你不是吧?你想问的问题,恐怕一句半句很难说明白。
在医疗技术不断提高的今天,心血管疾病已成为人类仅次于癌症的第二杀手。所以,激光医疗的发展,除了在外科手术、眼科手术和肿瘤治疗外,下一个目标便是人体的心脏和血管系统。就美国而言,有成千上万的心脏病患者,每年的治疗费用都超过100亿美元。所以,其激光医疗在心血管系统的应用前景和市场都极为广阔。
生色基因示踪法
国外一家高技术公司采用了这一种比较特殊的技术,适用于动脉硬化的症状。它是把单元性抗体,通过生色基因示踪,附着在硬化斑块上,用以有效地吸收激光能量,然后用光纤沿血管将能量传输到斑块上。这样就可以有选择地破坏斑块,而不影响四周的动脉壁组织。
激光/气球综合法
这一技术是首先采用钇铝石榴石激光束,作硬化斑块的软化,然后用气球膨胀的压力把斑块挤向血管壁。在20秒的时间内,辐照3~4次,每次激光剂量为380或450毫焦耳。此法由于能使动脉壁光滑,降低了血管再变窄的可能性。有一家公司还把血管内窥镜、CCD摄像机和脉冲染料激光器组合成一台染料激光血管成形系统。其导管喷嘴的定位通过计算机和机动装置控制。激光波长为480纳米,产生200毫焦耳的能量。治疗时首先使气球膨胀堵住血流,然后用激光直接烧蚀。它的短脉冲烧蚀硬化斑对动脉壁并无影响。
激光/导管法
这种技术使用一种适用于人体的激光导管,把钇铝石榴石激光束,通过激光导管传输到光纤头上的蓝宝石激光嘴。首先在腿动脉完全堵塞的硬化斑块上用激光打开一个2~3毫米的通道,再插入一根气球导管,气球膨胀将剩余的斑块压向动脉壁,从而疏通全堵的腿动脉。据报道,采用这项技术的关键是控制激光导管嘴的温度。因为如果温度不当,会引起冠状动脉痉挛和血栓形成。
激光/组织识别综合法
1989年3月,在美国心脏学院年会上,与会者2万多人参观了一家公司推出的“灵巧”激光系统。这是一种新颖的高科技血管成形术。它把激光技术与组织识别技术相结合,涉及的有光谱学、超声波、医学染料、核磁共振等高精技术。
治疗时通过单元性抗体,把染料选择性地附着在硬化斑块上,基于核磁共振成像系统,用小磁线圈对斑块进行体内生物分析,并依靠低亮度激光束的光谱分析获得斑块位置,利用其反馈信号,导引治疗激光束到病变组织上。
该系统是双激光束,采用微机控制的硬化斑块探测/瞄准作为反馈机制,以防止血管穿孔。有两个传输导管工作,一个是单根柔软光纤,用于全堵塞动脉的再通功能;另一根是多束光纤导管,用于疏松全堵塞或局部堵塞。
心肌打孔贯通法
此法适用于团冠状动脉狭小,而造成冠状动脉不能回路的患者。原理非常简单,用高功率激光在心肌上直接打孔贯通。由于适应症局限性较大,所以报道的资料极少。
需提醒人们注意的是,用激光消除动脉粥样硬化时常见的钙化物并不成功。欧文分校的研究发现,这种物体是导致纤维束偏向而刺穿血管事故的罪魁祸首。
激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,下面是我整理了激光技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
简析激光切割技术
[摘 要]随着我国技术的发展,激光切割技术得到不断发展,应用范围日益广泛。本文主要是对激光切割技术的涵义、优点,国内外的发展现状及其数控激光切割技术的发展趋势进行分析论述,希望能够更好地了解应用激光切割技术。
[关键词]激光;激光技术;发展趋势
中图分类号:TG485 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0097-01
激光技术是20世纪伟大的发明之一,自1960年第一台激光器问世以来,固体激光器、气体激光器、半导体激光器以及准分子激光器陆续诞生;激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,很好的方向性,极高的能量密度,这些特点使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,如激光切割、焊接、激光淬火、激光打标等等,而激光切割被认为是激光技术应用中最成熟的工艺。下文将对激光切割技术的相关内容进行详细的论述。
一、激光切割的概述
1.激光切割的涵义
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术,也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术经过近几年的发展,广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
2.激光切割的优点
激光切割技术具有以下优点:
第一,精度高:定位精度,重复定位精度。
第二,切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为~。
第三,切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在以内。
第四,速度快:切割速度可达10m/min,最大定位速度可达70m/min,比线切割的速度快很多。
第五,切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。
