时间：2023-05-29 17:38:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇激光加工，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】激光加工技术 相关理论 发展 应用
一、前言
近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。
二、激光加工技术相关理论
笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。
（一）原理
激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。
（二）特点
激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。
三、激光加工技术的发展及应用
近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。
（一）激光加工技术的发展
了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。
迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。
广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。
（二）激光加工技术的应用
激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔者简单的介绍一些具体的应用，如打孔、切割以及焊接等。
（1）激光来打孔的应用。激光打孔借助了激光的功率密度极高的特性，使得加工的材料瞬间被熔化与气化，熔化的物质被蒸汽巨大的压力推出来，形成了孔洞。激光打孔正在被广泛应用在钟表与仪表有关工件的加工。其应用的领域广泛，包括衣服与鞋子的制作、工艺品与礼品的制作、机械设备与零件的制作等。
（2）激光切割的应用。激光切割则利用了激光束，由于其能够聚焦而形成极高的功率密度光斑，因此能够将材料迅速加温到气化室的温度，形成了小孔洞后，再借助光束和材料的相对运动，从而产生细小以及连续的切缝，达到了切割的目的。激光切割被广泛用来切割非金属材料。此外，激光切割也应用在服装行业如对皮革和布料的切割。
（3）激光焊接的应用。激光焊接把符合功率密度要求的激光束照射到需要焊接的材料表面，将其局部的温度升高到熔点，使得材料的结合部位熔化为液体，然后进行冷却凝固，从而使得两种材料熔接在一起，达到了焊接的目的。激光焊接被广泛应用于航天行业、船舶制造业等各种领域。尤其是珠宝首饰业利用激光焊接的技术改变了人们首饰设计的传统思维。利用激光焊接能够制作具有特殊结构的首饰。此外，激光焊接还广泛应用在钢铁行业。
四、结语
激光加工技术是一种21世纪发展迅速的新技术，各国的政府与工业部门都要积极的发展视激光器与激光加工技术的设备。随着激光加工技术应用市场的日益扩大与国际竞争新格局的产生，我国的激光加工技术一定有巨大的发展，具有极其广阔的市场前景，而且在社会经济与工业的发展中起到非常重要的作用。
参考文献：
[1]贾燕.激光加工技术及其应用[J]_中国科技投资，2012，（08）.
关键词：机械 制造 激光 加工 技术
激光是通过入射光子使亚稳态高能级的原子、离子或分子跃迁到低能级受激幅射（不是自发幅射）时发出的光，也可解释为“光受激幅射后发射加强”。它是由于受激发射的发光放大现象。激光具有单色性好、方向性强、能量高度集中等特性，因此在军事、工农业生产和科学研究的很多领域中得到了广泛应用。激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量，进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前，作为加工用的以固体激光为最好。
激光加工具有以下特点：激光加工不需要加工工具，所以不存在工具损耗问题,很适宜自动化连续操作，可以在大气中进行。功率密度高，几乎能加工所有的材料，如果是透明材料（如玻璃），只要采取一些色化和打毛措施，仍可加工。加工速度快，效率高，热影响区小。因不需要工具，又能聚焦成极细的光束，所以能加工深而小的微孔和窄缝（直径可小至几微米，深径比可达10以上），适合于精微加工。可通过透明材料（如玻璃）对工件进行加工。
1、激光器
1.1 气体激光器
通常用二氧化碳激光器。
二氧化碳激光器的激光管内充有二氧化碳，同时加进一些辅助气体，这些辅助气体有助于提高激光器输出功率。二氧化碳激光器是目前气体激光器中连续输出功率最大、能量转换效率最高的一种激光器，能以大功率连续输出波长10.6的激光，而且方向性、单色性及相干性好，能聚焦成很小的光斑。缺点是设备体积大，输出瞬时功率小，而且是看不见的红外光，调整光束位置不方便。
1.2 固体激光器
包括红宝石激光器、钇铝石榴石激光器、钕玻璃（掺钕的盐酸玻璃）激光器等。固体激光器的特点是体轵小，输出能量大，可以打较大较深的孔；但其能量转换效率低，制造较难,成本高。而二氧化碳激光器则具有造价低,结构简单,工作效率高，打孔质量好等优点；不足是体积大，占地面积大。
2、影响激光加工的因素
激光主要用于各种材料的小孔、窄缝等微型加工，虽然也有生产率和表面粗糙度的要求，但主要是加工精度问题，如孔和窄缝大小、深度和几何形状等。因工艺对象的最小尺寸只有几十微米，所以加工误差一般为微米级。为此，除保证光学系统和机械方面精度外，还有光的特殊影响。
2.1 输出功率与照射时间
激光输出功率大，照射时间长，工件所获得能量大。当焦点位置一定时，激光能量越大， 加工孔就大而深，锥度小。照射时间一般为几分之一至几毫秒。激光能量一定时，照射时间太长会使热量传散到非加工区；时间太短则因能量密度过大，蚀除物的高温气体喷出，也会使激光使用效率降低。
2.2 焦距与发散角
发散角小的激光束，经短焦距的聚焦物镜以后,在焦面上可以获得更小的光斑及更高的功率密度。光斑直径小，打的孔也小,且由于功率密度大，打出的孔不仅深，而且锥度小。
2.3 焦点位置
焦点位置低，透过工件表面的光斑面积大，不仅会产生喇叭口，而且因能量密度减小而影响加工深度。焦点位置太高，同样，工作表面尖斑大，进入工件后越来越大，甚至无法继续加工。激光的实际焦点在工件表面或略低于工件表面为宜。
2.4 光斑内的能量分布
激光束经聚焦后，在焦面上的光点实际上是一个直径为d的光斑，光斑内能量分布不均。中心点的光强最大，离开中心点迅速减弱，能量以焦点为轴心对称分布，这种光束加工出来的孔是正圆形的。若激光束能量分布不对称，打出的孔也不对称。
2.5 激光的多次照射
激光照射一次，加工孔的深度大约是孔径的五倍左右，且锥度较大。激光多次照射，深度将大大增加，锥度减小，孔径几乎不变。但是，孔加工到一定深度后，由于孔内壁的反射、透射以及激光的散射或吸收及抛出力减小，排屑困难等原因，使孔前端的能量密度不断减小，加工量逐渐减少，以致不能继续加工。
第一次照射后打出一个不太深而且带锥度的孔；第二次照射后，聚焦光在第一次照射所打的孔内发散，由于光管效应，发散的光在孔壁上反射的下深入孔内，因此第二次照射后所打出的孔是原来孔形的延伸，孔径基本上不变。多次照射的焦点位置固定在工件表面，不向下移动。
2.6 工件材料
各种工件材料的吸收光谱不同，经透镜聚焦到工件上的激光能量不可能全部被吸收，有相当一部分能量被反射或透射散失，吸收效率与工件材料吸收光谱及激光波长有关。在生产实践中，应根据工件材料的性能（吸收光谱）选择激光器。对于高反射和透射率的工件表面应作打毛或黑化处理,增大对激光的吸收效率。
3、激光加工的应用
3.1 激光打孔
利用激光打微型小孔，目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤维喷丝头打孔、钟表及仪表的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等方面。
激光打孔不需要工具，适合于自动化连续打孔。采用超声调制的激光打孔，是把超声振动的作用与激光加工复合起来。把激光谐振腔的全反射镜安装在超声换能器变幅杆的端面上作超声振动，使输出的激光尖锋波形由不规则变为较平坦排列，调制成多个尖锋激光脉冲。由此可以增加打孔深度，改善孔壁粗糙度和提高打孔效率。
3.2 激光切割
激光切割具有如下特点：（1）可以用来切割各种高硬度、高熔点的金属或非金属材料。（2）切缝窄，可以节省贵重材料（如半导体材料等）。(3)速度快，成品率高，质量好。目前，激光切割已成功应用于半导体材料、钛板、石英、陶瓷等材料的切割加工中。
3.3 激光焊接激光焊接与激光打孔的原理稍有不同
焊接时不需要那么髙的能量密度，使工件材料气化、蚀除，只需将工件加工区烧熔粘合在一起。因此，激光焊接所需的能量密度较低，通常可用减小激光输出功率来实现。
脉冲输出的红宝石激光器和钕玻璃激光器适合于点焊；而连续输出的二氧化碳激光器和YAG激光器适合于缝焊。
激光焊接过程迅速，被焊材料不氧化，热影响区小，适合于热敏感元件焊接。
参考文献
[1]哈尔滨工业大学,上海工业大学.机床夹具设计(第二版）.上海:上海科学技术出版社,1989.
[2]刘文剑等.夹具工程师手册.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社,1992.
