中的气化现象。

在温度传导方面，金属铜材料内部自由电子云及金属键的作用使得其导热系数更大，使得温度的横向传导更加显著，也可以说激光烧蚀对金属铜的热影响区更大。

金属铜材料由于其结构特殊性导致更高的晶格振动频率，导致金属铜中应力波传播速度极快，远大于晶体或者高分子聚合物。

参考文献

[1]Nedialkov N N， Imamova S E， Atanasov P A， et al. Mechanism of ultrashort laser ablation of metals： molecular dynamics simulation[J].Applied Surface Science，2005，247（1-4）：243-248.

第7篇：激光加工范文

关键词：中职院校　激光加工技术专业　课程设置

激光加工以其所具有的高效、节能、环保等独特的优势已经被人们越来越多地运用到各个领域。因此，中职院校开设的激光加工技术专业是目前中职加工制造类专业的又一延伸。面对拥有巨大需求的劳动力市场，从培养学生“三维”目标入手，在专业课程设置上必须与时俱进，以便不断适应市场、经济和科技发展对职业人才的动态要求。

一、课程设置应把思想道德教育放在首位

激光加工技术专业的课程设置应依据职业岗位的要求，因此，加强思想道德培养十分必要。针对学生在校四个学期学习这一情况，本人认为应分别开设职业道德、法律常识、心理健康、职业生涯规划等课程，与此同时，借助每周一次的主题班会，加强对学生道德修养、普法宣传、心理疏导、审美情操等常规教育，课时分配应不低于总学时的10%。作为职教人，我们深深地懂得，如果激光加工技术专业课程的设置只强调专业知识教育，而不重视对学生思想品德、创新能力、人际关系等综合素质的培养和提高，这样培养出来的学生也许操作技能水平较高，但是走上工作岗位，就不可能很好地处理各种人际关系，甚至与社会格格不入。因此，把思想道德教育放在首位是中职教育的一项重要内容。当然，思想道德教育课、文化基础课、专业理论与实训课要相互结合彼此渗透，这样才能最终为达成“三维”目标服务。

二、课程的设置应强调学生动手能力的培养与提高

激光加工技术专业主要是为了培养生产和服务第一线的应用型人才，因此，根据这一特点，教师首先要注重针对学生职业技能的训练，以形成其基本的社会生存能力。学生在校两年里，要强化他们钳工、焊工、维修电工、电子焊接、数模电的实验、实训等实践性教学与管理，准确使用常用仪器仪表、掌握基本测试方法、熟练组装激光器，在调试以及故障分析等方面进行专题训练，增加激光焊接、激光切割、激光打孔、激光热处理以及激光内雕等产品的实训活动，力求使产品的设计性、趣味性、综合性都能有所提高。其次，教师要制定一系列活动方案，定期举办“我爱小发明”“世界著名建筑拼图”“我心目中的潘多拉魔盒设计”等活动竞赛项目。这样，无论是在课内还是在课外，都能充分体现以学生为主体，以培养学生操作技能为主要目标的教育教学特点，促进学生尽早成为一名适应社会需求的技能型人才。

三、课程的设置应能充分适应机光电等行业对职业岗位的需求

专业课程设置上始终坚持以培养学生职业能力为主调，以职业生涯为背景，以岗位需求为依据，在“贴近生产、贴近工艺、贴近装备”的思想指导下，在激光加工产品设计、生产、工艺，以及激光器的安装、调试、检测及维护综合能力培养为核心上下工夫。认真分析行业发展现状和趋势，针对中职教育的宗旨和激光加工技术专业岗位的社会需求，适时调整课程内容、优化课程体系，使课程具有实用性、实践性、科学性，并包含更多的现代技术和新应用技术。针对中职院校激光加工所涉及的机械加工类、电工电子类的教学内容，我们开发并编写了《机械基础》《机械制图》《AutoCAD技术》《EzCAD基础》《电工与电子技术》和《设备控制技术》等专业课程。而在实际教学工作中，突出了对《激光原理》《激光加工设备》和《激光加工工艺》核心课程的教学，借助“校企合作、工学联合”的平台，将行业企业的生产标准和生产流程引入到教学的全过程中，培养了学生严谨的工作作风和熟练的操作技能，完善了激光加工的产品制作工艺，得到了指导教师、行家、企业领导的充分支持和肯定。