第六,不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触,保证不划伤工件。
第七,不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工,不管什么样的硬度,都可以进行无变形切割。
第八,不受工件外形的影响:激光加工柔性好,可以加工任意图形,可以切割管材及其他异型材。
第九,可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十,节约模具投资:激光加工不需模具,没有模具消耗,无须修理模具,节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,尤其适合大件产品的加工。
十一,节省材料:采用电脑编程,可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁,最大限度地提高材料的利用率。
十二,缩短了新产品制造周期:新产品试制,数量小,结构不确定、随时会改动,根本不能出模具,激光切割机大大缩短了新产品制造周期,减少了模具投入。
二、国内外激光切割技术的现状
激光切割是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。以日本为例,目前已拥有CO2激光切割机2万多台,约占全球激光加工机总量的1/3,其中80%为激光切割设备。据统计,自1995年以来,CO2激光切割机的年生产量已超过500台左右,其中YAG激光切割机100多台。而我国至今却只有600多台套激光切割机在使用中。因此,在我国,激光切割技术的推广和应用潜力很大。随着我国国民经济的飞速发展,许多传统产业需要改造,许多钣金加工领域有待开发,许多工业城市也需要建立激光加工中心。
三、数控激光切割技术的发展前景
1.高速、高精度激光切割机及切割工艺
我国的数控激光切割机生产,经过近20年的发展已取得了很大成就。但与国外先进产品相比,还有较大差距,主要表现在切割机的运行速度低,动态精度差,配套功能不够,切割工艺参数不完善和切割断面质量不易保证等。为了进一步提高产品质量和生产率,必须生产出新型的高速、高精度的激光切割机,以满足国内日益增长的生产需要,数控激光割机应具备专用切割工艺参数,配有激光专用自动编程系统及自动排料、套料系统,减少编程时间,提高板材利用率。数控激光切割机如安装交换工作台,则可以大大提高生产率,充分利用激光能源,降低生产成本。
2.厚板激光切割技术的应用范围想着重工业的方向发展
由于大功率CO2激光器光束模式的改进和激光切割技术进步,使厚板激光切割技术的应用逐渐增加,同时由于切割工艺采用CNC控制激光切割精度高,因此,用激光切割代替等离子、氧乙炔为主的中厚板切割的趋势正迅速增长,激光切割正从轻工业的钣金加工业向建筑机械、桥梁、造船等重工业方向发展。
3.三维高精度大型数控激光切割机及其应用领域
工艺技术三维数控激光切割机主要应用于汽车制造、航空、建筑及难以加工的大型立体钣金件。其主要特点是:床身刚性好、加工范围大;龙门式结构能实现高速、高精度的切割;三维激光切割头不仅能沿X、Y、Z轴作直线运动,且能进行C轴旋转.数控系统采用5轴或6轴联动系统,具有空间立体编程简单、操作方便和可靠性高的特点。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求,随着市场和经济的快速发展,在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大,因此,开发出性能好、工作可靠、使用方便的三维激光切割机,将使我国激光切割机的水平大大提高一步。
4.数控激光切割技术在农机制造中的应用
农业机械种类繁多,更新换代迅速,新产品研制周期长,而且多数种类的产品都属于小批量生产,农机产品的钣金加工件一般采用4~6mm钢板,板金件种类多,并且更新快,传统的农机产品板金加工件通常采用冲床方式,模具消耗大,通常一个大型的农机生产厂家用于模具存放的库房就近300m2,由此可见,农机部件的加工如果仍然停留在传统的方式,将严重制约产品的快速更新换代与技术开发,而数控激光切割技术的柔性加工优势就体现出来了。
四、结束语
随着装备制造业的快速发展,我国数控激光切割成套设备已进入快速增长期,年增长率达50%以上。应用行业包括:汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等。在2006年全国激光加工学术年会上,专家们认为:到“十一五”末期,我国每年至少需要1500多台套高功率数控激光切割机,到“十二五”末期,我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台套,其中除了通用的激光切割机之外,对高速高精度激光切割机、大幅面厚板激光切割机、三维立体数控激光切割机、航天航空用有色金属激光器切割机等高性能激光切割系统的需求也与日俱增。
参考文献
[1] 邓家科、王中、朱付金、卢飞星.数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J],激光与光电子学进展,2009(5).
