目前,激光加工技術已經成為(wei) 先進製造技術領域的典型代表,應用到幾乎所有的主流製造領域,如汽車製造,電子器件,航空航天,石油化工,冶金礦山,能源交通以及新能源等等,隻是不同的領域普及程度不同而巳。亳不誇張地說,哪個(ge) 行業(ye) 或領域應用激光加工技術多,該領城的技術水平越先進,發展也越好。

為(wei) 什麽(me) 激光加工如此重要呢?眾(zhong) 所周知,車,銑,刨,磨等傳(chuan) 統機械加工技術,都是控製係統驅動電機運動,而後後者帶動相應的加工工具完成的,這個(ge) 過程除了摩擦生熱,沒有另外的熱源輸人,因此屬於(yu) “冷加工”工藝過程。而激光加工則是采用高能量密度激光束對材料進行熔化、氣化、固態相變或者衝(chong) 擊強硬化等使物質形態改變的工藝過程,它同樣需要運動機構,但加工能カ和範圍要大得多:既可以是熱加工(如激光焊接、切割、打孔、標刻、熔覆以及淬火等),也可以是冷加工(例如采用皮秒/飛秒激光進行銑削,車削等),目前應用最廣的還是熱加工,如激光切割、焊接、表麵處理以及增材製造等等.除了激光,還沒有哪一種工具能在如此寬泛的範圍內(nei) 實現材料加工。

激光加工技術逐步取代傳(chuan) 統機械加工

有人或許會(hui) 問,激光加工技術是否有一天會(hui) 完全取代傳(chuan) 統的機械加工呢?這一點不能一概而論。傳(chuan) 統的機械加工包括狹義(yi) 的機械加工(例如車,銑,刨、磨)和廣義(yi) 的機械加工(含鑄、鍛、焊等熱加工技術和車銑刨磨等冷加工),而激光加工技術範疇鉸寬,因此,針對不同的技術分別討論比較好。

數十年來,激光切割技術一直以切割精度高、效率高而備受青睞,薄板激光切割加工周期短,可節約開模費在很大程度上取代了衝(chong) 壓。以前,由於(yu) 激光器依賴進口,激光切割機成本居高不下。近年來,銳科、創鑫等國產(chan) 光纖激光器品牌強勢崛起並大量替代進口,使得激光切割裝備的價(jia) 格大幅度下降,市場出現井噴,不但應用麵大幅度擴展,還在很多方麵取代了傳(chuan) 統的等離子切割、氧割、電火花切割以及水切割等傳(chuan) 統工藝。激光切割設備年產(chan) 量已達數萬(wan) 台,改寫(xie) 了飯金加工產(chan) 業(ye) 的格局。

激光焊接技術也是激光加工領域的主流技術之一。與(yu) 傳(chuan) 統弧焊工藝相比,激光悍接熱影響區小,工件變形小,接頭性能好,還可顯著改善材料的焊接性。獨樹一幟的激光-電弧複合焊接技術,將激光焊接與(yu) 電弧焊接的優(you) 勢有機結合,不僅(jin) 顯著提升焊接速度和熔深,而且降低單純激光焊接對拚縫間隙的高精度要求,還可以通過調整金屬絲(si) 成分改善焊縫的性能。因此,激光悍接和激光-電弧複合焊接巳經成為(wei) 高端焊接技術的代名詞,在汽車、航空航天和精密機械等領域中率先應用,並逐步擴展到冶金、石化、船舶及能源等重型機械中。隨著激光器價(jia) 格的不斷降低,激光焊接(含激光電弧複合焊接技術)取代傳(chuan) 統弧焊技術的速度會(hui) 不斷提升。

激光表麵工程技術近年來的表現也可圈可點。激光表麵淬火技術、激光熔覆強化與(yu) 修複技術等已經在各行各業(ye) 中得到應用,並迅速取代傳(chuan) 統的感應淬火、滲碳淬火、堆焊、熱噴塗和噴焊技術,在航空航天,機械製造、冶金石化和能源交通等領域得到廣泛應用。特別值得一提的是激光清洗技術,它是采用高能量密度的激光束燒蝕金屬表麵,使零件表麵的油汙、鏽斑和有機粘附物等瞬間發生升華、氣化或者燃燒而脫高基體(ti) 表麵的工藝過程。這基本上是一個(ge) 純物理過程,“清洗”效率高,基本不損傷(shang) 基體(ti) ,又不需要洗滌劑等化學介質,節能環保。與(yu) 上述激光加工技術都有一些傳(chuan) 統的熱加工工藝對應不同,激光清洗似平是激光技術所獨有的,剛好可滿足當前國內(nei) 對環保的高要求。