摘要：用YAG 激光束照射硅样品表面形成小孔，在孔内的侧壁上出现较规则的网孔状结构；用拉曼荧光光谱仪检测该结构有很强的光致荧光，其强度比样品的瑞利散射强，加工时间不同其强度有明显的差异，当激光辐照时间为9s时，孔洞侧壁上的网孔状结构较稳定，且有较强的光致荧光，本文解释了PL峰较强的形成机理，认为氧化程度（主要是Si=O双键的数目）在其中起重要作用。在无氧化的环境里用激光加工出的硅样品几乎无发光，这证实了氧确实在光致荧光增强上起着重要作用。用冷等离子体波模型来解释孔侧壁网孔状结构形成的机理，并用量子受限-发光中心模型来解释纳米网孔壁结构的强荧光效应。
关键词：激光辐照 纳米结构 局域态 氧化
1 引言
单晶硅是现代半导体器件和大规模集成电路的支柱。然而，硅的禁带宽度(约为1.12eV)窄小，又是间接带隙，这就限制了硅基材料在光电子器件中的应用。自从1990年Canham 发现多孔硅室温下强光致发光现象以来，许多专家学者用不同的方法形成硅基上的低维结构来模仿多孔硅的发光，并成功获得多孔硅稳定、肉眼可见的蓝光发射[2]，这一发现为多孔硅的全硅光电子集成带来了希望。在应用方面，人们已初步研制出多孔硅发光二极管、多孔硅光电探测器等。但对纳米硅基材料发光机理却众说纷纭，出现了各种各样的物理模型，各有优缺点。总体上看，目前主要存在以下五种发光机理解释模型：(1)量子限制发光模型；(2)界面层中的激子效应发光模型；(3)与氧有关的缺陷发光模型；(4)量子限制效应―发光中心发光模型；(5)直接跃迁发光模型。
目前,迫切需要解决的问题是在硅样品上生成稳定的低维结构并有较强且稳定的PL 发光。 最近的研究表明:无论是纳米硅晶发光还是多孔硅发光，其发光机理都与氧化硅层相关, 即所谓的纳米硅晶的光泵作用与氧化硅层发光中心的亚稳态激射。传统的生成纳米硅晶和氧化硅层二体系统结构的方法有:经高温退火在富硅氧化层中形成硅原子团簇，或用溅射法将硅离子注入氧化层， 但其加工质量和稳定性都不理想。我们认为：用激光辐照手段生成纳米硅晶和氧化硅层二体结构应该是最有希望的方法, 包括:在氧化层中用激光诱导硅离子游离与凝聚、用激光辐照生成低维结构并使其表面氧化等。
本文选择用激光辐照的方法在单晶硅样品上加工出具有较强的、稳定的PL 发光特性的氧化低维结构, 采取对样品加工不同的时间来控制氧化程度和在不同的环境中来加工样品, 并从物理层面上研究氧化低维结构的行成机理, 分析激光与硅材料的相互作用过程，建立激光诱导的冷等离子体波作用模型，从而指导激光加工的优化过程。参照QCLC 模型[3],建立量子受限-晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应，并设法从低维纳米晶体量子受限态与氧化硅界面态的相对位置来构造PL 发光增强效应的阈值分布结构。
2 实验
样品采用(100)取向的10 - 20Ωcm 的P型硅晶片。先对样品作预处理：用酒精清洗其表面，用氢氟酸溶液（NH4F（质量分数49%）与HF 以10:1的体积比混合）清除样品表面在大气中生成的天然氧化物，再用去离子水浸泡30s。吹干后，用YAG脉冲激光(波长: 1064nm；脉冲宽度约8ns，束斑直径0.045mm)照射样品。激光束强度大约5 x 108 W cm-2 ,照射斑点直径大约30μm。将单晶硅样品直接放在空气中进行不同时间的激光辐照加工：加工时间分别为1s、5s、8s、9s、10s；将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。先在514nm的激发光作用下,分析样品的PL光谱；用电子扫描探针（EPMA―1600型，日本岛津公司制造）的二次电子和背散射电子成像技术观察与分析样品的表面形貌结构。
3 分析与讨论
当脉冲激光照射在硅样品上，形成一种网孔结构，如图1 ( a)所示。该结构来自激光与半导体样品相互作用产生等离子体波[4]，在孔洞中形成谐频驻波，我们用该模型来解释洞壁上的网状低维结构的形成机理。其形成机理为：高强度的连续激光照射在硅材料上，激发出的电子-空穴对构成等离子体系统，其局部的迁移形成内部的电场和磁场。在内部的电磁场作用下，电子-空穴对等离子体产生振荡形成等离子体波，其频率为[5]：ω = e ( n /mε)
该等离子体振荡频率正比于载荷子密度n 的平方根，而载荷子密度n 又正比于激光脉冲的辐照能量。控制激光加工的功率和时间等参量，使等离子体波的波长对于孔洞线径尺寸满足谐振条件，在孔洞中便有等离子体波的谐频驻波产生，该驻波在孔洞侧面上形成的驻波节线构筑起网孔状结构的纳米尺度孔壁(量子线) ，该结构有很强的PL 发光效应。由上述可知，控制激光照射到样品上的能量是形成该结构的关键。在优化激光加工条件时要考虑的另一因素是氧化程度随着激光辐照时间和辐照能量等的变化。上述的低维结构表面都有一层氧化硅包裹，在这层氧化硅中镶嵌有纳米硅晶体团簇，氧化硅层的厚度会影响纳晶团簇的尺寸。
将1s、5s、8s、9s, 10s的加工样品做比较,发现9s时,其706nm处的PL峰强度最大,如图1（b）所示。随着加工时间的改变，其PL峰仍在706nm附近，没有发现移动，不能用量子受限效应来预测发光峰，这就说明该峰与纳晶硅尺寸没有关系。该峰的光子能量为1.756eV，远大于纯硅的禁带宽度1.12eV。而Si=O双键的形成所需的能量较小且不需要太多的原子，所以我们认为此发散来自纳晶硅表面的Si=O双键陷阱态，其电子―空穴对的复合能量比纳晶硅的禁带宽带要小。它不受纳晶硅尺寸空间量子效应的限制，同时纳晶硅表面的低值氧化物也具有相同的能量，能俘获电子而发光。该过程可以描述为：电子从价带顶被激发到展宽了的导带底，然后迅速遂穿到纳晶硅表面的氧化界面态，由于该能态电子具有较长的寿命，从而形成粒子数反转，跃迁到价带顶形成受激辐射。激光的辐照有两方面的作用：其一是诱导在纳米尺度的氧化层中生成越来越多的硅纳米团簇，激光辐照时间变长和能量的增加会促进该过程的进行；其二是氧化硅层的厚度随着激光辐照时间和能量的增加而增加，其中镶嵌的纳晶团簇的尺寸也跟随变大，从而影响PL发光的强度。随着加工时间的增加，氧的含量增加，在开始的时候Si=O的数目增加或低值氧化物增加，形成较多的氧化界面态，这些氧化界面态能更有效的俘获电子形成较多的发光中心，这样发光强度就随着加工时间的增加而增强，该过程对应实验中时间从1s增加到9s的过程；随着加工时间的继续延长，氧化程度进一步加深，Si=O双键的数目继续增多，表面氧化层增厚，硅纳米颗粒减少甚至被彻底氧化，电子的遂穿变得困难同时电子的非辐射跃迁增强，导致PL强度变弱，该过程对应实验中的加工时间大于9s时的过程。所以加工时间存在一个最佳的时间9s，这就为硅基的低维结构发光提供一个依据，控制加工时间，达到控制氧化程度（主要控制Si=O数目）的目的，从而得到较强的PL发光，这对硅基的全光集成具有重要的意义。
为了进一步证明氧化界面态在其中的重要作用，我们设计了下面的对照实验。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。将浸入酒精、氢氟酸和水中激光加工的样品处于浸泡状态检查PL 发光的比较，如图2所示。浸入酒精（ethanol）和氢氟酸（HF）中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而水中有于有氧离子的存在，有微弱的发光，这就进一步证明了氧在其中的重要作用。
激光辐照加工样品PL光谱的比较
我们建立量子受限―晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应,该模型参照了QCLC 模型，模型认为低维纳米结构由于量子受限效应展宽纳晶硅的禁带宽度，只要这种低维纳米结构对应的量子受限能隙宽度大于氧化界面态的能隙宽度，如图3(a) 所示，受限跃迁的电子便能被氧化界面态俘获，就可能实现受激辐射，从而有较强的PL 发光，这种氧化硅界面态形成的亚稳态分布与低维纳晶受限态分布的相对位置结构便构造了受激发光的阈值区间；而当低维纳米结构的尺寸变化，其对应的量子受限能隙宽度小于氧化界面态的能隙宽度时，跃迁的电子不能跳到氧化界面的亚稳态上，如图3 ( b) 所示,只能发生较弱的自发辐射。
我们认为，无论氧化纳晶的尺度大小,只要满足图3(a)的条件,既展宽的能隙中出现陷阱态，就有PL 发光增强效应出现，并伴随频率钉扎现象。不同的晶体与氧化物界面态，有不同能隙，故出现不同的PL谱。用该模型能够解释本文实验的结果。 纳晶硅表面形成氧化硅层，由于量子受限作用展宽了纳晶硅能隙，氧化界面态出现在展宽的能隙中，当电子被激发到导带后，便很快弛豫到1.756eV附近的氧化界面态上，形成粒子数反转，从而在706nm处形成增强的PL发光峰。
4 结果
我们用激光辐照来形成硅的网状结构,它的形成机制可以由激光打孔时的等离子体产生谐波驻波的理论来解释。控制激光加工的时间，可以在硅量子点表面形成一定数量的Si=O双键，实验发现当加工时间为9s时，具有较强的PL峰，能形成密度合适的Si=O双键。并仔细分析了不同加工时间对PL强度的影响机理，认为氧化程度起重要作用。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工，浸入酒精和氢氟酸中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而浸入水中被轻微氧化，有叫微弱的PL发光，这一结果证实了氧在PL发光中的重要作用。在纳晶硅上,用量子受限效应和纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态效应可以解释多孔氧化硅结构上的受激辐射机理。这为研发多孔硅激光器奠定了基础。
参考文献：
[1]Canham LT. App lied Physics Letters 1990,57,1046
[2]富笑男,李新建,贾瑜等.蓝光发射多孔硅RTO过程中的尺寸分离效应.物理学报. 2000,49(6).1180-1184
[3]Qin G G,Liu X S,Ma S Y,et al.Photoluminescence mechanism forblu-light-emitting porous silicon.Phys Rev B,1997,55:12876
[4]HUANGWEIQ I,L IU SH IRONG.Self2assembled germanium nanostructures by laserassisted oxidation[J].Chin.Phys.2006,15(2).389 -393.