四、课程设置应注意统一性、地方性的有效结合

课程的统一性是保证教学质量的重要前提，统一性课程是指基础课程模块。在参考国家课程标准的前提下，我们把语文、数学、英语、体育、美术和音乐欣赏等纳入基础课程体系模块之中。这样，有利于学生综合素质的培养和提高，不仅为专业课程地学习打下良好的基础，也为学生今后走上社会，适应社会发展的需要创造良好的条件。课时分配应不低于总学时的30%。

同时，课程设置应具有地方性特点。面对地方经济发展战略一盘棋，激光加工技术专业的课程设置必须与学校专业发展同步，切合地方产业发展的大局，让教材开发和课程设置具有鲜明的为地方经济发展服务的办学特色。只有把统一性和地方性有效结合，才能适应社会需求，为经济发展作出应有的贡献。

五、课程设置要与师资队伍的建设相结合

师资队伍包括教师队伍、教学内容、教学方法和手段以及实验实训等。它对推动课程的整体改革，推进教育教学观念，提高教学质量起着重要作用。我们每年选派1至2位教师到武汉高校进行激光加工技术专业培训，以此提高教师理实一体化教育教学水平。培训的主要内容包括四方面：一是接受激光加工技术对当代社会发展所起作用的感性和理性认知培训，感知新技术给社会带来的巨大变革；二是对接受培训的教师进行激光加工专业理论水平的培训，为夯实技能功底打好基础；三是借助“中国·光谷”技术优势，让教师到激光设备生产企业进行技能专项训练；四是邀请来自全国中职院校的部分优秀教师、高校专家、行业精英等，一起研讨课程设置、教学内容、手段和方法，以便使课程设置更趋于合理化、规范化和科学化。

第8篇：激光加工范文

关键词：激光技术；农业机械制造；应用

激光技术是基于现代科学技术不断发展之上所形成的一种现代科形式，在农业机械制造中的合理应用，能够促进机械加工质量不断提升，提高农业机械的整体性能，从而推进我国农业机械生产与农业产业发展的顺利开展。

1 激光技术概述

1.1工作原理

科学研究表明，激光具有平行光束，同{性和单色波长的性能特征。在科学实验中，使用电管以电流或者光的能量对一些原子里含有易激发的物质或者某些晶体进行撞击，撞击后原子所带的电子处于一种高能量状态，当高能量的电子转化为平和的低能量时，原子会产生更大的能量，继而放出光子；该状态下，被释放出来的光子又不断撞击原子，原子继续产生光子，不断循环进行撞击与释放，而且持续往同一个方向运行，由此集中形成该方向的一束具有极强能量的光，形成所谓的激光原理。聚集的激光能量强大，可穿透各种材质。例如红宝石激光，该激光输出脉冲的全部能量不足以让冷水沸腾，却拥有穿透5mm钢板的能量。可见，尽管激光的光能一般，但功率密度极高，穿透力强大，这是一般的光束无法企及的，因此激光的这一优点被广泛应用于诸多行业。

1.2优越性

激光加工技术原理充分展示了该技术于其他处理技术的区别与优点。激光机工技术与材料进行零接触加工，没有对原件进行任何的直接性冲击。这一系列光束特性为激光加工技术带来了应用方面的先进性。根据激光加工技术的零接触加工原理，在对机械进行处理时，不会影响机械的原型，破坏性极低；激光光束具有极高的能量密集度，对于局部加工的机械，加工时间段，在激光照射部位没有任何不良影响，因此，在加工完毕后，机械受光束的热能量影响小，减少了不必要的后续加工程序；激光光束对于导向和聚焦工作十分灵活，能根据控制灵活实现所需调整，配合十分默契，在复杂机械的加工上得以领先应用。可见，激光加工技术的使用十分有效，对于产品的质量也得到较好保证，生产效率明显提高，在进行高精尖产品的加工上也得到了充分利用，加工过程不会造成污染，节省了材料，其优越性显著。

2 激光技术在农业机械制造中的应用

2.1激光切割技术

激光切割技术是激光加工技术中的重要组成部分，基于激光光束高密度对材料表面进行精准扫描，在短时间内促使被扫描部分迅速上升至上千摄氏度的高温状态，并在被扫描部分熔化后以高压气体吹走融化部分，从而实现激光切割。激光切割技术作为激光技术中的重要形式，在农业机械制造中发挥着重要的作用，能够通过激光光束聚能而达到目标，其在实际应用中能够产生较高的能量，因此与一般加工方式相比更具优越性与可靠性。基于激光切割技术的应用，农业机械制造质量得到可靠保证，在激光切割条件下，金属材料能够保持完整形态不变，在有效节约加工材料的同时，能够提高工作效率，降低成本，从而保障生产加工的综合经济效益。