[2] 孙晓东、王松、赵凯华、李国庆.激光切割技术国内外研究现状[J],热加工工艺,2012(9).
[3] 孙晓、蒋明、陈聪、高明、曾晓燕.三维激光切割在机械加工机床中的集成研究[J],制造技术与机床,2015(1).
[4] 李文轩.激光技术应用及前景[J],经营管理者,2014(33).
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激光发展史激光以全新的姿态问世已二十余年。然而,发明激光器的历程却鲜为人知,至于发明者如何从事艰难曲折的探索,就更少人问津了。其实,每一项重大发明,都是科学家们智慧的结晶,里面包涵着他们的汗水和心血。自然,激光器的发明也不例外。 说得准确些,对激光的研究,只是到了20世纪50年代末才出现一个崭新阶段。在此之前,人们只对无线电波和微波有较深研究。科学家们把无线电波波长缩短到十米以内,使得世界性的通讯成为可能,那是30年代的事情。后来,随着速调管和空穴磁控管的发明,科学家便对厘米波的性质进行研究。二次世界大战中,由于射频和光谱学的发展,辐射波和原子只间的联系又重新被强调。大战期间,科学家们发明并研制了雷达(战争对雷达的制造起了推动的作用)。从技术本身来说,雷达是电磁波向超短波、微波发展的产物。大战以后,科学家又开创了微波波谱学,目的是探索光谱的微波范围并把其推广到更短的波长。当时,哥仑比亚大学有一个由汤斯()领导的辐射实验小组,他们一直从事电磁方面以及毫米辐射波的研究。1951年,汤斯提出了微波激射器(Maser全称Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的概念。经过几年的努力,1954年汤斯和他的助手高顿(J. Cordon)、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这为以后激光器的诞生奠定了基础。当时,汤斯希望微波激射器能产生波长为半毫米的微波,遗撼的是,激射器却输出波长为1。25cm的微波。微波激射器问世以后,科学家就希望能制造输出更短波长的激射器。汤斯认为可将微波推到红外区附近,甚至到可见光波段。1958年,肖洛()与汤斯合作,率先发表了在可见光频段工作的激射器的设计方案和理论计算。这又将激光研究推上了一个新阶段。现在,人们都知道,产生激光要具备两个重要条件:一是粒子数反转;二是谐振腔。值得注意的是,自1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念以后,1940年前后就有人在研究气体放电实验中,观察到粒子反转现象。按当时的实验技术基础,就具备建立某种类型的激光器的条件。但为什么没能造出来呢?因为没有人,包括爱因斯坦本人没把受激辐射,粒子数反转,谐振腔联系在一起加以考虑。因而也把激光器的发明推迟了若干年。在研究激光器的过程中,应把引进谐振腔的功劳归于肖洛。肖洛长期从事光谱学研究。谐振腔的结构,就是从法——珀干涉仪那里得到启示的。正如肖洛自己所说:“我开始考虑光谐振器时,从两面彼此相向镜面的法——珀干涉仪结构着手研究,是很自然的。”实际上,干涉仪就是一种谐振器。肖洛在贝尔电话实验室的七年中,积累了大量数据,于1958年提出了有关激光的设想。几乎同时,许多实验室开始研究激光器的可能材料和方法,用固体作为工作物质的激光器的研究工作始于1958年。如肖洛所述:“我完全彻底地受到灌输,使我相信,可以在气体中做的任何事情,在固体中同样可以做,且在固体中做得更好些。因此,我开始探索、寻找固体激光器的材料…...”的确,不到一年,在1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上,肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质。不久,肖洛又具体地描述了激光器的结构:“固体微波激射器的结构较为简单,实质上,它有一棒(红宝石),它的一端可作全反射,另一端几乎全反射,侧面作光抽运。”遗撼的是,肖洛没有得到足够的光能量使粒子数反转,因而没获成功。可喜的是,科学家迈曼()巧妙地利用氙灯作光抽运,从而获得粒子数反转。于是,1960年6月,在Rochester大学,召开了一个有关光的相干性的会议,会议上,迈曼成功地操作了一台激光器。7月份,迈曼用红宝石制成的激光器被公布于众。至此,世界上第一台激光器宣告诞生。激光具有单色性,相干性等一系列极好的特性。从诞生那天开始,人们就预言了它的美好前景。20多年来,人们制造了输出各种不同波长的激光器,甚至是可调激光器。大功率激光器的研制成功,又开拓了新的领域。1977年出现的自由电子激光器,机制则完全不同,它的工作物质是具有极高能量的自由电子,人们可以期望通过这种激光器,实现连续大功率输出,而且覆盖频率范围可向长短两个方向发展。现在,激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域,它标志着新技术革命的发展。诚然,如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比,你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段,更令人激动的美好前景将要来到。 能发1954年制成了第一台微波量子放大器,获得了高度相干的微波束。1958年.肖洛和.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围,并指出了产生激光的方法。1960年.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后,激光器的种类就越来越多。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器,其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束,激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分,有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种,最长的波长为微波波段的毫米,最短波长为远紫外区的210埃,X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同,装置的必不可少的组成部分包括激励(或抽运)、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔( 见光学谐振腔)3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的定向性和相干性。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求,是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转,并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此,要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同,可以采取不同的激励方式和激励装置,常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氙灯、氪灯)和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 激光器的种类是很多的。下面,将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类:①固体(晶体和玻璃)激光器,这类激光器所采用的工作物质,是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的;②气体激光器,它们所采用的工作物质是气体,并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同,而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等;③液体激光器,这类激光器所采用的工作物质主要包括两类,一类是有机荧光染料溶液,另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子(如Nd)起工作粒子作用,而无机化合物液体(如SeOCl)则起基质的作用;④半导体激光器,这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用,其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入),在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间,通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