與(yu) 冷加工對應的激光加工技術是基於(yu) 飛秒與(yu) 皮秒激光刻蝕或者基於(yu) 紫外、深紫外波長的激光精密刻蝕或者精密切割、打孔。盡管其去除材料的原理仍然與(yu) 激光的熱效應密不可分,但是對被加工零件基體(ti) 的熱影響幾乎可以忽略,因此激光“銑削",“車削”技術也常常被稱為(wei) 激光“冷加工",並在超硬、超脆和超欽材料的加工中率先得到應用。隨著激光器功率的不斷增加,特別是千瓦級超快激光器的出現,激光"冷加工”效率不斷提升,加上“激光刀”“永不磨損”的特性,預期激光刻蝕技術會(hui) 在越來越多的場合取代傳(chuan) 統的冷加工工藝,當前的主要障礙還是超快激光器的價(jia) 格太貴。

激光加工技術應用市場前景廣闊

目前,激光加工技術的應用方興(xing) 未艾,市場前景非常廣闊。這是因為(wei) ,激光束既可以以高功率連續模式輸出,也可以高重頻,低峰值功率和短脈寬的準連續脈衝(chong) 方式輸出,還可以有低重頻、高峰值功率的脈衝(chong) 輸出,能量大小,輸出方式和形狀以及能量密度都可以在很寬的範圍內(nei) 精確調控。當脈寬短至皮秒或飛秒時,峰值功率極高,激光加工精度高,熱影響區極小。此外,激光波長可以從(cong) 深紫外到遠紅外調節,滿足不同材料的加工要求。所以,激光加工技術可滿足減材製造(如激光切割、激光打孔、激光銑削、激光刻蝕及激光拋光）、等材製造(如激光焊接、激光相變硬化、激光衝(chong) 擊強化、激光熔凝強化及激光折彎)和增材製造(如激光熔覆與(yu) 合金化、激光增材製造)等各種工藝過程的需求。

智能手機現在已成為(wei) 典型的通訊平台,遠遠超越了單純通話範疇。但是,如果沒有激光先進製造技術,如激光精密刻蝕,切割與(yu) 打孔以及精密焊接這些核心技術的支持,手機是無法做到如今這麽(me) 精巧,精致和可靠的。

激光加工技術重點關(guan) 注領域

目前激光加工技術的重點關(guan) 注領域主要集中在如下幾個(ge) 方麵:

一是激光增材製造,主要聚焦於(yu) 激光選區熔化成形技術。因為(wei) 該技術可以實現集成製造,即將多個(ge) 零件,多種結構作為(wei) 一個(ge) 零件,實現集成製造。這不但可以顯著減少零件數目,提高裝備可靠性.還可以實視零件減重,減少體(ti) 積,達到結構功能一體(ti) 化,因此特別受到航空航天領域的關(guan) 注。

二是厚板激光切割與(yu) 焊接。以前,由於(yu) 高功率激光器的價(jia) 格品貴,加上性能穩定性也欠佳,因此激光切製與(yu) 焊接技術主要局限於(yu) 薄板與(yu) 中厚飯(一般不超過20mm)。近年來,國產(chan) 萬(wan) 瓦級甚至2萬(wan) 瓦級別光纖激光器研製成功並趨於(yu) 穩,激活了中厚板基至厚板激光切割與(yu) 焊接市場的需求。目前,厚板激光犀接應用還滯後於(yu) 激光切割,主要是基於(yu) 萬(wan) 瓦級激光悍接工藝特別是激光-電弧複合悍接工藝發展還相對滯後.但是可以預期,不需要多長時間,這個(ge) 空檔就會(hui) 被填上。

三是激光高速熔覆技術。眾(zhong) 所周知,由於(yu) 環保方麵的限製,金屬電鍍已在許多地方都受到限製。但是,材料表麵的耐腐蝕、耐磨性及耐熱性在許多工況下又是“剛需”,因此尋找環境友好的替代技術迫在眉睫。激光高速熔覆技術的沉積效率高,性能好,性價(jia) 比高,對環境無汙染,正好填補了這個(ge) 空擋,因此得以迅速推廣應用。

未來發展驅動力

激光加工技術與(yu) 裝備的未來發展驅動力來自四個(ge) 方麵:

一是光源驅動。新型或高性能激光器的出現,或者激光器成本的顯著降低,會(hui) 觸發相應的市場應用出現爆發式增長。正所謂,一代激光器,一代裝備。厚板激光切割設備快速走入工業(ye) 領域就是一個(ge) 典型案例。

二是係統功能驅動。如今已經進入信息化、智能製造時代。激光加工的精確可控性,使其成為(wei) 智能製造的天然終端與(yu) 執行機構。例如將激光切割融入整體(ti) 生產(chan) 環節,可以實現零庫存。

三是加工工藝驅動。例如,高速熔覆技術,僅(jin) 僅(jin) 是改變一些激光熔疆的思路,就開辟了新的應用場景:不僅(jin) 熔覆效率顯著提升,且工件變形小,成本可以和傳(chuan) 統的電鍍工藝競爭(zheng) 。

四是市場驅動。例如,即使采用高速熔覆技術,製造成本仍然遠高於(yu) 鉻等電鍍工藝。但是,由於(yu) 環保政策等原因,電鍍工藝的非生產(chan) 成本過高,因此使得高速熔覆的總體(ti) 成本基至比電鍍技術還要低。