激光加工之十大里程碑

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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑激光加工之十大里程碑 激光加工之十大里程碑 这是一项艰辛的任务评比出在50年进展史暨40年工业激光材料加工史中的十大里程碑事情由于可选的工程好多，且每一项都有被认可、受赞誉之处。但是对于这项工作，假设你抱着这样的信念，即这些里程碑事情曾经并将持续在激光市场的众多应用中发挥重要作用，那么评比工作就能变得简朴一点。 评比的准那么如下：新应用是否为工业激光加工带来新的突破；在其介入时期，该应用是否创造出主要的商业市场；以及相关激光设备的进展是否衍生了新产品制造技术。 前两种选择及最早期的商业化产品几乎同时在20世纪70年头初被进展成为商业化流程，都受到美国航天局太

2、空筹划的推动。其背后的需求是：微型的电子零件将被放射进入太空。 密封 电子继电器的密封由电子电路行业小型化的需求驱动，是在1973-1975年期间由多家美国激光公司使其商业化；Raytheon，GTE Sylvania，Holobeam和Korad公司当时都彼此竞争（现在这些公司都已退出了激光业），试图从国防部和美国航天局的承包商手中获得早期的设备定单。 这些公司将科研的脉冲Nd:YAG激光器商业化，使用细致聚焦光束在薄壁继电器封装的边缘举行重叠的点焊（见图1），在可控的空气系统下举行密封，这是一项低热输入的完备应用。 图1、早期的微型电气继电器外壳 （Raytheon公司） 该激光系统首次于

3、1973年在市场上销售，激光密封包装封口成为一个主要的业务，并衍生出今天的固体激光器用于可植入医疗设备密封的技术。此应用带来了更稳当的Nd:YAG激光器、细致的运动系统以及计算机过程操纵。而且，更重要的是，促使设备供给商开头考虑制造能够在工业环境中生存下来的激光设备。 激光密封在工业激光行业进展中所扮演的角色，即使说它更重要也不过分。在这个应用建立之前，激光器一向被认为是种测验室设备，正在寻求商业市场；设备供给商简朴地把这些测验室设备安置在工业环境中。而它们急速成为了供给商的高级工业化单元，可以承受多班生产作业的严格要求。工业激光密封及下一个应用一起奠定了今天数十亿美元工业激光器市场的根基。

4、陶瓷基板划线 微型电子产品也有裁减重量的需求，这创造了对更小的微电子基板材料的需求， 本文由碳晶地暖 碳晶墙暖联合整理发布 以便在基板上组成繁杂的混合半导体电路。被选择的材料是一种薄的、高纯度烧制氧化铝，易于在生产环境中举行加工。当电路沉积后，利用CO2脉冲激光器在芯片边缘划出一系列的小孔，将陶瓷板分割开来。操作工在划线后分割部件，以用于进一步的组装。 1968年，美国西电公司提升了该工艺使用的技术，1970年相干公司开头售卖低功率CO2激光器。1970年头末，一家名为Lasermation的费城加工车间第一次把经激光划片的陶瓷混合电路卖给贝尔电话公司。一年之内，Lasermation向100

5、多家美国顶尖的电子公司销售了陶瓷混合电路。截至1974年，每天激光钻孔数量估计达20亿个。库尔斯（美国）公司等陶瓷制造商成了激光划片工艺的主力用户，到了这十年的结果阶段，大量合同加工车间都收到大量生产刻划基板的定单。1970年头末和1980年头初期，美国有超过12家加工车间每年生产出成千上万数量的基板。 从那时开头到现在，合同加工车间生产了数百万个基板。其中一家顶尖的车间美国Laserage技术有限公司，开发出了一种激光打孔技术，允许大批量加工电气应用的通孔（见图2）。设备供给商如Photon Sources公司研发出了更好的操纵硬件和软件，以便像Laserage公司这样的用户能利用多重光束处