就农业机械制造来看，其需要以厚度较大的金属材料作为支持，以促进机械制造加工各项操作的顺利开展。一般加工制造方法无法满足农业机械制造的综合要求，无法达到加工目的，并且所制造的农业机械精准度不足。而激光技术的合理应用，具有较强的穿透力，通过激光切割技术，即便是相对厚重的金属板也能够实现有效切割，保证工件制造精度，在农业机械制造中的应用，为机械产品质量与精度提供可靠保证，并降低机械制造材料成本，因而具有良好的应用价值。

2.2激光焊接技术

激光焊接技术在当前农业机械制造中也发挥着重要的作用，一般焊接技术是无法与之相媲美的。激光光束能够实现能量的聚集，而激光焊接技术正是通过能量的聚集将光束照射到待焊接工件表面，促使其部分溶解，之后进行规范焊接并加以冷却处理。激光焊接技术在实际应用中具有熔池净化功能，保证金属焊缝绝对纯净，从而对相同或不同的金属材料进行规范焊接。激光焊接技术是基于热传导原理的基础上所实现的，当激光照射于材料面时，表面受热并逐步向内分散，内部受热并使得工件熔化，促使熔池形成，为焊接操作的顺利进行提供可靠保证。在焊接过程中，部分金属器械部位难以靠近，传统焊接技术无法得到有效应用，焊接难度较大，而激光焊接技术则能够实现远距离、零接触焊接，应用便捷程度较高。

激光焊接技术在农业机械制造中的应用，通过其自身良好的电磁学性能、机械性能以及抗腐蚀性能，能够在一定程度上控制焊接材料变形问题，保证后重金属穿透效果，从而提高农业机械制造的精准度与可靠性。在农业机械制造中可以对激光焊接技术加以引进与应用，包括播种机、收割机等，此类设备与地面接触较多，往往会产生较大的阻力，从而对机械设备接触面磨损较为严重。通过激光焊接技术的合理应用，能够有效提高农业机械焊接面质量，延农业机械使用寿命，并有助于优化农业机械的使用性能，推进农业生产活动的高效开展。

2.3激光快速成型技术的应用

激光快速成型技术的应用较为先进，该技术的工作原理主要通过将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等技术集成综合运用集成。与传统制造方法相比具有互换性高，复制性好，成本低，加工周期短等优点。激光快速成型技术采用非接触的加工模式，没有传统加工的残余力问题，工具的更新问题，无切割、噪声等，有利于保护环境；可实现快速铸造，快速模具制造，特别适用于新品的开发和单件零件的生产。据资料显示，采用激光快速成型技术后，制造费用可降低50%以上，加工周期可缩短至80%，具有很大的优越性。但这一优越性在农业机械制造中的运用还比较有限，主要是由于农机制造向来都是以传统的制造方式生产，对激光技术的了解不足，没有投入到使用中。但随着农业工业化的继续发展，农机制造企业自身的实力也不断提高，市场对农机产品的质量方面有更高的要求，激光加工技术在农机制造方面的应用趋势不可避免。

3 结束语

总而言之，为促进激光技术的优越性及独特性得到充分发挥，加大力度探讨激光技术在农业机械制造中的应用是非常必要的。激光技术具有广阔的发展前景，在工业、化学、电子等行业内得到广泛应用，基于其时间控制性与空间控制性能够促进农业机械制造各项工作的高效开展，从而为社会生产活动提供可靠的技术支持，促进社会经济的不断发展进步。

参考文献：

[1] 崔莉 激光加工技术在农业机械制造中的应用研究[J]. 《科技创新与应用》， 2016（31）

第9篇：激光加工范文

激光（laser）又称“镭射”，原意为受激辐射产生的光的放大，其理论基础源于1917年爱因斯坦提出的技术理论――光与物质相互作用。在现代社会中，由激光衍生出的各种激光器已经成为装备制造业中不可或缺的元部件，激光及其产品已经成为一个庞大的产业并迸发出勃勃生机。

通常所说的激光器是指用来产生激光的装置，其基本原理是用光、电、化学能或核能等对工作物质进行激励，工作物质吸收外来能量实现粒子数反转，产生受激辐射，经放大或增益后产生强度高、方向性强的激光。激光器的基本结构包括激励源（也称激励抽运系统、泵浦系统）、具有亚稳态能级的工作物质，此外为使光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性，一般激光器都具有谐振腔。

