激光制造技术在现代工业生产中得到了广泛的应用,具有精度高、效率高、灵活性强等优点,已成为现代制造业的重要支撑技术。其工作原理是,当科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质时,这些物质的电子会达到受激发的高能量状态。当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的“连锁反应”,并且都朝同一个方向前进,形成强烈而且集中朝向某个方向的光,即激光。
激光制造技术在多个领域都有应用,包括材料加工、测量控制、医疗、科研、信息和军事等。例如,在汽车制造领域,激光技术被用于车身厚薄板、零件等的焊接和切割;在医疗领域,激光技术可用于治疗和诊断等多种用途。
随着激光技术的不断发展,激光制造的应用领域也在不断扩展。现在,激光制造技术已经与多个学科相结合,形成了多个应用技术领域,如光电技术、激光医疗与光子生物学、激光检测与计量技术等。这些技术的发展,不仅推动了激光制造技术的进步,也促进了传统产业和新兴产业的发展。
总之,激光制造技术是一种高效、精确、灵活的加工和制造技术,对于推动现代制造业的发展具有重要意义。
激光制造技术可以分为两大类:激光常规制造和激光增材制造。这两类技术各有其独特的特点和应用领域。
激光常规制造主要利用激光的高亮度和方向性好的特点,通过聚焦激光束照射到被加工材料上的指定部位,使材料发生气化、熔化、金相组织以及内部应力变化等现象,从而实现工件材料的去除、连接、改性和分离等不同的加工目的。其主要工艺方法包括激光表面工程(如激光表面处理、激光淬火、激光喷涂等)、激光焊接、激光切割等。
激光增材制造则是一种以激光为能量源的增材制造技术,通过逐层累加材料来构建三维物体。根据成形原理,激光增材制造可以分为激光选区熔化和激光金属直接成形两大类。激光选区熔化技术利用高能量的激光光束熔化粉末材料,逐层累加形成三维物体。
激光制造技术的特点主要体现在以下几个方面:
加工精度高:激光束可以聚焦到很小的光斑,实现微米级的加工精度,适用于精密加工。
加工效率高:激光加工为非接触加工,加工速度快,热影响区小,容易实现加工过程的自动化。
加工材料广泛:激光加工可以应用于多种材料,包括金属、非金属、塑料、陶瓷等。
加工方式多样:根据激光与材料的相互作用方式,激光加工可分为切割、打孔、焊接、雕刻、表面改性等。
自动化程度高:激光加工可以与自动化设备相结合,实现自动化生产线,提高生产效率。
此外,激光加工还具有高积聚性、高温度性、无噪声以及加工部位的精确性等特点,对非加工部位的影响较小。这些特点使得激光制造技术在多个领域都有广泛的应用,如汽车制造、航空航天、医疗器械、电子产品等。
以上是对激光制造的分类及特点的简要概述。随着激光技术的不断发展,激光制造技术的应用领域将会更加广泛,为现代制造业的发展带来更多的机遇和挑战。
激光制造技术的发展成果显著,以下是一些重要的时间节点和对应的成果:
激光制造技术持续发展,尤其在材料加工、精密制造和自动化生产等领域取得了显著进步。
材料加工:激光切割、激光焊接和激光打孔等技术广泛应用于金属、非金属、塑料等多种材料的加工中,实现了高精度、高效率的加工效果。
精密制造:激光微纳加工技术能够实现微米甚至纳米级别的加工精度,为微机电系统(MEMS)、光学元件等领域的制造提供了重要支持。
自动化生产:激光加工设备逐渐实现自动化、智能化控制,提高了生产效率和加工质量。
市场规模扩大:据《2023-2028年中国激光设备制造行业发展分析与投资前景预测报告》显示,激光设备制造行业继续保持增长态势,主流应用场景如家用、工程、商务、教育等领域继续高歌猛进,收获了显著的同比增长。
技术突破:在激光显示领域,国产激光显示品牌在光源设计、光机模组、整机设计等关键技术方面做到了全球领先,并在激光器、成像芯片、镜头、抗光屏幕等核心部件的研发方面取得较快进展。
应用扩展:激光显示在网红餐饮、户外露营、智慧文博等新兴场景实现了2倍以上的规模增长,表明激光制造技术正在不断扩大其应用领域。
通过改善光腔结构、增强光的聚焦效果和提高输出功率等方面的优化技术,激光器的性能得到了显著的提升。这些技术不仅提高了激光加工的效率和质量,也促进了激光制造技术的整体发展。
需要注意的是,激光制造技术的发展是一个持续的过程,随着科技的不断进步和市场需求的不断变化,未来还将有更多的发展成果涌现。
激光制造技术领域是一个广泛且不断发展的领域,涵盖了多种技术和应用。以下是对激光制造技术领域的主要分类和应用的详细阐述:
激光制造技术根据加工原理和方式的不同,可以大致分为激光常规制造和激光增材制造两大类。
1、激光常规制造
激光切割:利用激光束的高能量密度对材料进行热作用,实现材料的快速切断。
激光焊接:通过激光束局部加热工件表面,使其熔化并与另一工件连接在一起,实现精密焊接。
激光打标:利用激光束在物体表面进行打标、刻划或标识,添加文字、图案、条形码等信息。
激光打孔:利用激光束穿透材料形成孔洞,常用于微孔加工。
激光雕刻:在材料表面进行局部加热,使其蒸发或氧化,从而在材料表面刻划图案或文字。
激光表面处理:包括激光淬火、激光退火、激光喷涂、激光蒸气沉积等技术,用于改善材料表面的力学性能和物理性能。
2、激光增材制造
激光选区熔化(SLM):利用高能激光束按照预定的扫描路径,扫描预先铺覆好的金属粉末并将其完全熔化,冷却凝固后形成工件。
激光金属直接成形(LMD):类似于SLM,但可能在某些工艺细节上有所不同,同样用于金属零件的增材制造。
激光制造技术凭借其高精度、高速度、无接触性等优点,在工业制造、医疗、科研、通信等多个领域得到了广泛应用。
1、工业制造
汽车制造:用于车身、发动机等部件的切割、焊接和打标。
航空航天:用于飞机、火箭等复杂构件的制造和修复。
轨道交通:在列车制造、轨道维护等方面也有应用。
2、医疗领域
激光手术:如眼科手术、皮肤科手术等,利用激光束进行精确切割和凝固。
激光治疗:用于皮肤病、肿瘤等的治疗。
医疗器械制造:激光技术在高端医疗器械的精细制造中发挥重要作用。
3、科研领域
材料研究:用于分析材料的成分、结构和性能。
物理、化学研究:作为高精度测量和实验工具。
4、通信领域
激光通信:利用激光束进行高速、长距离的信息传输,具有抗干扰能力强、传输速率高等优点。
5、其他领域
激光测量与检测:如激光雷达、激光测距仪等,在工业自动化、机器人导航等领域得到应用。
激光打印与成像:在3D打印、激光打印和激光成像技术中扮演重要角色。
随着科技的进步和工业的发展,激光制造技术正朝着更高精度、更高效率、更环保的方向发展。同时,随着高功率激光器技术的不断突破和成本的降低,激光制造技术的应用领域将进一步拓展,为更多行业带来革命性的变化。
综上所述,激光制造技术领域是一个充满活力和创新精神的领域,其广泛应用和不断发展将为人类社会的进步和繁荣做出重要贡献。