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阿奇夏米爾

日期：2023-04-24 09:41:49

從全球激光產品的應用領域來看，材料加工行業仍是其主要的應用市場，占比為35.2%；通信行業排名第二，其所占比重為30.6%；另外，數據存儲行業占據第三位，其所占比重為12.6%。與傳統加工技術相比，激光加工技術具有材料浪費少、在規模化生產中成本效應明顯、對加工對象具有很強的適應性等優勢特點。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。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、硬度大和質脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工；4、可以對運動的工件或密封在玻璃殼內的材料加工；5、激光束的發散角可小于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；7、在惡劣環境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。激光加工屬于無接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面處理、焊接、打標和打孔等。激光表面處理包括激光相變硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。②可以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工；在惡劣環境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。④可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。⑤激光束易于導向、聚焦實現作各方向變換，極易與數控系統配合、對復雜工件進行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。⑥無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機械變形，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。⑦激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小，因此，其熱影響區小，工件熱變形小，后續加工量小。⑧激光束的發散角可<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輸出功率又可達千瓦至10KW量級，因而激光既適于精密微細加工，又適于大型材料加工。激光束容易控制，易于與精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合，實現加工的高度自動化和達到很高的加工精度。激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現的。與傳統的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割質量、高的切割速度、高的柔性（可隨意切割任意形狀）、廣泛的材料適應性等優點。在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發生在其液態情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參與切割。——激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。——最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。——產生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104W/CM2～105W/CM2之間。