激光器产业链

目前以激光器为基础的激光工业在全球的发展势头非常迅猛，现已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育、科研等方面。激光行业已形成完整、成熟的产业链分布。上游主要包括激光材料及配套元器件；中游主要为各种激光器及其配套设备；下游则以激光应用产品、消费产品、仪器设备为主。

总体而言，激光器自大规模商业应用以来市场一直稳步增长。2009年，受金融危机的影响，全球工业激光器行业受到重大挫折，全球工业激光器销售总额降至14亿美元，比上年下降30%。随着2010年后全球经济的渐渐复苏，受固态激光器以及光纤激光器在半导体、太阳能、医疗设备、显示、LED、航空航天、汽车等行业两位数的增长的带动，激光器行业出现了销量和收入的急剧反弹。2012年，该行业销售回升至历史最高的21亿美元，实现了“鱼钩式”反转。激光系统的销售趋势与激光器类似。

以CO2激光器为代表的气体激光器仍占据行业中的半壁江山，但增长已开始放缓，以Nd：YAG激光器为代表的固体激光器增长平稳，而近年来势头迅猛的光纤激光器则实现了两位数的增长，其他种类的激光器所占的市场份额仍然较小。

在应用规模上，金属加工仍然是激光器运用最广泛、销售最多的领域，占整体销售规模的70%。2011年激光器在该领域的销售收入达到了13.5亿美元。其次是激光打标和激光雕刻，为3.3亿美元。最后是半导体和微加工领域，达到1.47亿美元。

金属加工行业使用的激光器中，CO2激光器仍然占据统治地位，销售占比达到了67%。但2011年大功率光纤激光器在金属加工领域中的占比比2010年有大幅度增长，挤占了固体激光器的份额。

半导体和微加工市场中的激光器销售在2011年增长了23%，主要用于印刷电路板钻孔、太阳能电池刻蚀、对智能手机显示屏的加工和通讯元器件的焊接，大多数设备集中安装在亚洲市场。这一领域应用的主要为中小功率激光器，因此在大功率应用上占有优势的气体激光器和光纤激光器并没有绝对优势，固体激光器和半导体激光器也得以广泛使用，其中属于固体激光器类的超快脉冲激光器（UFP）以年均翻一番的速度快速增长。

在激光打标/雕刻领域，据统计，2011年全年全球共安装了超过22000台固体激光器和光纤激光器以及11000 台CO2激光器，产品的主要市场在亚洲。光纤激光器继续从二极管泵浦固体激光器中抢占市场份额。2011年光纤激光器的销售额同比增长34%，而固体激光器的销售额仅增长4%。2011年半导体激光器的销量约为1300台，主要分布在微加工和打标行业。

其他应用主要是指激光器在添加制造、表面处理、热处理、快速制造中的应用。2011年该类别的销售收入为1.27亿美元，不算是一个大市场，其主要的销售业绩（43%）是由固体激光器所垄断，预计将在未来几年内会被光纤激光器取代。

整体装机率方面，东亚市场以34%的激光器及系统安装率超过了先前的市场领导者欧洲（30%）。中国是该地区的工业激光系统的主要用户，占东亚地区所有装置比例估计高达85%。

主要应用技术

激光可用于各种金属和非金属材料的切割。由于切边受热影响很小，激光切割基本没有工件变形。激光切割具有无毛刺、无皱折、精度高的优点，因此明显优于等离子切割，同时由于激光切割工件变形极小，无刀具磨损，不受被切材料的硬度影响，更优于传统切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用。尽管其加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，节约了更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本。

激光切割主要应用于汽车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件和特殊材料的切割、航天工业使用的钛合金等。目前主要使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器、光纤激光器。

激光焊接由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。而高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域，以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。

与其他焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊条件下焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在用高功率激光器焊接工件时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。例如，金刚石锯片，用激光将基材（65Mn）和高强超硬的人造金钢石焊接，使这种锯片寿命、价值倍增。可进行微型焊接，激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型元件的组焊中。例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装、手机电池的封焊等。采用激光焊不仅生产效率可大大提高，且热影响区小，焊点无污染，从而大大提高了焊接的质量。而且还能焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。近几年来，由于在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广与应用。激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。目前广泛用于激光焊接的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体激光器。