6、理技术，将光束分成4个加工光束，大大提高生产效率。从这项应用当中，激光设计得以进步，分光束技术提高了生产力，污水也得到操纵，并进展出细致的高速运动系统。 图2、激光钻孔和陶瓷基板划线 （Lumonics公司） 此项应用的一个分支在1970年兴起利用Nd:YAG激光器切割硅晶片，源于Quantronix 公司推出的一种系统，采用1968年在贝尔测验室开发的一个概念。两个工艺的不同之处在于晶片切割采用连续的细线，而在氧化铝上利用间距很小的一系列钻孔。这两个工艺在后续都需要凭借手工来分开划线后的产品。 钣金切割 1967年，英国人Sullivan和Houldcroft研发了气体射流辅佐喷嘴，加上从1

7、970年开头激光成为一种金属切割的工具，钣金切割应用逐步成为今日工业激光系统制造业中最大的收入来源。英国焊接研究所研发的喷嘴走向商业化，被介绍给潜在激光系统的工业用户，那一激光系统由德国Messer Greisheim公司和英国氧气公司开发，配有英国Ferranti公司出品的400W半封离式CO2激光器。之后激光功率增加到1千瓦，并被首次安装在英国伯明翰外的一家加工车间，开启了加工车间采用激光钣金切割的先河（见图3）。初次安装之后，全球范围内安装了超过75000台钣金切割系统，预计总价值超过450亿美元。激光钣金切割是目前为止应用最广的高功率工业激光加工技术。 图3、英国一家加工车间用不锈钢

8、本文由碳晶地暖 碳晶墙暖联合整理发布 日本的主要付出之一就是1985年天田公司研发的“净切削”，在此根基上，1986年又推出一款系统，能在3毫米的不锈钢上完成无氧化切割。后来在80年头末，德国通快公司采用射频鼓舞CO2激光器开发出了惰性气体（熔合）切割。这些加工技术为高质量的金属切割开启大门，免去了二次加工，是一次重大的工业进步。 激光金属切割系统的供给商对大量广泛应用在不同行业的技术革新付出了气力。其中包括：同轴气体射流喷嘴，自动高度感应和聚焦头分开装置，电脑操纵的激光切割工艺，非活性气体辅佐非铁金属切割，高速直线运动系统，高功率、更稳当的二氧化碳激光器，更加是射频鼓舞和封离单元，远程视频现

9、场支持，高速移出工作台和原料储存塔，自动喷嘴清洗，快速更换切割头，以及大量的其它系统和技术进步。 激光钣金切割在全体工业激光系统中创造的利润最大，有一半的年度收入来自该领域的激光设备销售。 涡轮叶片上的钻孔 第一个实用且增值的红宝石激光工业应用由Ted Maiman公司研发在飞机发动机涡轮上的冷却叶片钻孔。由于这些引擎工作时温度上升，务必找到一种方法冷却刀片，以防止热损伤。通用电气公司在1970年完成了一项研发，他们使用了美国SpaceRays公司生产的脉冲红宝石激光系统，钻出一系列的小孔，让薄膜状的冷却气体流经叶片外观。1974年美国Raytheon公司生产出了多红宝石激光系统（见图4）。红

10、宝石激光具有尖峰能量输出，是一种完备的钻小孔的方法，它唯一的缺点是缓慢的脉冲重复频率。此种激光系统后来被Raytheon公司生产的Nd:YAG 激光器取代，其具有较高的峰值功率和更快的重复率，从而成为该应用的首选激光器。 图4、红宝石激光为涡轮叶片打孔 （通用电气公司） 由于激光打孔过程为脉冲固体激光器的进展带来挑战，设备供给商们研发出新的、更高效的固态激光器和多轴计算机操纵处理系统。对易碎裂材料举行钻孔的时候，要求脉冲整形以操纵好热量输入，冲孔技术能产生狭长平滑的深孔，而这需要用能量密度分布良好的圆形光束来实现。 从1970年头初期得到首次商业化安装以来，共有600多台自动化激光系统被安装在