激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產生化學反應使材料進一步加熱。對于相同厚度的結構鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質量更差。實際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。——激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈沖模式的激光來限制熱影響。——所用的激光功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數就是氧氣的供應和材料的熱傳導率。在激光氣化切割過程中，材料在割縫處發生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領域。該加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。——在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。用激光照射材料，選擇適當的波長和控制照射時間、功率密度，可使材料表面熔化和再結晶，達到淬火或退火的目的。激光熱處理的優點是可以控制熱處理的深度，可以選擇和控制熱處理部位，工件變形小,可處理形狀復雜的零件和部件,可對盲孔和深孔的內壁進行處理。例如，氣缸活塞經激光熱處理后可延長壽命；用激光熱處理可恢復離子轟擊所引起損傷的硅材料。激光技術與原子能、半導體及計算機一起，是二十世紀最負盛名的四項重大發明。激光加工設備就是利用激光加工技術改造傳統制造業的關鍵技術設備之一，主要產品則包括各類激光打標機、焊接機、切割機、劃片機、雕刻機、熱處理機、三維成型機以及毛化機等。這類產品已經或正在進入各工業領域。因為激光加工工藝具有自動化程度高、加工精確高、速度快、效率高、操作簡單方便等特點，適應了國際服裝生產技術潮流所以激光加工技術以及設備正在以驚人的速度在服裝行業內得到推廣和普及。激光雕刻是利用軟件技術，按設計圖稿輸入數據進行自動雕刻。激光雕刻是激光加工技術在服裝行業中運用最成熟、最廣泛的技術，能雕刻任何復雜圖形標志，還可以進行射穿的鏤空雕刻和表面雕刻，從而雕刻出深淺不一、質感不同、具有層次感和過渡顏色效果的各種圖案。激光打標具有打標精度高、速度快、標記清晰等特點。激光打標兼容了激光切割、雕刻技術的各種優點，可以在各種材料上進行精密加工，還可以加工尺寸小且復雜的圖案，激光標記具有永不磨損的防偽性能。激光加工技術屬于非接觸性加工方式，所以不產生機械擠壓或機械應力，特別符合電子行業的加工要求。另外，還由于激光加工技術的高效率、無污染、高精度、熱影響區小，因此在電子工業中得到廣泛應用。激光劃技術是生產集成電路的關鍵技術，其劃線細、精度高(線寬為15-25ΜM，槽深5-200ΜM)、加工速度快(可達200MM/S)，成品率達99.5%以上。集成電路生產過程中，在一塊基片上要制備上千個電路，在封裝前要把它們分割成單個管芯。傳統的方法是用金剛石砂輪切割，硅片表面因受機械力而產生輻射狀裂紋。用激光劃線技術進行劃片，把激光束聚焦在硅片表面，產生高溫使材料汽化而形成溝槽。通過調節脈沖重疊量可精確控制刻槽深度，使硅片很容易沿溝槽整齊斷開，也可進行多次割劃而直接切開。由于激光被聚焦成極小的光斑，熱影響區極小，切劃50ΜM深的溝槽時，在溝槽邊25ΜM的地方溫升不會影響有源器件的性能。激光劃片是非接觸加工，硅片不會受機械力而產生裂紋。因此可以達到提高硅片利用率、成品率高和切割質量好的目的。還可用于單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池的劃片以及硅、鍺、砷化稼和其他半導體襯底材料的劃片與切割。激光微調技術可對指定電阻進行自動精密微調，精度可達0.01%一0.002%，比傳統方法的精度和效率高，成本低。