[5]黄伟其、吴克跃、许丽等.激光加工形成硅基上的氧化低维纳米结构的PL 发光.半导体学报，2008，29（1）：116―122
2010年8月23日,连续在外地出差的许桂华下了飞机,带着多日的疲惫,第一时间回到公司,接着又召开员工会议。“许总已经半个多月没有回家了。”他的助理告诉记者,“这是许桂华工作的常态,每年有一半以上时间都在全国各地东奔西跑。”
可以说,是许桂华成就了光谷激光加工连锁股份有限公司(简称光谷激光)。1998年至2007年,光谷激光开办20多家激光加工站,仅七八家存活。直接原因是选址不当和运营模式不完善,而根源在当时激光加工应用处于初级阶段,市场需求尚未释放。
在全球,激光已被广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事及文化教育等领域,装备制造业是工业化国家的主导产业,但它在中国制造业中的比重还不到30%,远低于美国的41.9%、日本的43.6%和德国的46.4%,中国成为全球制造业大国。而武汉?中国光谷50余家激光企业生产的激光产品在国内市场占有率达50%,其中8家企业产值过亿元。但武汉光谷激光产业要想走出同城竞争,领跑国内,掘金海外,加工应用服务的整合势在必行。
2007年左右,光谷激光开始合作、合资和并购,并提出“百家连锁计划”――在全球推广建设100个激光加工站。为了在中国造就具有品牌、技术、产品和市场等多方面优势的国内最大的激光加工连锁企业,许桂华主动担当“说客”、“红娘”的重任。
在许桂华坚持和努力下,2009年11月18日,联合光谷激光、华工科技、楚天激光、杭州博大、天津帅超、北京通快、上激集团、上海曜欣、内蒙古金杜、武汉普思维、武汉浩成、武汉新特等十六家股东成立了武汉光谷激光加工连锁股份有限公司,这是亚洲最大激光加工平台。
“谈判过程很艰难,结果很圆满。”许桂华总结,最大诀窍在于为激光巨头们提供激光设备渠道下沉的平台。
光谷激光董事长陈海兵、华工科技董事长马新强、楚天激光董事长孙文在光谷激光加工成立大会上均表示,随着国家振兴重大装备制造业计划的实施,激光加工产业将迎来前所未有的历史发展机遇,将会抓住这一契机,通过对资源的有效整合,提升公司核心竞争力,利用公司各方股东十几年来从事激光加工设备生产、开发的优势和激光专家网络的技术支持,“十二五”期间(2010年―2015年),光谷激光将规划建设国内激光加工站90家,海外激光加工站10家,激光加工站收入规模达10-15亿元人民币,将光谷激光连锁公司建设成为中国乃至亚洲最大的激光加工连锁企业。
今年全国“两会”期间,吴邦国委员长对光谷激光连锁公司推动百家连锁计划予以肯定和支持。
“为了更好服务平台建设,连锁公司将搭建研发平台――激光研发中心、人才教育平台――激光学院、建设激光加工产业基地――光谷激光产业园。”许桂华介绍,以人才为例,将与华中科技大学激光研究院、东莞华科大工程研究院合作建立高级人才培养中心,每年培养15到20名高级技术管理人才;与湖北开放学院合作建立二级激光学院,每年招生200人,培训初、中级激光人才。
据测算,随着国家振兴重大装备制造业计划的实施,未来6―8年,中国激光加工市场需求将超过600亿元。但是,国内制造业对尖端激光加工设备的应用仍处于初级阶段。仅以激光加工站为例,美国、日本以建成的激光加工站均已超过5000多家,而国内不过300多家,仅相当于美国、日本已建成的6%。许桂华说,下一步争取在未来两年把新公司推上资本市场。海外激光加工站已在泰国、越南布点,尽管业务额不高,但带动了成套设备的销售。印度、俄罗斯等国的激光应用比国内落后10年,将是连锁公司下一步开拓的区域市场。
摘要：根据企业对激光加工技术专业人才的要求，基于工作过程的项目式课程开发理念，明确《激光设备及加工控制》课程目标，依据企业不同岗位典型的工作任务设立五个学习情境及相应的子学习情境，运用案例分析、项目制定等教学方法，按量化指标对过程和结果实施考核，综合评定学生学习成绩，最终实现教、学、做一体化教学目标。
关键词 ：激光设备及加工控制：课程开发：工作过程
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2014)02-0070-02
基金项目：本文系武汉市教育科学“十二五”规划课题“基于工作过程的‘激光设备及加工控制’课程开发研究”（编号：2012C181）的阶段性成果。
《激光设备及加工控制》是激光加工技术专业的专业核心课程。该课程主要是通过对激光设备电气控制技术的学习和技能实训，其综合性和实践性较强，要求学生掌握激光加工设备电控系统工作原理和工作过程，获得必要的岗位技能和相关的激光器装配工职业资格证书。
一、课程目标定位
基于工作过程的《激光设备及加工控制》课程开发是激光加工技术专业课程建设与改革的切入点。为了开发建设好该课程，能够更好地掌握企业对激光设备及加工控制人才的需求情况，对企业进行了行业分析和岗位企业调研，确立了掌握激光设备电气控制技术相关知识和技能是激光加工设备企业从业人员的基本要求，将课程目标定位为知识目标、能力目标和素质目标，如表1。
二、教学内容的设计
《激光设备及加工控制》课程属于激光加工技术专业。根据该专业的人才培养目标，课程的内容主要以满足职业岗位能力对电控技术应用能力的需求为依据确定课程内容，将课程内容设计为5个综合学习情境，主要是根据企业不同岗位典型的工作任务进行构建。每一个学习情境都是完整的工作过程，子学习情境训练学生的单项知识，综合学习情境训练学生的综合应用能力；学习情境对应低级、中级、高级不同的工作岗位，任务难度逐步提高；学习情境可扩展、重组、更新；每个学习情镜对应有课内实训项目和工作任务。
《激光设备及加工控制》课程的教学内容主要包括理论教学内容、实践教学内容和集中实训教学内容。理论教学由12个子学习情镜构成，共32个学时，如表2；实践教学由16个子学习情镜构成，共92学时，如表3。
三、教学方法
演讲法：以多媒体教学的形式讲授单项知识点，主要是理论知识的讲解。
案例分析法：根据激光设备及加工控制课程对分析设计能力要求较强的特点，分析电路设计的实际案例，通过案例边讨论边学习。
演示教学法：演示设备操作和软件使用。采用设备现场或企业生产现场学习的方法，学生具有较高的积极性，无论是理论知识的掌握或实践技能的培养都有实践环境作支撑。
问题引导法：通过问题引导学生掌握教学重点。
讨论式教学法：以小组为单位完成一项典型工作任务，学生通过团结协作共同解决问题，小组长负责，锻炼学生的领导和组织协调能力。
项目教学法：以小组为单位进行项目实施，包括目标设定、制定计划，具体实施、项目检查、分析评价5个步骤。
四、课程考核
课程的考核理实一体化教学占60%，包括平时成绩、作业占6%，课堂表现占6%，期末考试占24%，实训考核占24%；集中实践教学包含四个方面，占40%，其中项目制定占8%，项目实施占20%，实训报告2%，职业素养占10%，按量化指标对过程和结果实施考核，给出评价，评价的标准分A、B、C三个等级。而对于小部分不能完成的情况，对问题进行分析，并且进行指导，最终使学生能够达到基本标准。
五、特色与创新
本课程是校企合作开发的基于工作过程的课程，是与激光公司联合开办的订单培养班——激光制造与加工班的教学实践中提炼出来的，课程内容来源于激光企业实际案例。
1．课程内容独特，岗位针对性强。作为伴随激光产业发展应运而生的高职新专业激光加工技术专业的专业核心课程， “激光设备及加工控制”通过紧密依托国内快速发展的激光产业，培养目标直接面向激光设备生产，使用企业的电气控制、设计岗位，岗位针对性强。
2．每个学习情境都是独立的工作任务。实施了融教、学、做为一体的基于工作过程的学习情境课程教学模式，每一个学习情境都是实际的工作任务，学生在相关企业就业不需要培训，可直接上岗。
3．教材来源于实际应用案例，由企业工程技术人员与专业教师共同完成。教材来源于激光企业产品说明书，实际应用案例，培训手册，等等。
关键词 ：分段递进嵌入式；教学组织模式；激光加工技术专业
中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0151-03