转,从而产生光的受激发射作用;⑤自由电子激光器,这是一种特殊类型的新型激光器,工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束,只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射,原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域,因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器,包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器,以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电(直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入)方式进行激励,而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励,某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器,反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器,如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同,其运转方式和工作状态亦相应有所不同,从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器,其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出,可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行,以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器,均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应,因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器,对这类激光器而言,工作物质的激励和相应的激光发射,从时间上来说均是一个单次脉冲过程,一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器,均采用此方式运转,此时器件的热效应可以忽略,故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器,这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲,为此,器件可相应以重复脉冲的方式激励,或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器,其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态),待粒子数积累到足够高的程度后,突然瞬时打开 开关,从而可在较短的时间内(例如10~10秒)形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出(见技术'" class=link>激光调 技术)。⑤锁模激光器,这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器,其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系,因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲(脉宽10~10秒)序列,若进一步采用特殊的快速光开关技术,还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲(见激光锁模技术)。⑥单模和稳频激光器,单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器,稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件,在某些情况下,还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件(见激光稳频技术)。⑦可调谐激光器,在一般情况下,激光器的输出波长是固定不变的,但采用特殊的调谐技术后,使得某些激光器的输出激光波长,可在一定的范围内连续可控地发生变化,这一类激光器称为可调谐激光器(见激光调谐技术)。 按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同,可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器,输出波长范围处于25~1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器,指输出激光波长处于中红外区(~25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(微米)、 CO分子气体激光器(5~6微米)。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区(~微米)的激光器件,代表者为掺钕固体激光器(微米)、CaAs半导体二极管激光器(约 微米)和某些气体激光器等。④可见激光器,指输出激光波长处于可见光谱区(4000~7000埃或~微米)的一类激光器件,代表者为红宝石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氩离子激光器(4880埃、5145埃)、氪离子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器,其输出激光波长范围处于近紫外光谱区(2000~4000埃),代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50~2000埃)代表者为(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)准分子激光器(1730埃)等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区(~50埃)的激光器系统,目前软X 射线已研制成功,但仍处于探索阶段[编辑本段]激光器的发明 激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程,从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线(以至X射线和γ射线)的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。 激光器的诞生史大致可以分为几个阶段,其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出,处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用,将转变到低能态,并产生第二个光子,同第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大,而且是相干光,即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 此后,量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识,微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明,这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论,为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末,量子电子学诞生后,被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用,并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他原子受激辐射,这样就实现了光的放大;如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡,从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年,美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转,并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后,美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。 