集成電路、傳感器中的電阻是一層電阻薄膜，制造誤差達上15一20%，只有對之進行修正，才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑，能量集中，加工時對鄰近的元件熱影響極小，不產生污染，又易于用計算機控制，因此可以滿足快速微調電阻使之達到精確的預定值的目的。加工時將激光束聚焦在電阻薄膜上，將物質汽化。微調時首先對電阻進行測量，把數據傳送給計算機，計算機根據預先設計好的修調方法指令光束定位器使激光按一定路徑切割電阻，直至阻值達到設定值，同樣可以用激光技術進行片狀電容的電容量修正及混合集成電路的微調。優越的定位精度，使激光微調系統在小型化精密線形組合信號器件方面提高了產量和電路功能。即使按照程序進行切割，也有加工產品無法滿足精度要求的情況。所以需要根據不同的情況采取對策。這是由于切口上激光焦點直徑和其周圍燃燒區域形成的切口寬度所影響的。雖然在相同條件下，對相同的加工物，使用同一偏置補償值可以確保其精度，但是焦點位置的設定要憑借加工機操作人員的感覺來確定，而且熱透鏡作用也會造成焦點位置的變化，所以需要定期檢查的偏置補償值。2．加工方向(部分)上的尺寸誤差有差別板材上部的尺寸精度與尺寸精度有不同的情況。這個現象要考慮兩方面的原因。首先，光束圓度和強度分布不均一，造成切口寬度沿加工方向有所不同。解決的方法是進行光軸調整或清洗光學部件。其次，被加工物受熱膨脹會引起加工形狀長方向尺寸變短的情況。尺寸精度雖然在要求范圍內，但由于熱變形等原因會造成發生翹曲。加工鋁、銅、不銹鋼等時非常顯著，它受到線膨脹系數、熱容量等物性的影響。就加工形狀來說，縱橫比越大，翹曲量就越大。采用低熱量加工條件以及加工線路等在加工程序上下工夫，但還沒有完全解決問題。加工板件所擁有的殘余應力對翹曲和尺寸誤差也有影響，所以我們需要對加工程序始終保持一定的配置方向。加工很多孔時，孔與孔之間的間距精度會出現偏差。由于在熱膨脹情況下開孔，冷卻收縮后，間距變小。我們可以在程序中補正收縮部分的精度或者靈活運用形狀縮放功能。無論什么情況，都要在初期加工后，測定其加工尺寸，補誤差。當間隔精度不隨加工位置而變化，而是在整個加工區里都惡化時，其原因是機械精度的惡化而造成的。在激光加工中加工孔切割面產生坡度是無法避免的，下面直徑比背面直徑大，一般都評估背面稍小一側的圓度。在切割的開始部位加工開始加工所需要的孔稱做穿孔。板越厚，穿孔就越不穩定。可以說，板厚大于12.0MM的厚板切割中，發生加工不良現象的70%起因于穿孔不好。為了實施穩定的穿孔，在這里對穿孔的加工特性進行說明。在穿孔過程中，貫通之前加工中產生的熔融金屬堆積在被加工物表面上孔的周圍。從發光后對被加工物表面加熱過程，到緩慢加熱進行穿孔作用，直至最后的貫通是連續進行的。這個方法，如果板件厚度大于9.0MM，則穿孔時間就會急劇增加，但是孔徑約為0.5MM，比切口窄，熱影響也小。因此，如果增加加工能力，加大輸出能量，熔融金屬就很難全部從孔徑上部排出，出現過度燃燒現象。CW條件是在被加工物表面的略微上方設定焦點位置，增大加工孔徑，迅速加熱的方法。雖然出現大量熔融金屬，飛散到被加工物表面上，但卻大幅度縮短了加工時間。在穿孔的孔壁上也會出現吸收激光能量的現象。在穿孔加工過程中，照射的激光在穿孔中多重反射，邊被吸收邊向下傳播。為了縮短穿孔時間，就要補充被孔壁吸收而被減弱的能量，即在穿孔過程中有必要增加輸出功率。而且，為了減少對孔壁周圍的熱影響，要在增加輸出功率的同時，盡可能的縮短穿孔時間，減少激光對孔壁周圍的照射。要確認是在穿孔的過程中，還是在穿孔結束后開始切割時發生的缺陷。如果是穿孔過程中發生的，則根據穿孔開始或者穿孔過程中條件切換時的具體情況，來修正發生問題的輸出功率和氣壓條件。如果缺陷發生在穿孔結束之前，那是因為貫通之前切換到切割條件，有必要延長穿孔時間。如果切割開始時發生加工缺陷的現象，那是因為在孔的表面周圍堆積的熔融金屬部位難以通過，所以有必要在開始位置設定脈沖條件或低速條件。如果在加工平臺的特定位置，集中出現穿孔缺陷，那是因為激光光軸和噴嘴中心偏離。這需要調整光路偏離。如果穿孔位置過于集中或者是在切割線路的附近進行穿孔，由于加工位置溫度過高，也會造成穿孔缺陷。將厚12.OMM的SS400板件作為被加工物，材料溫度從常溫變化到200℃，調查與加工缺陷之間關系的結果。