從原理上說，激光能適應(yīng)任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工制造方面起著無可替代的作用。本文綜合評述了激光制造系統(tǒng)的發(fā)展以及激光制造技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的地位。在分析國外研究動向的基礎(chǔ)上，指出激光制造技術(shù)的發(fā)展趨勢將重點定位在微結(jié)構(gòu)、微刻蝕、微工具以及多功能性微技術(shù)、微工程的研究與開發(fā)上�？梢灶A(yù)測，三維微納尺度的激光微制造技術(shù)必將成為新世紀(jì)的主流制造技術(shù)。
前 言
自1960年第一臺激光器問世以來，激光的研究及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。其高相干性在高精密測量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、信息存儲及通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。激光的高單色性，可在光化學(xué)領(lǐng)域?qū)σ恍┫嗑嗪芙�的能級作選擇激發(fā)，進行重金屬的同位素分離；激光的高方向性和高亮度可廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)（大到航天器、飛機、汽車工業(yè)，小到微電子、信息、生物細(xì)胞分離等微技術(shù)）。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應(yīng)工藝的不斷革新與優(yōu)化，尤其是近20年來，激光制造技術(shù)已滲入到諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，并開始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工行業(yè)。
激光制造技術(shù)包含兩方面的內(nèi)容，一是制造激光光源的技術(shù)，二是利用激光作為工具的制造技術(shù)。前者為制造業(yè)提供性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的激光器以及加工系統(tǒng)，后者利用前者進行各種加工和制造，為激光系統(tǒng)的不斷發(fā)展提供廣闊的應(yīng)用空間。兩者是激光制造技術(shù)中不可或缺的環(huán)節(jié)，不可偏廢。激光制造技術(shù)具有許多傳統(tǒng)制造技術(shù)所沒有的優(yōu)勢，是一種符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造技術(shù)。例如，材料浪費少，在大規(guī)模生產(chǎn)中制造成本低；根據(jù)生產(chǎn)流程進行編程控制（自動化），在大規(guī)模制造中生產(chǎn)效率高；可接近或達到“冷”加工狀態(tài)，實現(xiàn)常規(guī)技術(shù)不能執(zhí)行的高精密制造；對加工對象的適應(yīng)性強，且不受電磁干擾，對制造工具和生產(chǎn)環(huán)境的要求低；噪聲低，不產(chǎn)生任何有害的射線與殘剩，生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染小等等。因此，為適應(yīng)21世紀(jì)高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、滿足宏觀與微觀制造的需要，研究和開發(fā)高性能光源勢在必行。目前正在積極研制超紫外、超短脈沖、超大功率、高光束質(zhì)量等特征的激光，尤其是能適應(yīng)微制造技術(shù)要求的激光光源更是倍受關(guān)注，并已形成國際性競爭。可以預(yù)言，激光制造技術(shù)必將以其無可替代的優(yōu)勢成為21世紀(jì)迅速普及的高新技術(shù)。
1 激光制造系統(tǒng)發(fā)展
用于制造業(yè)中的激光系統(tǒng)即激光制造系統(tǒng)，一般由激光器、激光傳輸系統(tǒng)、激光聚焦系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)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(zhì)量直接影響著加工制造的結(jié)果。激光光束質(zhì)量的好壞可以采用光束遠(yuǎn)場發(fā)散角、光束聚焦特征參數(shù)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(zhì)均勻穩(wěn)定，一般可以實現(xiàn)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(zhì)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(zhì)量變差（如圖1）。目前工業(yè)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(yè)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，激光切割、激光焊接都需要優(yōu)良的光束質(zhì)量，而追求高光束質(zhì)量的大功率激光是工業(yè)用激光器不斷發(fā)展的目標(biāo)。