我院自2004年开办了光电子技术专业（激光加工技术方向），2005年正式获批为激光加工技术专业并开始招生，至今已有8年历史，共培养了6届、共计380名激光加工专业毕业生。2010年，我院被确定为“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校立项建设单位，其中激光加工技术专业更是被确定为首批重点建设专业。激光加工技术专业的建设需要着重在人才培养模式、培养质量、课程体系与教学内容、实践教学、教学设计与教学方法方面进行改革，形成具有显著特色的师资队伍，培养在某些方面素质优良的学生，以期得到社会的广泛认可。为此，在专业建设的过程中，激光加工技术专业的教师走访了多家激光加工用人单位，并与往届毕业生进行交流沟通，在校内开展教学实践，根据激光加工技术专业人才培养的特殊性，逐步摸索出教学组织的一套新模式，即“分段递进嵌入式”教学组织模式。
“分段递进嵌入式”教学组织模式的涵义
教学组织模式是根据一定的教学思想、教学目的、教学内容及教学主客观条件组织安排教学活动的方式，是为完成特定的教学任务，教师和学生按一定要求组合起来进行活动的方式。教学组织模式不是固定不变的东西。随着社会经济和科学文化的发展以及企业对人才要求的不断提高，教学组织形式也要不断发展和改进。激光加工技术专业旨在为企业培养光、机、电、控方面的复合型人才及紧缺的激光应用型对口人才，因此，应在满足企业需求的同时，对教学组织模式进行“分段递进嵌入式”改革。
分段式 即将学生连贯的三年全日制教学分为四个阶段，不同的阶段完成不同教学内容的教学任务。第一个阶段为校内学习阶段。这个阶段要求学生在校内完成基础类课程的学习，进行全方位动手能力的锻炼，为进入企业实习打好基础。在经过一段时间的学习之后，学生往往会对枯燥的理论知识学习感到厌烦。于是过渡到第二阶段，即企业初体验阶段，让学生在企业中摸爬滚打一段时间，了解激光行业各个岗位的工作内容，知道自身的不足。第三阶段为校内巩固学习阶段，让学生再次回到学校，针对自己感兴趣的专业方向，选择合适的选修课程进一步深入学习，加强自身能力的锻炼，使自己更加符合企业需求标准。最后一个阶段是到企业“定岗实习”甚至直接在企业上岗。由于已经经过企业挑选和返校再次学习，学生再次回到企业上岗会得心应手，企业也对真正符合自己需求的人才有了一定的了解，可使学生与企业达到“双赢”。
递进式 学生经历的“学习——工作——学习——再工作”四个阶段，是一个逐层递进式的过程，如图1所示。通过四个学期的学习，学生对实际工作中可能接触到的光、机、电、控知识有了一定的了解与接触。教师着重在专业核心课程中采用“任务驱动、项目导向”的“教、学、做”三位一体教学模式，将企业中的实际生产项目移植到课程教学与实践过程之中，让学生由陌生到熟悉，由学生向学徒角色转变。第四学期后的暑假安排学生到企业进行顶岗实习。这个时间段一般为激光制造企业的生产旺季，企业可以安排学生进行设备操作、管理、维护、维修的顶岗实习。学生经过一段时间企业氛围的熏陶，都会有一些心得体会，并对自己今后的就业方向有了一定的憧憬。再回到学校中就会有针对性地学习，发展自己的长处，并且选准就业方向。在第六学期的定岗实习过程中，学生就是企业的准员工，能够在企业中发挥自己的所长，把自己在学校学到的本领应用到实际工作中，在企业生产中发挥自己的作用。
嵌入式 在校内教学过程中，应将企业认知、企业文化、激光设备制造、设备维修、设备保养、激光加工技术、职业道德等项目融入实训项目。在校外学生随岗实习、工程实习、顶岗实习过程中，要将课堂讲授的专业知识和理论应用于实际，实现学生——学徒——准员工的角色转变，将课堂延伸到企业，利用企业真实的设备和真实的环境，开展实习实训，并为学生进入就业岗位提供岗前培训，做到专业课堂与生产车间、专任教师与企业师傅、教学过程与生产过程、学生与准员工合二为一，实现嵌入式一体化目标。
“分段递进嵌入式”教学组织模式的实施
自从17世纪捷克教育学家夸美纽斯提出了班级授课制教学形式以后，世界各国皆根据学生的年龄和知识水平将学生分成不同的班级，每班专用一个教室，全班学生在教师指导下学习同样的课程。班级授课制的建立，以较少的人力和物力，培养了更多的人才。这种教学形式直至目前为止，仍然是世界各国通行的教学组织形式。不过，班级授课制的教学形式是以课堂、教师、课本为中心的集体教学的组织形式，学生在教学过程中常常处于被动接受的地位，学生的精神因素不易调动，主体作用难以得到充分发挥。将四五十个学生集中于一堂，采取“等量＋同速＋同要求”的教学方式，势必导致学生学习上的分化，使不少学生跟不上学习的步伐而被淘汰。另外，班级授课制教学形式的信息反馈渠道不畅，教师获得的反馈信息有些不一定准确，有些是延时反馈，这就不利于教师及时地调整、改进教学，难以实现教学的动态平衡。
鉴于班级授课制教学形式有以上一些缺陷，而激光加工技术专业又有其独特的教学特点，在教学实施过程中应逐步加以改革，将学生的学习过程分为四个阶段，即校内基础学习阶段，企业初体验阶段，校内巩固学习阶段，企业定岗实习阶段，具体的实施方案如下页图2所示。这样的教学模式改革，可以改变过去单一的课堂集体教学的形式，采取集体与分散相结合、课内与课外相结合、校内与校外相结合的方法，弥补单一的班级授课制教学组织形式的缺陷。
激光加工技术专业本来就是一个新兴专业，很多学生在报考该专业时并不十分了解专业的情况和专业的特色。一味地在教室内授课，讲解生产实践中激光的应用，会使学生感觉空洞，摸不着边际。通过两年的校内教学，对学生进行光、机、电、控等基础课程的教学，让学生在校内掌握更多的实际操作方法，在暑期让学生到相关的激光企业中实习1～2个月，深入到激光企业各种类型的岗位，让学生在企业中了解到书本知识的重要性，同时在企业技术人员的带领下，学生可以接触到很多在学校没有机会用到的机械仪器，有更多的机会接触到实物产品的制作过程，可大大提高学生的动手能力。经过暑期在企业中的历练，再让学生回到课堂，他们感触颇多，对自己今后的就业前景也有了一定的前瞻性与方向性，了解了书本知识的应用范围。这样，可使他们学习的劲头更大，更加刻苦钻研，勤于练习，为今后进入企业就业奠定良好的基础。三年级下学期之后学生进入实习单位，就由“顶岗实习”转化为“定岗实习”，由于在暑期企业实践中学生已经为自己今后的就业方向做出了规划和预测，再次回到企业，就能够选定一个自己认为适于发展的岗位，沉下心来做事，为企业服务。
“分段递进嵌入式”教学组织模式实施的意义
“分段递进嵌入式”教学组织模式是使校内学习与校外顶岗结合，理论与实践结合，将学生直接培养成适合企业需求的复合型人才的有效方法和快捷途径。学生通过学校和企业的双重锻炼，由开始的职业认知过渡到职业认同，由职业道德培养到职业技能的提升，完成了学生——学徒——准员工的角色变化，成为企业需要的合格人才，实现了教学的目的。今后应使这种方法的实施更加细致化，并形成一定的规则，甚至应能够配合企业的淡季和旺季的人才需求，调节校内教学的时间和课程设置，更进一步与企业无缝对接，让学生能够在企业发挥自己的作用，同时也为企业创造更多的效益，办好让学生、家长、企业都满意的专业。
激光加工技术专业是一个专业性强、与企业联系紧密的新兴专业。在该专业的教学过程中，逐步实施“分段递进嵌入式”教学组织模式，既是教学与企业生产紧密结合的产物，也是根据企业对学校培养人才的要求应运而生的。在今后的教学中还应该将这个方法进一步推进，并与企业人员寻找最合适的时间点，不断完善该种教学模式，使企业与学院一同培养出高素质复合型技能型人才。
参考文献：
[1]郑蕾，尤凤翔.职业院校特色专业建设分析与思考[J].职业时空，2011（12）.
[2]陶树海.改革教学组织形式 大面积提高教学质量[G].中国当代教育理论文献——第四届中国教育家大会成果汇编（下），2007.
[3]曹汉湖.“分层递进动态分组”教学法在篮球教学中的实验研究[J].经营管理者，2011（2）.
[4]黄永杰.民族地区骨干高职院校“项目递进式”人才培养模式创新实践——广西职业技术学院电气自动化技术专业人才培养模式实施[J].轻工科技，2012（10）.
[5]叶泽滨.教学组织、教学形式及其分类[J].教育科学，1993（4）.