由于激光具有高能量、高聚焦等特性，激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越容易加工。

与传统打孔工艺相比，激光打孔机具有以下优点：速度快，效率高，打一个孔的作用时间只有0.0001至0.000001秒。在不同的工件上激光打孔与电火花打孔及机械钻孔相比，效率可以提高l0～1000倍；可获得大的深径比；可加工硬、脆、软等各类材料；无工具损耗，等。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体激光器。

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而“刻”出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案和文字。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小从毫米到微米量级，这对产品的防伪有着特殊的意义。激光打标使用的“刀具”是聚焦后的光点，不需要额外增添其他设备和材料，加工由计算机自动控制，生产时不需人为干预。

激光打标的特点有：非接触加工，可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力；材料适用面广，可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印；可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度；标记清晰、持久、美观，并可有效防伪；使用寿命长、无污染；加工效率高，计算机控制下的激光光束可以高速移动（速度达5～7米/秒），打标过程可在数秒内完成。激光打标在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体激光器。

激光雕刻和激光打标的原理类似，但一般而言，激光打标机工作面小，属于微加工范畴，在精度和效果方面的要求高于激光雕刻机。激光打标机可以加工金属材料，针对的行业比较专业，设备价格通常远高于激光雕刻机。激光雕刻机不适合加工金属材料，且工作面大，工作行程长，精度要求相对较低。目前已有兼顾雕刻和打标功能的大型打标机，但价格很高。

激光雕刻一般指的是在非金属材料上进行雕刻或切割。激光雕刻按雕刻方式的不同分为点阵雕刻和矢量切割。点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。与点阵雕刻不同，矢量切割是在图文的外轮廓线上进行。一般雕刻机可雕刻的材料有：木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、氧化铝、皮革、树脂、喷塑金属等。

激光热处理是利用高能激光照射到金属表层，通过激光和金属的交互作用达到改善金属表面性能的目的。激光表面热处理技术包括激光相变硬化技术、激光涂覆技术、激光合金化技术、激光冲击强化技术等，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。激光相变硬化〔即激光淬火〕是激光热处理领域研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺，适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位，可提高零件的耐磨性和疲劳强度。激光合金化和激光涂覆是利用高功率激光束快速扫描金属工件表面，使一种或多种合金元素与工件材料表面一起快速熔化再凝固，共同形成硬化层。激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方怯，激光冲击强化使用脉冲宽度极短的激光照射到材料表面，可以产生高强度冲击被，使得金属材料的机械性能改善，阻止裂纹的产生和扩展，提高钢、铝、铁等合金的强度和硬度，改善其抗疲劳性能。激光热处理技术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、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。

激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%～0.002%，比传统加工方法的精度和效率高，而成本低。激光微调包括薄膜电阻（0.01～0.6微米厚）与厚膜电阻（20～50微米厚）的微调、电容的微调和混合集成电路的微调。

激光去重平衡技术是用激光去掉高速旋转部件上不平衡的过重部分，使惯性轴与旋转轴重合，以达到动平衡的过程。激光去重平衡技术具有测量和去重两大功能，可同时进行不平衡的测量和校正，效率大大提高，在陀螺制造领域有广阔的应用前景。对于高精度转子，激光动平衡可成倍提高平衡精度，其质量偏心值的平衡精度可达1%或千分之几微米。

激光划线技术是利用激光器作为光源，经过一组透镜组合整合后发射出高准直度的点状光源，在经过特制棱镜打散后形成一条亮度均匀的光线。由于采用特殊设计的棱镜扩散光线，有效避免了采用普通柱镜扩散光线后产生光线两端光弱、中间光强的缺点。

激光制版技术是把聚焦的激光束射向印版，把印版的指定范围熔化，然后去除不需要的部分，制出凸、凹的图像，图像的形状、大小、尺寸等可由电子调制来控制。

激光防伪技术是通过激光制版，将影像制作在塑料薄膜上，产生五光十色的衍射效果。并使图片具有二维、三维空间感。在普通光线下，隐藏的图像、信息会重现；当光线在某一特定角度照射时，又会呈现新的图像。这种模压全息图片可以像印刷一样大批量快速复制，成本较低，且可以与各类印刷技术相结合使用。

近十年，中国激光产业增长迅速，年增长率在15%左右，几乎比国外高出一倍。但行业缺乏整体规划，整个产业发展相当无序。技术上看，大功率激光器发展迅速，已经打破国外产品的垄断，武汉光谷科威晶已研发出10000W大功率轴快流CO2激光器，功率仅次于德国通快产品，居世界第二位。国内半导体激光器、全固态激光器也有长足进步。国内一些科研机构和企业已经研制出包括光纤激光在内的新的激光技术和产品。国内有些高校还对碟片激光器的研究开展了工作。