數據是表示在各溫度條件下進行50次穿孔，穿孔缺陷和切割缺陷的發生比例。溫度越高，缺陷的發生率就越大。因此有必要研究加工順序，改善程序盡量沿著尚未過熱的線路進行穿孔和切割。隨著加工時間的推移，加工不良的發生次數只見增加不見減少時，其原因可能是發振器故障引起的輸出功率變動。如果增加冷卻時間就能恢復的話，其原因可能是光學部件熱透鏡的作用引起的。這種情況下就需要維修光學部件，并與供應商聯系。對于發生穿孔不良的材料，要確認過去是否進行過良好加工，確認記錄很重要。如果有過去加工的記錄，就不需要調整加工條件，可以認定是加工機和光學部件的缺陷，進行檢查找出原因。被加工物的厚度越厚，穿孔時間在整體加工時間中所占的比例就會增加，對縮短穿孔時間的要求就會提高。對穿孔時間縮短有效的加工條件參數是脈沖峰值輸出功率和脈沖波形及平均輸出功率。在切割不銹鋼時，孔表面周圍會留下飛散須狀的金屬熔渣，在鏡面及條紋表面材料上會出現劃傷。而且，須狀金屬熔渣與靜電感應式加工頭的噴嘴發生接觸時，會出現對焦異常的報警。根據板件的薄厚程度，其相應的處理方法也不同。（1）激光加工設備要可靠接地，電器系統外罩的所有維修門應安裝有連鎖裝置，電器外罩應設置相應措施一邊在進入維修門之前使內部的電容器組放電。（2）激光加工設備應有各種安全措施，在激光加工設備上應設有明顯的危險警告標志和信號，如“激光危險”“高壓危險”等字樣。（3）激光加工的光路系統應盡可能全部封閉，如使激光在金屬管中傳遞，以防止對人體的直接照射造成傷害。（4）如果激光加工的光路系統不可能全封閉，則光路應設在較高的位置，使光束在傳遞過程中避開人的頭部，讓激光從人的高度以上通過。（6）進行激光加工的場地也應設有明顯的安全標志，并設置柵欄、隔墻、屏風等，防止與工作無關人員誤入危險區。（1）對于激光切割機的防護設備典型的就是激光防護鏡，因為防止激光對人眼損傷的防護鏡，按其防護原理可分為反射式、吸收式、衍射式和復合式等幾種，當然，他們都會根據激光切割機的激光輻射波長進行過濾防護，達到對人體的激光切割機激光的保護，這也是市場上較為安全方便的激光切割機的防護設備。（2）人體如果有了足夠的健康程度，對于激光切割機的稍微輻射是可以抵御的。所以激光切割機操作人員要注意酌情多吃一些胡蘿卜、豆芽、西紅柿、瘦肉、動物肝等富含維生素A、C和蛋白質的食物，經常喝些綠茶等等。因為這些食物都能幫助人類較好的保護眼睛，讓人體能夠在激光切割機輻射的條件下，較好的保護人體。激光作為上世紀發明的新光源，它具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點，已廣泛應用于工業生產、通訊、信息處理、醫療衛生、軍事、文化教育以及科研等方面。據統計，從高端的光纖到常見的條形碼掃描儀，每年與激光相關產品和服務的市場價值高達上萬億美元。我國激光產品主要應用于工業加工，占據了40%以上的市場空間。激光加工作為激光系統最常用的應用，主要技術包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔、微加工及光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。激光加工設備就是利用激光加工技術改造傳統制造業的關鍵技術設備之一，主要產品則包括各類激光打標機、焊接機、切割機、劃片機、雕刻機、熱處理機、三維成型機以及毛化機等。這類產品已經或正在進入各工業領域。從全球激光產品的應用領域來看，材料加工行業仍是其主要的應用市場，占比為35.2%;通信行業排名第二，其所占比重為30.6%;另外，數據存儲行業占據第三位，其所占比重為12.6%。2011年，全球激光工業加工設備銷售額獲得了強勁的兩位數增長。據《工業激光解決方案》(ILS)的數據顯示，2011年全球激光系統銷售收入70.60億美元，同比增長16%，其中，激光器銷售收入19.56億美元，同比增長18%。2011年，激光應用各領域的增長同比有所放緩，但在智能手機、平板電腦、3D電視、觸摸屏、LED及TFTLCD等產品的帶動下，娛樂及顯示市場成為行業新的增長點。2005年至2011年間，我國激光加工設備的增長較快，年均增速超過20%，遠高于世界激光加工設備年均增長率。