激光制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
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(chǎng)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(píng)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 ..
從1964年第一臺(tái)CO2激光器出現(xiàn)到現(xiàn)在,經(jīng)過近四十年的發(fā)展,從封離式CO2激光器、慢速軸流CO2激光器、橫流CO2激光器,到高頻羅茲泵型快速軸流、射頻turbo型快速軸流以至目前出現(xiàn)的擴(kuò)散型Slab CO2激光器的發(fā)展中可以看到,一方面激光輸出功率不斷提高,體積不斷縮小,另一方面激光器的效率不斷提高,光束質(zhì)量越來越好。擴(kuò)散型Slab CO2激光器光束橫截面上光強(qiáng)分布接近高斯分布(如圖2),具有極好的光束質(zhì)量,在加大的激光加工工作區(qū)焦點(diǎn)的漂移很小,非常有利于大范圍激光傳輸與聚集,這對(duì)大尺寸工件的切割應(yīng)用非常重要。
工業(yè)用固體YAG激光器也經(jīng)歷了從小功率燈泵浦(棒狀)、燈泵浦(板條)、雙燈泵浦(多棒)到光纖泵浦(棒狀)、半導(dǎo)體泵浦(棒狀)和片狀固體激光器的過程。由于受工作物質(zhì)熱物理性質(zhì)的制約,YAG激光光束質(zhì)量模式相對(duì)較差。如何提高光束質(zhì)量和激光功率,仍是YAG激光器面臨的主要問題。 值得注意的是近年來發(fā)展起來的半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器具有小型化、頻率極高、與光纖良好耦合、易于調(diào)制等優(yōu)良特性,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。 要在不同產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用激光制造技術(shù),很大程度上要依賴于激光加工系統(tǒng)的性能與工藝。歐、美、日一些國家在新光源、加工系統(tǒng)及工藝等方面的研究與開發(fā)就從未降溫過。隨著激光工作物質(zhì)的研究與開發(fā)、器件與單元技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新,以高性能、寬波段、大功率為特征的激光取得了蓬勃的發(fā)展,如紫外光輸出的KrF、ArF準(zhǔn)分子激光器、倍頻激光器等。尤其是高功率光纖激光的出現(xiàn),使激光制造的移動(dòng)式定位加工變得更加便利。 2 激光制造技術(shù)應(yīng)用 激光制造技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比,其突出的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)特種材料特殊要求的加工 激光焊接與大多數(shù)傳統(tǒng)的焊接方法相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)。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(yīng)力閾值,或使高導(dǎo)熱系數(shù)和高熔點(diǎn)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(jī)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(guān)物質(zhì)落入焊接部位的可能;如果采用大焦深的激光系統(tǒng),還可實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)合下的焊接,比如,由軟件控制的需隔離的遠(yuǎn)距離在線焊接、高精密防污染的真空環(huán)境焊接等;在不發(fā)生材料表面蒸發(fā)的情況下可熔化最大數(shù)量的物質(zhì),達(dá)到高質(zhì)量的焊接。以上特點(diǎn)是傳統(tǒng)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(yè),已普遍采用激光焊接技術(shù)2。例如歐洲一些國家,對(duì)高檔汽車車殼與底座、飛機(jī)機(jī)翼、航天器機(jī)身等一些特種材料的焊接,激光的應(yīng)用已基本取代了傳統(tǒng)的焊接工具和方法。 (2)特殊精度的加工制造 |
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