在产业分布上，中国激光产业主要集中在武汉、广东、上海、北京等地，已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群。其中，武汉光谷是国内仅次于北京中关村的第二大智力密集区，园区内与激光产业相关的企业达200多家，拥有华工科技、楚天激光、武汉锐科、光谷科威晶等大批业内领军企业，年度总收入超150亿元，稳据中国激光加工设备市场一半份额，成为中国激光产业最重的一极。

行业规模上，国内激光加工设备市场行业规模迅速发展，增长维持在20%以上。2010年，市场规模突破55亿元，2011年市场规模在60亿元以上，其中大功率的激光设备产值约占七成，低功率的激光设备占三成左右。2001至2010年，该行业的复合年均增长率为21.7%，呈现出稳定、高速增长的态势。预计“十二五”期间，中国激光加工设备行业市场规模年均增速将超过20%，市场规模有望突破130亿元。

投资重点关注领域

作为目前最为活跃的激光光源器件，光纤激光器是在EDFA（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器）技术基础上发展起来的，属于激光技术的前沿领域。

光纤激光器的研究始于上世纪60年代，在80年代取得实用性突破。目前，美国IPG公司是世界最大的光纤激光器供应商，其产品涵盖30KW以内连续光纤激光器和100W以内脉冲光纤激光器，占全球约85%的市场份额，2010年该公司实现销售额约3亿美元。英国SPI公司的产品涵盖400W以内连续光纤激光器和40W以内脉冲光纤激光器，占全球10%的市场份额。此外，国际各主要工业激光器制造商，如通快Trumpf、Rofin以及GSI等都相继推出了自己的光纤激光器产品。

国内光纤激光器的研究开展得较晚，但近几年来取得了较快发展。从销售额和市场情况看，光纤激光器最大的市场在千瓦级以上的应用。目前二维钣金切割是千瓦级光纤激光器的主要应用，国内大功率切割机市场每年有近两千台的需求。高功率激光的焊接和其他应用的市场潜力更大。根据预测，国产千瓦级的工业光纤激光器会在一年之内进入市场，并有望在两年内占据中国市场60%的份额，而且该领域会呈现激烈竞争的态势。

激光快速成型技术也称为“3D打印”，原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层，以每个薄层断面的二维数据来驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出符合要求形状的薄层，逐层积累最后形成实体模型。

3D打印技术流派

3D打印目前处于技术发展早期，即将进入市场爆发的时刻。据统计，2010年全球3D打印设备市场规模达13.25亿美元，其中服务收入为6.51亿美元，2011年3D打印设备销售额为17.14美元，同比增长29%。个人3D打印机销量呈爆发式增长，销售额从5987台猛增至23265台，增幅达289%。2011年工业3D打印系统占比迅速提升至24%。亚太地区中国和日本是主要的市场。3D打印面临着迅速增长的市场需求，有机构预测，到2015年全球市场规模将超过30亿美元，2019年将超过60亿美元。

中国科技部编制并印发的《新型显示科技发展“十二五”专项规划》（以下简称《专项规划》）重新定义了激光显示产业的战略地位，在“十二五”期间中国将大力发展激光显示和3D显示为代表的下一代显示技术。《专项规划》明确了新型显示科技“十二五”发展的经济指标：“十二五”时期产业链新增产值5000亿元/年，建立规模化示范基地7个、工程化示范基地10个；激光显示产值100亿元/年，产量50万台/年；3D显示产值3700亿元/年，形成3D电视、3D显示器、3D投影产业集群，建立3D电影院体系；有机发光显示产值300亿元/年，年产能1.5亿片；电子纸显示产值30亿元/年，产量1000万片/年；移动互联网终端显示产值1000亿元/年。

激光显示以激光为光源，充分利用了激光波长可选择和高光谱亮度的特点，因此显示图像具有更大的色域，其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上，可以达到人眼所能识别色彩空间的90%以上，而且具有很高的色饱和度。

据了解，显示产业是年产值超过千亿美元的战略性新兴产业，是信息时代的先导性支柱产业，产业带动力和辐射力强。随着电子消费产品的更新换代，中国显示产业转型升级的需求非常迫切。激光显示被认为是“一次显示领域的革命”，具有每年500亿美元以上的市场前景。Sony、三菱电气、精工爱普生、三星、德国欧士朗等国际产业巨头正在加紧激光显示技术和产品的研发。