关键词：激光 相变硬化 温度场 模拟计算
中图分类号：TG665 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0080-03
激光是20世纪60年代产生的重大科学技术成果之一，随着现代化工业的发展，对产品的热物理性质提出了各种各样的、新式的和特殊的要求。激光加工对传统工业的改造发挥着很重大的作用，目前在很多方面，如汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等重要部门占据了重要的地位。在新世纪，激光技术已经形成了自身的产业，在现代信息社会光电技术产业贡献颇大，激光产业已经是受到科学界高度重视的骨干产业。
凭借激光自身的特殊性质，加工精度高、适应性强、加工效率高、灵活性高等优良性质，能够进行激光相变硬化、激光焊接、激光合金化、激光切割、激光打孔、激光快速加工以及对材料的微型加工等作用。
激光相变硬化技术是激光加工技术中，起步比较早，另外发展比较成熟的一门高科技新型技术。目前国内外都有相关的研究，并取得了一批重要的成果，有些也已经应用于各种机械零件的表面硬化。但是在这些研究成果和应用中仍然可以发现很多不足之处，所以对激光相变硬化的进一步研究是十分重要的。
1 研究方案及意义
本课题主要对激光扫描加热准稳定温度场数值模拟计算设计进行研究。对于确定的材料，怎样选定合适的激光加工工艺参数，因为激光加热过的金属表层区域的金相组织、物理、化学性能会发生变化，有表面局部硬化的表现。其结果一般都采用试验或凭经验加以确定，这样就要耗费大量的财力和物力，也给激光技术的更广泛应用带来不便。采用计算机数据仿真模型，模拟激光扫描加热操作，得到相关数据，从而降低实验的研究成本，带来更大的市场商机。
我们通过这次的研究课题，制作出一个简单明了的，具有友好型界面的软件，可以计算出我们想要的一些相关数据。激光扫描加热处理材料，在材料中的每个点的温度值是不同的。首先我们所要讨论的是激光加工工艺参数与材料参数之间的关系，建立数据仿真模型，计算出合适的值。确定激光扫描加热区域温度场的数值仿真模型，然后对该模型进行求解，得到激光加热工程的温度场分布，之后对激光加热辅助切割的主要影响参数做进一步的仿真及相关实验研究，分析这些激光加工工艺参数对加工质量的影响，优化加工用的激光参数，如光斑中心离刀尖距离、激光的功率密度、工件的旋转速度、工件表面光斑直径、激光工作的温度场等。在我们对与激光加工工艺参数进行优化的同时，对于数据的计算也进行一定的优化，使计算公式能够更加的清楚。
2 数学模型的建立
2.1 问题的简化
在激光扫描加热过程中，由于问题往往比较复杂，材料各点的温度多变，难以进行分析，所以在求解过程中，我们做如下的设定，根据假设条件来简化方程。
（1）材料的热物理性质不随温度而变化。
（2）除了激光束开始辐射和即将结束两个阶段外，相对于运动坐标系的温度分布为准稳定态。
（3）相变潜热相对于激光束热流相当小，可以忽略不计，及H=0。
（4）在y=0，=0，符合绝热边界条件，及y方向的温度场分布以y=0面对称。
（5）激光束具有均匀的能力分布，q=Q/2a×2b，式中Q为激光束的输出功率，q为热流，2a，2b，为激光束的尺寸。
（6）材料对激光的吸收系数不随温度变化而变化，但与扫描速度有关，以F（V）来加以修正。
对问题简化了以后，为之后公式的推导提供了前提。激光对物体加工轨迹如图1所示。
2.2 导热偏微分方程
在三维直角坐标系中，导热偏微分方程为：
其中Kii（i=x，y，z）为x，y，z三个方向的导热系数，H为固态相变潜热，P为材料密度，C为材料比热。
对于各向同性材料，导热系数为常数，令×则上式可变成：
对准稳定，则变成：
2.3 激光热处理瞬态温度场快速算法
通常，激光热处理是一个短暂的过程，热影响局限于材料的表层，同时，由于材料在激光扫描后基体对表层热能的迅速扩散是使表层完成淬火过程的原因，所以只要研究光束在临近区域的温度变化，就可以有效的预计热处理的结果。因此在光束临近区域并与光束共同运动的动坐标中对问题进行讨论。
在半无限大均匀的介质上建立三维直角坐标系，坐标指向材料的内部，如果材料表面存在速度v沿着x方向运动的单位强度点热源，并在与光源共同运动的动坐标中温度分布与时间无关以及光源处于动坐标原点时，温度场计算公式是：
式中，To为光源与材料相互作用前材料基体的温度，在观察时刻t运动坐标系与固定的坐标系的关系为：
按照温度场的线性叠加性质，功率密度为的面热源在半无限大介质内激起的温度场就可以表示为与（1）式右端的卷积为：
沿用以上的推导公式，在t=0时开始在原点处引入一单位强度点热源，此后热源以速度v沿着x轴正向运动，在介质的热物性参数与温度无关，表面满足绝热边界条件的情况下，时刻t介质的温度长Ti（x，y，z）可以写为：
（上式中，为介质的热扩散系数；k为介质的导热系数；t为热作用时间；To为t=0时刻介质的初始温度分布（K）；是函数。
关键词：激光打孔，旋切法，重铸层，旋切路径，旋切速度，旋切圈数
中图分类号：TG665
文献标志码：A
文章编号：0253-987X（2015）03-0095-09
激光是光的受激放大辐射，与其他光源相比具有极好的方向性、极高的亮度和相干性。聚焦后的激光束作用于材料表面，可引起靶材发生熔化、气化、焦化、喷射或燃烧等现象，使材料表面出现质量迁移，这种激光烧蚀效应可以被用来进行激光加工（刻蚀、焊接、打孔、切割等），而且具有高效、高精度、高质量、应用范围广、节能环保等特点，并能实现柔性加工和超微细加工。激光加工技术在汽车、航空航天、微电子、钢铁冶金等领域已得到了广泛的应用，在有些行业已经达到了较高的水平。
微小孔在制造业中有很大的需求量，如汽车喷油嘴喷孔、航空发动机热端部件的海量气膜冷却孔、喷墨打印机喷头等，而现有的加工技术，如电花火加工和电解加工，或是已经无法满足更高的工业要求，或是效率太低，而激光加工能够以更高的效率加工出孔径更小、质量更好的微小孔。在西方发达国家的企业，如美国的GE公司、英国的罗罗公司，激光微小孔加工技术已经被非常成功地应用于航空发动机的制造中，然而，这些技术被严格封锁，成为制约我国工业制造技术发展的瓶颈。
目前，国内激光加工微小孔技术的研究还存在诸多未解决的问题，其中2个重要的问题就是孔形优化和孔壁重铸层，相比之下，后者更不易解决。重铸层是激光加工中熔化后的材料未被完全排出而冷却粘结在孔壁上的残余熔化物，因为冷却速度过快，热应力会导致重铸层中出现微裂纹，在一定条件下这种微裂纹会在零件服役过程中向基体内部扩展，这对整机设备的安全性是一种潜在的严重威胁。
本文的工作主要针对孔形优化和孔壁重铸层展开。在激光参数优化方面，大量已公开的文献资料表明，更窄的激光脉冲宽度和更高的峰值功率有助于加工出重铸层更小的微小孔。本课题组前期的研究结果也证实了一点。Chien等人利用正交优化方法在718镍基合金材料上对包括旋切速度、辅助气压、脉冲能量在内的8个激光加工参数进行了优化研究，加工出了最小重铸层厚度为38μm的微小孔，并且认为重铸层厚度会随旋切速度的降低而减小。然而，他们给出的最佳旋切速度是1.25mm/s，这与本研究得到的结果相去甚远。此外，他们还认为重铸层在孔入口的厚度比在其他孔深位置的都要大，这也和本文的发现有很大的出入。文献[7，9]关于辅助气压的结论为本研究提供了有益的借鉴。Zhang等人研究了在激光打孔过程中材料发生的气化、熔化和热传导等现象，指出了加工中因热传导损失的热量对孔质量的影响。文献[11-12]表明，在长脉冲（如毫秒脉冲）激光微小孔加工过程中，材料的总去除量中液态喷溅占了相当大的比例，根据光强和材料的不同，这个比例能高达70%，这既解释了为什么毫秒激光加工的孔重铸层一般都很厚，也为本文的减小重铸层研究提供了原始理论依据。
1激光打孔方式
脉冲激光打孔方式可分为冲击式（叩击式）、旋切式、螺旋式3类，如图1所示。定点冲击式加工是在加工过程中激光束与工件位置相对静止，在一系列脉冲能量冲击下完成小孔加工，孔径接近光斑尺寸。与其他方式相比，这是最基础也是最快的一种激光打孔方式，但孔的质量直接受到光束质量和聚焦光学系统的影响，一般加工出的小孔热效应明显，精度和孔壁质量均较差。旋切式加工是利用聚焦光束在工件表面做圆周运动，切除圆内多余材料后形成小孔，加工过程中焦点位置在轴向保持不变。这种光束旋转可以通过2个机械直线轴差补运动的形式实现，也可以通过旋转光学棱镜系统实现：前者适合于各种类型的激光器，原理上可以加工任意孔径的小孔和异形孔；后者多用于纳秒级和更短脉冲的激光器，且只能加工一定直径范围内的圆孔。由于旋切加工过程更有利于熔融物质排出，孔壁热影响区和重铸层相对较小，因此孔质量较高。螺旋式加工是在旋切加工的基础上加入了焦点位置渐近地向工件内部运动的加工方式，这样加工出来的孔的精度和圆柱度更高一些，但工艺相对较复杂，在大能量激光孔加工中应用较少。
本文结合各加工方式的特点和实验室条件，选择以旋切法为研究对象开展工艺优化研究。
2实验装置