11、OEM制造厂，主要是分包商工厂当中。 该应用推动了大量激光技术分支的进展，包括：更高亮度的激光器，更稳当的激光器，细致多轴定位系统，快速且精确更换的夹具，计算机操纵的光束聚焦，激光冲孔工艺，防止后壁冲击的穿透检测，成型钻孔程序以及飞行钻孔技术等。 拼焊板的激光焊接 本文由碳晶地暖 碳晶墙暖联合整理发布 具有良好的光束质量和稳当输出功率的高功率CO2激光器是用在汽车车身制造中钢板焊接的首选。第一次激光拼焊试验是在1981年的英国莱兰，而真正的使用是在1983年德国汽车制造商奥迪需要足够大的金属板材冲压进轿车底盘，这次才是公认的首次关于激光拼焊板的生产。由于德国钢厂没有适合尺寸的钢板，Thysse

12、n Steel公司采用Rofin Sinar 1.5千瓦CO2激光器将两块现有的钢板焊接在一起，以得志冲压所需要的尺寸（见图5）。因此诞生了激光拼焊的业务，现在全球各大汽车生产商广泛采用此技术加工的零部件。 图5、激光焊接镀锌汽车底盘 1984年丰田公司恐惧了全球的汽车业，该公司在凯美瑞车上推出了激光焊接五片式车轮挡圈，允许选择金属的厚度，以裁减重量，从而能节省更多的燃料。由于汽车业对拼焊部件的需求逐年上升，兴起了一批生产拼焊板的分包商，他们需要添置更高功率（高达8kW）的CO2激光器。 激光拼焊用来设计和生产更轻、更节能的交通工具，付出巨大。其将不同种类、厚度的钢材接合起来的才能使得设计师能

13、够极大地提升车身设计；在最大限度裁减标准组件数量的处境下，仍能得志严格的碰撞标准。 随着高功率（ 4千瓦）二极管泵浦Nd:YAG激光器和光纤激光器的推出，新一代的焊接系统正被安装在进展中国家市场中。迄今超过400台价值20亿美元的设备已被安装在世界各地的汽车装配厂中。激光拼焊的应用推动了在线焊接监控器和光束质量设备的进展，改善了激光器光束质量和机器人/激光系统。 从1984年以来，激光拼焊的应用呈逐年增长的趋势。例如，从2000年以来，约有价值18亿美元的激光拼焊板在世界各地生产出来。到2022年，一家美国供给商在17年期间，已为50 家车辆生产平台制造出多达9000万块的激光拼焊板。 心血管

14、支架切割 具有良好聚焦才能的激光束在微处理应用方面极具吸引力。在此列举一个不同凡响的例子该项技术给整个行业带来巨大的变革，随着全球市场需求的增加，从1992年开头它成为了首要的选择它就是激光支架切割技术（见图6）。1993-1994年间，Lumonics公司生产的低分散度Nd:YAG激光器能告成举行支架切割的次数很有限，随后被Lasag单元所取代，后者成为该项应用中运用最普遍的激光器。 图6、激光切割不锈钢管状支架的放大图 （Synova公司） 心血管支架是一种机加工布局，在球囊血管成形术治疗阻塞的静脉或动脉之后，心血管支架被放置到人体的血管中。通过激光切割薄壁管材而形成了支架，因此 本文由碳

15、晶地暖 碳晶墙暖联合整理发布 尽管通过激光移除了一片面多余的金属，依旧能够承受外力。为了裁减剩余热效应的影响，以及切割出无毛刺边缘的繁杂设计图案，通常会选择一台脉冲固态装置，使用最多的是脉冲Nd:YAG激光器。 现在主要应用在医疗器械行业的支架切割，一向是推动高质量、稳当的工业激光器和运动操纵系统进展的动力。闪光灯泵浦Nd:YAG激光器被二极管泵浦激光器所替代，接着碟形激光和光纤激光器抢占市场，后者现已经成为该项技术应用的首选。以先进的激光技术呈现的皮秒和飞秒激光器，正被考虑用来加工新的生物兼容性支架。今天已有成千上万的支架在全球生产。 此应用带来了一系列的进步，如：更高的稳当性，稳定的脉冲间隔，具备更高光束质量的固体激光器，对辅佐气体更为成熟的操纵，更简朴和更强大的处理和操