2008年后，在調結構、拉動內需等措施的刺激下，我國激光在鐵路機車、工程機械、軍工、新能源等行業應用獲得大幅增長。《2014-2018年中國激光加工設備制造行業產銷需求預測與轉型升級分析報告》調查數據顯示，2009年，我國激光加工設備行業規模達到46億元，2010年突破55億元，2011年約為60億元，激光加工設備市場呈現出穩定、高速增長的態勢。預計“十二五”期間，我國激光加工設備行業市場規模年均增速將超過20%，市場規模將有望突破130億元。激光加工設備行業的發展對促進科學技術的發展和進步、推動對傳統工業改造升級和加速國防技術的現代化發揮了積極的作用。激光應用于材料加工，被譽為制造技術的革命。據中國光學會資料，中國激光加工產業發展迅猛，總產值已經從1999年的1．6億元人民幣增加到2003年的12億元。但從整體實力上看,中國對高功率激光切割技術和成套設備的應用還處于初級階段，美國投入使用的激光切割機有25000臺，而中國僅有600余臺。華中科技大學激光研究專家朱曉說：“沒有掌握核心技術，造成采購成本過高，是中國高檔激光器、激光成套設備市場長期被國外產品占領的主要原因。”他舉例說，如激光切割設備，雖然過去中國產的每臺售價才170萬元人民幣，遠低于進口貨70萬美元的價格，但切割性能不能滿足高水平加工的需要，因此中國激光切割設備大部分是進口貨。此次武漢華工制造的第二代大型激光切割機與正在批量制造的第一代國產化產品相比，切割速度、切割質量和安全穩定性能都有了很大提高。此外，第三代大型激光切割機產品的研發工作正在順利進行，樣機將于2005年初問世。朱曉表示，自20世紀90年代末，中國激光加工設備的工藝技術和制造水平有了重大突破，關鍵光學器件實現國產化，數控技術也有了大幅提高，加上通過引進吸收海外先進技術，中國造尖端激光加工設備在質量、功能、穩定性等方面與國際知名品牌的差距已逐漸縮小。調查統計結果顯示，中國已有200余家激光相關企業，主要分布在湖北、北京、江蘇、上海和廣東（含深圳、珠海特區）等經濟發達省市，這些地區的年銷售額約占全國激光產品市場總額的90%。已基本形成以上述省市為主體的華中地區、環渤海、長江三角洲、珠江三角洲四大激光產業群。隨著激光加工設備行業競爭的不斷加劇，大型企業間并購整合與資本動作日趨頻繁，國內優秀的激光加工設備企業越來越重視對行業市場的研究。對激光加工設備制造行業市場跟蹤搜集的一手市場數據，采用國際先進的科學分析模型，全面而準確的為您從行業的整體高度來架構分析體系。報告主要分析了中國激光加工設備行業的生產與發展；激光加工設備行業當前的市場環境與企業競爭力；激光加工設備行業的發展狀況及進出口市場；激光加工設備行業的競爭格局、競爭趨勢；激光加工設備行業細分產品市場發展狀況；激光焊接專利技術分析；激光加工設備市場的領先企業經營狀況；激光加工設備行業的發展趨勢與前景預測。同時，佐之以全行業5年全面詳實的一手連續性市場數據，讓您全面、準確地把握整個行業的市場走向和發展趨勢。近十年來，隨著工業激光應用市場在不斷擴大，激光加工領域也不斷開拓，由傳統的鐘表、電池、衣扣等輕工行業向機械制造業、汽車制造業、航空、動力和能源以及醫學和牙科儀器設備制造業等應用領域拓展，將有效拉動激光加工設備的需求。2011年，全球激光工業加工設備銷售額獲得了強勁的兩位數增長。據《工業激光解決方案》(ILS)的數據顯示，2011年全球激光系統銷售收入70.60億美元，同比增長16%，其中，激光器銷售收入19.56億美元，同比增長18%。激光已廣泛應用于工業生產、通訊、信息處理、醫療衛生、軍事、文化教育以及科研等方面。據統計，從高端的光纖到常見的條形碼掃描儀，與激光相關產品和服務的市場價值高達上萬億美元。中國激光產品主要應用于工業加工，占據了40%以上的市場空間。2011年，激光應用各領域的增長同比有所放緩，但在智能手機、平板電腦、3D電視、觸摸屏、LED及TFTLCD等產品的帶動下，娛樂及顯示市場成為行業新的增長點。2005年至2011年間，中國激光加工設備的增長較快，年均增速超過20%，遠高于世界激光加工設備年均增長率。2008年后，在調結構、拉動內需等措施的刺激下，中國激光在鐵路機車、工程機械、軍工、新能源等行業應用獲得大幅增長。