采用英国GSI公司专门为打孔用途设计生产的JK300D型Nd：YAG灯泵浦固体激光器，最大平均输出功率为300W，最大峰值功率为16kW，脉冲宽度从0.2ms到5ms连续可调，波长1.06μm。该激光器的优点是加工效率高，稳定性好，不需要苛刻的操作环境，因此非常适合工业应用，但缺点是加工过程存在较严重的热影响，如采用冲击式直接加工的微小孔，孔壁重铸层厚度在50μm左右。激光能量通过光纤传至激光头，激光头固定在一台自制的五轴（3个直线轴，2个旋转轴）精密运动控制平台上，其单轴直线定位精度为5μm，重复定位精度为3μm，可在X-Y、X-Z、Y-Z 3个平面内做任意曲线差补运动。可通过旋转激光头来改变光束与样品表面的夹角，而且可从激光头腔体内吹出与光束平行的高压辅助气体（本文采用压缩空气）。图2为实验用的激光加工系统示意图。
3旋切路径优化实验
激光旋切法加工微小孔其实就是一种走刀路径为圆环的激光切割。由于激光加工的特殊性，不同的光束路径会对孔形产生不同的影响。
3.1边缘起点旋切法
一般的旋切法是直接从圆周上的某一点开始，完成旋切后回到起点，如图3a所示。这种加工路径的优点是操作简单、效率高，但是存在一个缺陷，就是容易在孔边缘产生一个如图3b所示的缺口。
孔缘产生缺口的原因很可能是加工开始时第一个激光脉冲的前沿与材料表面相互作用的特殊性造成的，因为第一个脉冲与材料发生作用时，材料温度较低且表面平整，材料对激光的反射率很高。Kar等人的研究也表明，激光与金属材料作用的起始初段，材料对激光的反射率很高，但是当材料表面温度超过熔点时，反射率会迅速降低，他们推荐的此时适合的吸收率为85%。反射率高意味着材料需要更长的时间才能吸收足够的热量达到熔点，这同时也意味着热量可以在材料内部通过热传导传播更远的距离。所以，当辐照范围内的材料达到熔点后，较小的温度梯度就会导致光斑范围外的一部分材料也发生熔化，这时在气化压力和辅助气流的作用下，液态材料被排出，所产生的小孔的孔径必然大于光斑直径，在旋切加工中，这种较大的起始孔径就会成为孔缘上的缺口。
对于以上分析，本文通过2个实验进行验证：一个是孔径无限大的旋切实验，即直线切割；另一个是随机出光旋切实验。图4和图5分别是这2个实验结果的扫描电子显微镜（SEM）照片。从图4中可以看出，起点处明显有一个已成型的小孔，其直径大于随后切割时的线宽。如果将实验中的路径首尾相连，则起点处自然就形成一个缺口。图5中6个小孔边缘均出现了缺口，而且出现的位置不一样，这是因为在实验中是先让运动平台开始旋转，然后再随机手动开启激光快门开始加工。缺口位置的随机分布也证明了缺口是由于激光加工中的第一个脉冲造成的。
3.2圆心起点旋切法
为了避免旋切加工的小孔孔缘出现缺口，就必须改变旋切路径，因此进行了以圆心为起点的旋切加工实验。路径形式如图6a所示，即激光在圆心位置开启，先通过冲击方式钻出一个小孔后，向预设孔边移动，然后开始旋切，完成加工后光束又回到圆心位置。实验结果如图6b所示，可以看出，这种路径加工出的小孔孔缘完整，缺口已经消失。因此，以圆心为起点的旋切路径是一种比较好的选择，本文在接下来的实验研究中将采取这种旋切路径。
此外，文献[15]中采用沿与孔内壁相切的引入线开始旋切加工，也得到了孔缘完整的微小孔，见图7。这2种引入线的加工效果无明显差异，但相比之下前者的工艺操作性更简单一些。
4不锈钢材料上关于孔壁重铸层的旋切加工实验与结果
304不锈钢是一种综合性能良好的常用不锈钢材料，具有耐高温、耐腐蚀、加工性能好的特点，被广泛应用于制造有较高要求的设备和零件。本文计划先在不锈钢材料上进行规律探索实验，然后将所得规律移植到一种性能优越的高温超合金――定向结晶镍基合金DZ445。实验中所用样品的厚度均为2mm。
激光旋切加工微小孔工艺中涉及2个重要的参数：旋切速度和旋切圈数。旋切速度指光束绕圆心旋转的线速度；旋切圈数指光束绕圆心旋转的圈数。本文将从实验与理论2个方面研究这2个参数对孔壁重铸层厚度的影响规律，而激光参数和其他辅助条件则根据本课题组前期的研究经验和前述相关文献的报道，设定为实验室条件所能达到的最佳值，且在本文实验中均保持不变。具体参数如下：脉宽为0.2ms；峰值功率为16kW；脉冲能量为3.2J；频率为70Hz；离焦量为-0.1mm；辅助气压为1MPa。
4.1旋切速度
首先在304不锈钢上进行了不同旋切速度的微小孔加工实验，旋切速度依次设为0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9和1.1mm/s，每个速度下重复加工3个孔，每孔旋切2圈，光束与工件表面的夹角为90°，即光束垂直于工件表面。加工完成后，对样品进行打磨抛光和金相腐蚀，然后用金相显微镜观察并测量孔壁重铸层厚度，求出各个速度下厚度的平均值。图8所示为重铸层厚度随旋切速度变化的折线图，从中可以看到，随着旋切速度的增加，重铸层厚度明显变大，特别是在0.1至0.3mm/s之间最为显著，而当旋切速度小于0.1mm/s或大于0.5mm/s时，重铸层厚度的变化趋于平缓。由图8还可以看出，不同的旋切直径对重铸层厚度基本没有影响。图9所示是旋切速度为0.1和0.3mm/s时加工的小孔的金相图。
在实验中还发现了一种现象，就是当旋切速度过低时，小孔边缘会出现如图10所示的裂纹，而且随着旋切速度的降低，裂纹现象会变得更加严重。这意味着，通过降低旋切速度来减小重铸层是有限度的。在本实验中，未出现孔缘裂纹的最小旋切速度是0.1mm/s，此时的重铸层厚度平均值为2.8μm。
4.2旋切圈数
为了明确旋切圈数对孔壁重铸层的影响，保持旋切速度为0.3mm/s不变，进行了旋切圈数为1到10的单因素实验，每个旋切圈数加工3个孔，然后对样品进行打磨、抛光、金相腐蚀，再用金相显微镜观察并测量每个孔的重铸层厚度，最后求出每个旋切圈数下的厚度平均值。图11为重铸层厚度随旋切圈数的变化情况，可以看出，总体上重铸层厚度是随着旋切圈数的增加而下降的，而下降速度在旋切圈数为2～6的范围内最为显著，之后趋于平缓，基本稳定在4μm。从图12可以看到，旋切8圈所得小孔的重铸层厚度明显小于旋切2圈的厚度。
同样，随着旋切圈数的增加，小孔边缘也出现了类似图10的裂纹，并且裂纹长度和密度呈迅速增加的趋势。图13是对旋切圈数分别为1、3、5、7、9的小孔边缘的裂纹长度进行测量后绘制的孔缘裂纹总长度平均值曲线，其中虚线为数据点的多项式拟合曲线。
5镍基合金材料上关于孔壁重铸层的旋切加工实验与结果
材料属性的差异会导致不同的激光加工结果。为了使实验数据更贴近工程实际并验证上述实验中发现的规律，在不锈钢材料实验的基础上，针对厚度为2mm的DZ445定向结晶镍基合金进行了类似实验。这种材料常被用来制造有较高质量要求的燃气轮机涡轮叶片。
5.1初步实验
在系统地开展实验前，首先尝试进行了旋切速度为0.05mm/s、旋切4圈的微小孔加工，结果显示孔边缘并没有出现不锈钢实验中的微裂纹，这说明在高温性能更加良好的镍基合金材料上，通过减速增圈来减小重铸层的方法仍然是有效的。因此，选择0.05、0.1mm/s 2个旋切速度分别与5至10的6个旋切圈数配合进行正交实验，其他参数不变。为了减小实验误差，每组参数仍然加工3个小孔，经过金相处理和测量后，分别求出各参数组下孔的入口和出口重铸层厚度的平均值，然后进行统计分析，结果如图14所示。从图中可以观察到以下特点：
（1）孔壁重铸层的厚度随着旋切圈数的增加而减小；
（2）较低的旋切速度可以加工出重铸层更薄的微小孔；
（3）小孔出口的重铸层厚度普遍比入口的大。
另外，对此次实验中所加工小孔的入口孔径也进行了测量与分析，结果如图15所示。从图中可以看到，不同的旋切速度和旋切圈数对孔径基本没有影响。本次实验中的最小重铸层出现在旋切速度为0.05mm/s、旋切10圈的小孔的入口处，厚度约为12.6μm。与相同参数的不锈钢实验情况相比，镍基合金材料上的重铸层要厚很多，但是所有小孔边缘都没有出现微裂纹，这更证明了DZ445镍基合金的特殊性。
5.2深化实验
鉴于初步实验的结果，继续进行了更大参数范围内的加工实验，旋切速度降低到0.01mm/s，旋切圈数扩展到16。对样品进行金相处理和测量后，结果如图16和图17所示。为了更清楚地反映实验结果的整体变化趋势，对每组数据均进行了线性拟合。图16为不同旋切速度和旋切圈数下所加工小孔的孔壁重铸层厚度变化情况，总体而言，旋切速度为0.01mm/s时所得小孔的重铸层厚度小于0.05mm/s时所得的重铸层厚度，而且0.05mm/s时的重铸层厚度随着旋切圈数的增加而下降，但是0.01mm/s时所得的重铸层厚度却不随旋切圈数的增加而变化。图17是根据4.1节实验中的部分数据与本节实验中的部分数据综合绘制出的在不同旋切圈数和旋切速度下所加工小孔的入口重铸层厚度变化趋势图，从中可以很清楚地看到：重铸层厚度随着旋切速度的降低而减小；旋切圈数的增加也会使重铸层减小，但是这种趋势随旋切速度的降低逐渐开始收敛，这和图16中观察到的情况一致。图18a、18b分别为旋切速度为0.03mm/s、旋切6圈和旋切速度为0.01mm/s、旋切14圈所得小孔的入口金相图，可以直观地看出不同旋切速度和旋切圈数对孔壁重铸层的影响，其中图18b也是实验中的最小重铸层孔，重铸层厚度约为4.8μm。另外，当旋切速度为0.01mm/s、旋切圈数超过14时，孔边缘只出现了少量裂纹。
