激光雕刻是激光系統(tǒng)最常用的應用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機理,大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應來完成加工過程,包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標、激光鉆孔和微加工等;光化學反應加工是指激光束照射到物體,借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。
激光雕刻是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度,靠光熱效應來加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小,可加工各種材料。用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。 某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級的物質(zhì),在外來光子的激發(fā)下會吸收光能,使處于高能級原子的數(shù)目大于低能級原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉(zhuǎn),若有一束光照射,光子的能量等于這兩個能相對應的差,這時就會產(chǎn)生受激輻射,輸出大量的光能。
與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比,激光雕刻技術(shù)具有材料浪費少、在規(guī)?;a(chǎn)中成本效應明顯、對加工對象具有很強的適應性等優(yōu)勢特點。在歐洲,對高檔汽車車殼與底座、飛機機翼以及航天器機身等特種材料的焊接,基本采用的是激光技術(shù)。
1、激光功率密度大,工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或汽化,即使熔點高、硬度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工;
2、激光頭與工件不接觸,不存在加工工具磨損問題;
3、工件不受應力,不易污染;
4、可以對運動的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工;
5、激光束的發(fā)散角可小于1毫弧,光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和皮秒,同時,大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級,因而激光既適于精密微細加工,又適于大型材料加工;
6、激光束容易控制,易于與精密機械、精密測量技術(shù)和電子計算機相結(jié)合,實現(xiàn)加工的高度自動化和達到很高的加工精度;
7、在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方,可用機器人進行激光加工
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