21世纪的绿色制造——激光制造技术及应用

随着激光制造技术的快速发展,激光技术已经在工业领域得到广泛的应用。通过介绍激光制造技术在汽车、航空航天、钢铁冶金等工业领域的应用,展示其在低能耗、短流程、绿色环保等发展理念方面的先进性和广泛性。介绍大功率半导体激光器和光纤激光器这两种代表未来激光制造系统发展方向的新型激光器,希望能够改变工业用激光制造装备主要依赖进口的现状,最终形成我国新一代激光制造产业链。

激光制造技术在航空领域中的应用

自上世纪70年代大功率激光器件诞生以来,已形成了激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面处理、激光合金化、激光熔覆、激光快速原型制造、金属零件激光直接成形、激光刻槽、激光标记、激光掺杂等十几种应用工艺。

关于大功率CO_2激光器在船舶制造中应用的探讨

文章介绍了在欧洲一些工业发达国家激光焊接技术在船舶制造中应用的发展历程和现状,指出了大功率CO2激光器在船舶制造应用中需要解决的问题:光束传输与变换、激光焊接过程中激光束与焊缝中心的对位以及激光焊接技术在船舶制造中应用的经济性,进而指出激光焊接技术在船舶制造的应用研究中不仅要从激光焊接技术的工艺可行性入手,还要从光束传输、设备制造、焊缝跟踪以及船体结构等方面入手进行多方面的研究。

微制造技术的回顾与展望

概述微型机械的内涵、发展、应用领域及其常规制造技术，介绍激光快速成形技术，提出纳米粉激光三维微成形的思想，指出激光技术、纳米技术与快速成形技术的结合，是今后制造三维复杂微结构的重要发展方向。

现代激光制造及其未来发展

为了提升我国传统制造业的技术水平,为激光制造技术在工业生产中的更广泛应用提供科学依据,介绍了激光制造技术和制造系统在国内、外的应用发展状况,强调了工业用激光器光束质量的重要性,指出激光制造系统的不断进步就是激光器光束质量不断提高的过程;另一方面,提出激光技术在应用领域的扩展和超短、超快光源是这一领域的前沿.最后,文章提出几点建议,供政府、企业和研究单位共同思考.

先进制造技术——现代光制造技术

综合评述了光制造技术的特征。光制造技术作为现代先进制造技术之一 ,在现代制造业中具有独特的优势。从原理上说 ,激光能适应任何材料的加工制造 ,尤其在一些特殊精度和要求、特别场合以及特种材料的加工制造方面起着无法替代的作用。通过对国外研究动向的分析可看出 ,光制造技术的发展趋势将重点定位在微结构、微刻蚀、微工具以及多功能性微技术、微工程的研究与开发上。

激光加工技术的优势及在工业生产中的应用

本文介绍了国家产学研激光技术中心（ＮＣＬＴ）过去和目前在激光技术研究中的一些成果，这些技术如激光熔覆、激光焊接、激光切割等在中国的企业中已有应用。

如何加速发展我国激光加工产业

本文从德国激光加工产业迅速发展的现状及其发展战略,对我国激光加工产业发展中存在的问题进行了分析。提出当前重点应在激光加工技术的开发和研究上投入更多的力量,尽快开拓我国激光加工的工业市场,建立激光加工的专业技术力量。文章对加工技术所应研究的内容进行了阐述,并对国内激光界现有的某些不恰当的提法进行讨论。

激光加工技术在汽车车身大型覆盖件中的应用

综述了高功率激光加工技术在汽车行业尤其是车身制造业中的应用优点及国外的应用状况。对我国汽车制造部门采用激光技术改造传统工艺提供参考。

高功率激光光束特性对激光加工的影响

决定光与物质相互作用的激光束的波长、入射角、偏振特性以及时间和空间特性是激光材料加工的主要光束特性。激光束的光束质量是其空间特性的量化反映。通过对两种不同激光加工系统输出激光光束质量进行测量和计算,根据多模激光束的聚焦理论,以及对激光深熔焊接实验结果的分析,研究了光束质量对深熔焊接焊缝成形的影响。结果表明,光束质量对聚焦光束的焦斑、聚焦角和焦深的影响不仅体现了激光源的可聚焦性,而且也标志了激光源的可加工能力,这是聚焦系统和焦点位置在选择过程中应该考虑的重要因素。