6旋切加工中重铸层厚度变化的机理
深圳光韵达光电科技股份有限公司（简称：光韵达 SZ 300227）主营激光模板与精密金属零件产品的生产销售并提供柔性线路板激光成型、激光钻孔两类服务。公司以精密激光应用技术研究为基础，致力于用精密激光加工手段取代电子产品的传统制造工艺，并突破传统制造工艺的局限，以实现电子产品的高集成度、小型化和个性化，已成为电子信息产业的精密激光创新应用商。公司是国内最早采用精密激光技术生产SMT模板的企业之一，也是最早采用紫外激光技术进行柔性线路板成型服务的企业。
坚持自主创新 确立技术优势
光韵达坚持“以市场为导向”的原则，根据现有市场和潜在市场需求来确定研发方向，实行研发与业务相结合，将研发融入企业营运，加强研发的战略职能作用，使研发部门成为重要的功能性部门。在配合业务的同时，公司还注重研发的“专业性发展与横向联合”，并做相应的技术储备。目前公司建立了以电子、纺织、医疗应用产品为重点的研发方向，并确立了一整套行之有效的研发管理制度和流程。公司采用国际先进的集成产品开发（IPD）模式，采取项目管理和跨部门团队合作方式，将研发活动纳入企业营运体系，使研发工作与业务开展相衔接，整合了不同部门的人力和技术资源，提高了部门之间的分工协作效率。同时，公司借助外部优势资源联合开发，在与德国、美国、日本等激光技术先进国家同行的经常流中，及时掌握激光应用技术的新动向。公司充分发挥研发人员创新能动性，现已获得22项具有自主知识产权的专利技术成果。近两年来，公司每年的研发投入占主营业务收入5％以上，不断推出新产品，实现了业绩的快速增长，保持了在行业中的领先地位，用技术强化了企业的核心竞争力。
拥有多项行业领先的核心技术
光韵达将研究成果与世界先进的精密激光加工设备相结合，转化为符合自身发展需要且满足客户差异性需求的先进制造系统。公司目前已经具有多项行业领先的核心技术，其中应用产品包括：激光模板、精密金属零件、柔性线路板激光成型以及激光钻孔四类。 近三年，该四类产品的收入占营业收入的比例分别达到75％左右。其中，激光应用技术数据库是公司最重要的核心技术，该技术具有独特性和自主创新性，数据库中的科研成果具有通用性和平移性。激光应用技术数据库的建立，能够有效支持产品的工艺设计环节，使公司具有更强的高难度设计开发任务承接能力。尤其可以有效缩短新产品试验流程、加快新产品开发速度，是公司把握市场机遇的技术保障，使公司具备了更强的市场进入和新兴市场开拓能力。目前，电子信息产品制造业普遍采用SMT工艺进行生产，其中30%的产品质量问题是由于PCB印刷质量缺陷所致，而PCB印刷质量需要靠高品质的SMT模板来保障。公司创新性的将超声波抛光技术应用到精密激光加工产品的抛光中，通过与常州密镭合作，开发出新型超声波抛光设备，公司享有该设备独家购买权。
营销布局合理 知名品牌赢客户
光韵达成立以来，即把贴近市场和客户建立经营网点、确立网点布局作为公司重要经营策略。目前，公司已在电子产品制造商集中的珠三角、长三角和环渤海经济区的深圳、苏州、天津、厦门、杭州等14个城市建立了16个激光加工站，形成了以深圳、苏州、天津为中心其他城市作为补充、重点服务于珠三角、长三角和环渤海经济区的电子制造商，并能够为全国绝大部分客户提供及时方便的个性化服务。“光韵达”品牌是深圳知名品牌，并被中国电子商会评为中国电子企业最具潜力品牌。公司2008年～2010年连续三年被广东省电子学会SMT委员会授予“中国SMT最佳用户服务奖”，经过多年市场拓展培育，公司的技术水平和市场认可度不断提高。公司为华为、中兴、富士康、比亚迪等1000多家国内外知名电子企业提品和服务，国际EMS50强企业中的30多家与公司建立了长期稳定的战略合作伙伴关系，成为公司稳定的优质客户。客户资源是公司现有业务发展的有力保障，也是公司未来产品向多样化发展的基石。基于客户与公司长期合作的信任，客户更容易接受公司的新产品和新服务，为公司持续发展带来了更多的机遇。
2008、2009、2010年，光韵达实现营业收入分别为：7539万元、8417万元、11383万元，净利润分别达到：1361万元、1462万元、2414万元。公司本次IPO募集资金主要用途：精密激光综合应用产业化基地项目；激光应用技术研发中心及ERP系统建设项目。预计募集资金投资项目的实施将进一步扩大公司产品市场份额、提升产品层次、增强盈利能力，并实现公司的跨越式高速发展，从而进一步增强公司的核心竞争力。
【关键词】连续激光器；不锈钢薄板；激光切孔
0 引言
激光打孔技术利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料气化，从而去除材料实现打孔[1-2]。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有优越性，是激光加工的主要应用领域之一[3-4]。本文采用连续激光器对0.3mm厚度的不锈钢进行激光切孔研究，主要分析激光功率、切割速度、加速度/减速度和调制频率对孔径质量的影响。
1 实验设备
实验用光纤激光切割机是利用光纤激光器产生一定功率和能量的连续激光，通过设置控制软件，将连续激光调制成脉冲光，再通过光学系统垂直入射到加工工件表面，由微机控制工作台的移动，实现各种形状的切割，连续光纤激光切割机示意图如图1所示。
实验材料为0.3mm厚的不锈钢钢薄板，激光器波长为1.06um，最大功率500w，聚焦镜焦距50mm，聚焦后光斑直径为0.05mm，切割孔直径的大小为0.5mm。
图1 光纤激光切割机示意图
2 工艺试验
2.1 激光功率对孔质量的影响
不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置，调制频率1kHz，占空比50%，速度30mm/s，加速度/减速度10mm/s。图2给出了功率对孔大小影响的试验曲线，激光功率小于10%时激光不能将0.3mm厚的不锈钢钢板打孔，随着功率的增加孔径逐渐增大，当功率值增大到50%时，孔表面氧化变严重，并下孔径出现明显的沾渣，因此，在做小孔打孔的时候不能选择太大的功率，此参数下30%的功率效果较好。
图2 功率对孔大小的影响
2.2 切割速度对孔质量的影响
不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置，激光功率50%，调制频率1kHz，占空比50%，加速度/减速度10mm/s。速度太低光斑重叠的太多，导致表面氧化严重，并且边缘不平整，粗糙，有残渣，如图3（a）所示。速度增大效果变好，但不能太大，速度太大达不到钢板气化点，不能完整的切除小孔，速度在50 mm/s左右切割质量较好，如图3（b）所示。
图3 功率对孔质量影响对比图
2.3 切割加速度/减速度对孔质量的影响
不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置，激光功率50%，调制频率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s。随着加速度/减速度的增加，孔边缘变的不光滑，孔反面光滑度变差，会出现明显的残渣；加速度/减速度达到50mm/s时，边缘明显看到齿状，如图4（b）所示。该参数下，加速度/减速度应选择40以下较好，如图4（a）所示。此参数下，加速度/减速度10mm/s的时候效果相对最好。
图4 加速度/减速度对孔质量影响对比图
2.4 调制频率对孔质量的影响
不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置，激光功率50%，调制频率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s，加速度/减速度10mm/s。调制频率太低，孔径边缘氧化比较严重；随着调制频率的增加，氧化现象得以改善，调制频率取1-1.5之间时有氧化现象少，小孔边缘光滑平整，反面挂渣很少；调制频率继续增大，氧化现象开始明显，边缘变粗糙。此参数下，调制频率大概在1-1.5之间效果较好。
3 结论
利用连续型光纤激光器对0.3mm厚的不锈钢薄板进行打孔试验，试验参数中，激光器功率、切割速度、加速度/减速度和调制频率对孔的质量影响都比较大，对于这种薄板，进行切割小孔时，功率不能太大，否则小孔边缘氧化比较严重，随着功率的增大，小孔直径也将增大；随着速度的增大，小孔质量变好，但是速度不能太大，否则不能切透；随着加速度/减速度的增加，孔边缘变的不光滑，其值过大会导致孔边缘明显看到光斑形状，且氧化比较严重。激光器的调制频率也不能太小或太大，否则孔边缘氧化严重，而且粗糙。因此，在实际工作中，应该将多个因素进行考虑。经过以上实验总结，最后得到相对较好的参数为功率40%，调制频率1，占空比40%，速度30mm/s，加速度和减速度20mm/s。
【参考文献】
（上接第23页）[1]张永康，周建忠，叶云霞.激光加工技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2][日]金冈优.激光加工[M].北京：机械工业出版社，2005.