铝合金的大功率扩散型CO_2激光粉末焊接技术

本试验研究采用 2 6 0 0W扩散型 (Slab)CO2 激光加工系统 ,利用喷射填充粉末激光焊接技术成功地进行了铝合金焊接 ;确定了试验材料激光焊接的能量阈值 ;通过工艺参数的优选获得了无明显焊接缺陷、正反两表面平滑连续的焊缝 ;焊接接头的力学性能检测表明 ,AA6 0 16铝合金 (厚度为 1 15mm)焊接接头抗拉强度不低于母材的可允许间隙可达 0 5mm(母材厚度的 44 % ) ;根据试验结果 ,推荐对于一定板厚的铝合金 ,应该经过试验确定不同激光功率时实现深熔焊的最小线能量 ,并且尽量选取较高的激光功率及较高的焊接速度 ,以确保取得最佳的焊接质量。

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度α的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。

镀锌钢板的CO_2激光焊焊接性

以裁焊板工业生产为背景 ,对汽车用镀锌钢板的CO2 激光切割板坯的CO2 激光焊焊接性进行了试验研究。对于不等厚和等厚的镀锌板拼接进行CO2 激光焊接 ,在激光功率 4 0 0 0W时其焊接速度可达 0 .1m/s。对镀锌钢板激光切口拼接的激光焊接与铣口拼接的激光焊接的焊缝形貌和硬度进行了比较 ,它们产生的焊缝宽度在 0 .5～1.0mm范围 ,激光焊缝最大硬度比母材硬度高出 1～ 1.5倍 ,激光焊接对激光切口拼接与铣口拼接两者都可获得等同的宏观焊接质量。

激光阈值附近微孔加工方法的研究

基于各个激光参数对加工微孔的影响以及激光在阈值附近工作时光束质量较好的优点,采用声光调QNd∶YAG脉冲激光器进行阈值附近的微孔加工,在0.7mm的镀锌钢板上获得了直径为15μm的微孔,深径比超过50,打孔成功率为100%。实验证实了此方法能实现高质量微细孔的激光制备。

CO_2激光焊接光致等离子体屏蔽机制的实验研究

采用 2 0kWCO2 激光器 ,设计了一组试验方法 ,研究光致等离子体对焊接深度和聚焦光束的影响 ,探讨高功率CO2 激光焊接时光致等离子体的屏蔽机制。研究表明 ,光致等离子体显著改变了聚焦光束的形态 ,使其焦点下移、光斑扩大 ,等离子体的这种透镜效应随着等离子体的上升而增强。相对于等离子体吸收 。

高强铝合金激光粉末焊接过程

采用CO_2激光(slab)系统进行了高强铝合金的激光填粉焊接,分析了激光与粉末相互作用的5个阶段过程;研究了填充合金粉对CO_2激光焊接功率阈值、焊缝成形和焊接过程稳定性的影响。试验表明,合金粉末可以提高焊接过程中激光能量的有效利用率;激光深熔焊接时的临界功率密度明显降低,粉末束流只有作用在光致等离子体的恰当区域才能有效地进入熔池;在一定送粉量下,匹配适当的功率密度和热输入,才能保证得到理想的焊缝。高速摄像图片显示了激光支持的燃烧波及焊接中的过程孔洞,并且合金粉末还可以减弱等离子体的膨胀跳动,有利于获得较为稳定的焊接过程和理想的焊缝成形。

高强铝合金T型接头激光焊接的研究现状

分析总结了高强铝合金T型接头激光焊接存在的几个主要问题,从工艺的优劣性方面介绍了当前高强铝合金T型接头激光焊接常用的几种工艺,通过实验论证了采用填充粉末焊接高强铝合金T型接头焊接的可行性。并提出了激光加工专用粉末制粉工艺的一个新的研究方向。

高聚物基PCR微流控芯片技术

PCR微流控芯片是一种完美的体外无限扩增核酸的技术 ,是第三代PCR技术。目前英国、德国、日本、中国等多家研究单位已经成功地应用自己研制的PCR微流控芯片在实验室完成了DNA扩增。基于目前大多芯片采用硅或者玻璃作为基片 ,存在加工工艺复杂和价格昂贵的缺点 ,通过对不同材料性能比较 ,认为价格便宜、加工方法简单的高聚物是今后芯片材料发展的趋势。通过对三种高聚物加工方法的比较 ,认为准分子激光直写入微加工方法因其灵活性大 ,加工质量高 ,将成为高聚物加工方法的主流。最后针对PCR微流控芯片的温控系统提出了优化方案。

三维激光加工自动编程系统的研究

针对三维激光加工的特点和具体要求 ,介绍了作者采用面向对象技术 ,利用mechanicaldesktop(MDT)上的二次开发工具ARX ,从CAD模型中提取激光”刀”位数据 ,并将数据转化为激光头位数据 ,利用这些数据进行模拟仿真、干涉检查 ,最后 ,经过坐标变换 ,把计算机中的数据变换为加工机床数据 ,生成NC代码进行加工。开发出的三维激光加工软件实用性强 ,可快速。