[关键词]激光刻印 喷墨刻印
中图分类号：G84 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0380-01
一、激光加工的特性
所谓激光（LASER）最初的中文名称叫做“镭射”、“莱塞”，是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation取上述单词的第一个字母而得，是“诱导放射出的增幅的光”之意。激光的英文全称已经完全表达了制造激光的主要过程，是人工增强光的装置，但又不仅仅是简单的增强，而是能放射出良好品质的人工增强光。
光是拥有能量（热能）的，但是从自然光得到的热能（温度）是有限的。因此，作为为充分得到能量的手段，人们发明了激光。
激光与自然光、荧光灯等相比具有以下光学特性：
1.指向性
激光具有向同方向发光，光不容易扩散，激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光照射到月球上，形成的光斑直径仅有1公里左右；而一般的光向各个不同的方向发光，为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置，即便是最好的探照灯，如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1000公里以上。
2.单色性好
普通光源发射的光子，在频率上是各不相同的，所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源。由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长，使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。
3.干扰性好
由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。
4.能量集中
因为指向性明确，光电容易聚合和在一起，因此能量的集中度就高。而一般光伴随着光的前进，能量会减少。激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。
二、传统刻印方式与激光刻印机的对比
商品编码、文字以及条形码的标刻，在激光打标机加工运用广泛之前，通常采用手工加工、机械刀锯和喷墨等传统加工方法，其中又以喷墨刻印的方式应用最为广泛。这些方法加工有一个共同的缺点，就是加工的标识会因为时间和环境的因素，使之消退。这以现状给生产加工带来了许多不便，激光打标机的加工具有永久性，不易磨损，不会因为环境和时间的长短而导致加工效果变差。
将激光刻印与传统喷墨刻印从以下方面进行对比：
1.防伪效果
激光喷码机可令标记直接刻印在产品表面上，既可划线式又可点阵式，视觉效果独特且清晰永久，不可擦除和更改，防伪效果明显。墨水喷码机一般是通过墨水附着在表面来实现的，标记效果虽然清晰，但易擦除和更改，所以一般的墨水喷码机防伪效果不佳。
2.生产效率
激光喷码机是采用激光标记，生产效率高。墨水喷码机采用在线式生产无停顿，生产效率较高。但是某些墨水喷码机偶尔会有墨水堵住喷头等情况发生，影响生产的进程。
3.灵活性
激光喷码机的打印内容可包含序列码、批号、英文、中文、数字、LOGO、条形码、系统生成的数码等。墨水喷码机只能喷写英文、中文、数字、LOGO一些简单图案等，但打印的行数和字体的大小受到限制。
4.可靠性
激光喷码机可全天连续工作，性能稳定，故障率较低。由于环境温湿度及灰尘的变化会导致堵塞喷头，因此墨水喷码机的故障率相对较高，性能欠稳定，维护工作量大。
5.初始投资及运营成本
激光喷码机在购买时价位与墨水喷码机相比较高。但激光喷码机的运营成本极低，设备可长期免维护运行无须耗材。墨水喷码机耗材用量大，且更换喷头及其他附件费用高昂，需专门维修人员同时耽误生产进程，给公司造成更重的损失。油墨喷头很容易堵塞，而更换喷头及其他配件费用则价格更高。还需增设专门维修人员。经常性的无计划停产造成的间接损失更大。而激光打标机加工则只需要电力的支持。相对于喷墨加工来说，激光打标机的成本更低。
6.数据处理能力
激光喷码机的控制主机直接采用工控计算机，具有强大的数据处理能力，有强大的通讯接口可获得各种大量的信息内容。墨水喷码机仅仅采用单片机控制，数据处理能力有限。
三、激光在药品生产中的应用
激光打码机的应用非常广泛，可以在不同材质和各种形状物体的凹凸、弧面上打码，适用材质广泛，包括金属、塑料、玻璃、搪瓷、薄膜尼龙袋等。其操作简单，质量可靠，打出的图案清晰美观，可适用在食品、罐头、饮料、化妆品、电器、制药等行业产品上进行出厂日期、保质期、批号、条码、图案、公司名称LOGO、二维码等打码。
随着激光技术的发展，激光打标已经在我们生活中随处可见，例如塑胶透光按键、IC芯片、食品医药包装、数码产品、精密机械、珠宝首饰、洁具、量具刃具、钟表眼镜、电工电器、电子元器件、五金饰品、汽摩配件、医疗器械、建材管材等产品标识和生产日期、序列号。在医疗行业中的应用更是急速发展：
四、激光刻印在应用中的不足
1.有些材质存在着激光加工困难的情况，因此需要确认是否能够使用激光照射印字加工。
2.印字后不一定显示出颜色。印字的颜色等是有激光特性和材质的不同来决定的，由于激光机本身波长是一定的，所以产品的材质决定着发色的效果，发色的自由度较小。
3.有必要实行安全措施。由于目前使用的激光打标机多为4级激光，属于危险性设备，对人员的皮肤及眼睛都是有一定损伤的，所以必须对设备进行安全设施的安装与实施。
4.激光刻印的同时会产生一定的烟雾或粉尘，对医药行业的生产环境要求产生影响，且在刻印不同材质的同时会产生不同的有毒有害物质及气体，比如含有氯化物的物质对设备及人体都回产生化学损伤，陶瓷类产品刻印后会产生尖锐粉尘颗粒，进入肺中不易排出等。所以必须在刻印同时增加局部工业级吸尘器进行过滤。
虚拟样机产品涵盖了真实产品的全部关键特性,是产品的多领域数字化模型的集合,而虚拟样机技术就是一种以虚拟样机为基础的数字化设计方法。为降低成本,提高效率,我们就需要从源头抓起,在产品研发的初始期就应尽早发现产品设计的缺陷,在开始便加以改善,而通过对虚拟样机技术的运用,就可以快捷高效地达到该目的。相比较于传统的技术,虚拟样机技术更注重系统性,包括产品的整个生命线,对于各领域的虚拟化起到协同作用。在该技术领域内,研究的主要是创新设计方法和虚拟样机仿真技术,在此基础上进一步研究有关于新产品的开发与应用,已在方案的创新设计、修改、整机性能预测等多个方面进行了应用。
2、多轴联动复合数控机床的新型研发
多轴联动复合数控机床凭借其高精度,优工艺以及广用途,得到了愈来愈多的业界人士的高度关注,研制开发出了多类型具有不同作业功效的合成型数控机床。而比较具有代表性的多轴联动复合机有六轴联动混联数控机床、六轴联动卧式复合数控机床、五轴联动复合激光加工机床,以下对其进行逐个浅析。
(1)六轴联动混联数控机床所谓混联机床就是将串联与并联原理相结合。串联原理,具有大作业尺度、简洁运动算法的优越性;但其各轴的运动误差积累、悬臂结构难以达到更高的刚度、运动件质量过大就会影响速度的提升。而并联机构则有效地弥补了串联机构的缺点,运动误差不累加,刚度也较高运动件质量小,速度快。将这两者相结合的混连数控机床取其利,去其弊,其发展与应用前景都值得期待。
(2)六轴联动卧式复合数控机床HC80绝大部分的工序在一次装夹过程中就可以完成,特别是对于有相对位置要求的工序。这种设计解决了物流长度过长、基准转换过多,定位误差过大,工装夹具数量过大,占地面积过大,新产品实验周期过长等一系列重大问题。可以有效地提高了生产效率。
(3)五轴联动复合激光加工机床SLC-1是以三轴联动复合激光加工机床为基础,进行的进一步的开发研究成果,可实现空间复杂曲面激光淬火、激光切割、激光焊接等激光加工。在创新过程中,将五轴和三轴的本质区别作为了一个重点考虑方向。三轴加工时,在工件坐标系中其刀具周线固定不变;而五轴加工中却做了相应的创新改变,刀具轴线设计成了相应变化的,既保证了加工质量也提高了切削效率,同时避免其它因素的影响。但需要注意的是,自主研发的开放式数控系统,随着网络复杂程度的增加所需求解的非线性优化问题也会复杂化,我们需要选择最佳的网络结构。随着复合加工技术的发展大跨步发展,出现了多种组合的复合加工机床,有效地提高了加工效率。
3、机器人创新开发
机器人主要分为固定机器人和移动机器人两大类。其中的移动机朱志荣陕西荣天电气有限公司719000器人又可再分为轮式移动机器人、履带式移动机器人、步足移动机器人。自动导航轮式移动机器人包含了轮式移动机构和作业操作机构。而对于只含轮式移动机构的AGWMR也可将其称之为“自动导航车”。
(1)自动导航轮式移动物流机器人研发的轮式移动机器人主要分为两类:①2自由度和3自由度的AGV,导航方法包括视觉、超声波、无线遥控、激光扫描、陀螺、电子罗盘;②物流AGWMR,是由轮式移动机构和作业机器人相结合,其移动机构与AGV一样,1~6个自由度的物流作业机器人组成了作业部分。
(2)自动导航牵引车AGT50AGT50是轮式移动机器人,具有牵引移动功能,5000N的牵引力可以拖动多辆无人驾驶的拖车行驶。其导航方式与AGV相同,可作为参考选择配置。其自主开发的开放式数控系统,可以根据现实情况智能性选择可开环控制或闭环控制;其自动校正定位功能使作业更安全准确。
(3)作业机器人目前研发的作业机器人主要分为四大类,分别为:喷漆机器人、焊接机器人、切削机器人以及检测机器人。其中焊接机器人采用激光焊缝跟踪技术,而喷漆机器人采用的则是轨迹规划技术。在大尺寸长距离的情况下进行作业时,如大型罐、大型集装箱、长管道等的喷漆、焊接、局部切削加工及检测作业,上述机器人可以独立进行作业或者与AGV组成轮式移动运动机器人进行作业。为满足大尺寸、长距离情况下的作业位置和姿态定位要求,可将AGV与作业机器人自身位姿定位相结合,因为轮式移动机器人的作业精度低于上述作业的精度要求。