然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”,对于激光器到底能否研制成功,在当时还是很渺茫的。 但科学家的努力终究有了结果。1954年,前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器,成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。 汤斯等人研制的微波激射器只产生了厘米波长的微波,功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理,以产生新的性能优异的光源。1958年,汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来,提出了采用开式谐振腔的关键性建议,并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期,巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。 此后,世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛,看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。 1960年,美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里,勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使这一点达到比太阳还高的温度。 “梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑,因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。 尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家,但在法庭上,关于到底是谁发明了这项技术的争论,曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时,微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决,汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。 1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 由于激光器具备的种种突出特点,因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面,并在许多领域引起了革命性的突破。比如,人们利用激光集中而极高的能量,可以对各种材料进行加工,能够做到在一个针头上钻200个孔;激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段,已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果;在通信领域,一条用激光柱传送信号的光导电缆,可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量;激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外,多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。 今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器的性能将进一步提升,成本将进一步降低,但是它的应用范围却还将继续扩大,并将发挥出越来越巨大的作用。
激光在医学上的应用分为两大类:激光诊断与激光治疗,前者是以激光作为信息载体,后者则以激光作为能量载体。多年来,激光技术已成为临床治疗的有效手段,也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题,为医学的发展做出了贡献。现在,在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。激光作用于生物机体时,它被吸收转化成热能。如果功率相当,几毫秒内温度可达数百至上千度,使组织蛋白变性、凝固、炭化、气化。由于激光的高能量,可产生很强的光压,聚焦激光的表面压强可达200g/cm2。这种机械作用与热效应一起,能使激光成为“光刀”,用于外科手术切割组织,治疗浅表肿瘤,如黑色素瘤、鳞状上皮瘤、乳头状瘤、血管纤维瘤、乳房肿瘤等等,还可用激光切除烧伤的焦痂。在眼科则用激光做虹膜切除,治疗继发性瞳孔膜闭,可使病人重见光明。这种手术不用拆线,不会感染,优于常规手术。利用高能量激光照射眼底视网膜剥离后的破口,可使之凝结,粘着--“焊接”视网膜激光又名莱塞,是英文Laser的译音。它产生于本世绝大十年代,发展很快,现广泛应用于照明、工、农、军事、生物学、医学及科研等各个领域。
激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,下面是我整理了激光技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
简析激光切割技术
[摘 要]随着我国技术的发展,激光切割技术得到不断发展,应用范围日益广泛。本文主要是对激光切割技术的涵义、优点,国内外的发展现状及其数控激光切割技术的发展趋势进行分析论述,希望能够更好地了解应用激光切割技术。
[关键词]激光;激光技术;发展趋势
中图分类号:TG485 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0097-01
激光技术是20世纪伟大的发明之一,自1960年第一台激光器问世以来,固体激光器、气体激光器、半导体激光器以及准分子激光器陆续诞生;激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,很好的方向性,极高的能量密度,这些特点使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,如激光切割、焊接、激光淬火、激光打标等等,而激光切割被认为是激光技术应用中最成熟的工艺。下文将对激光切割技术的相关内容进行详细的论述。
一、激光切割的概述
1.激光切割的涵义
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术,也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术经过近几年的发展,广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
2.激光切割的优点
激光切割技术具有以下优点:
第一,精度高:定位精度,重复定位精度。
第二,切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为~。
第三,切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在以内。
第四,速度快:切割速度可达10m/min,最大定位速度可达70m/min,比线切割的速度快很多。
第五,切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。
第六,不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触,保证不划伤工件。
第七,不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工,不管什么样的硬度,都可以进行无变形切割。
第八,不受工件外形的影响:激光加工柔性好,可以加工任意图形,可以切割管材及其他异型材。
第九,可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十,节约模具投资:激光加工不需模具,没有模具消耗,无须修理模具,节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,尤其适合大件产品的加工。
十一,节省材料:采用电脑编程,可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁,最大限度地提高材料的利用率。
十二,缩短了新产品制造周期:新产品试制,数量小,结构不确定、随时会改动,根本不能出模具,激光切割机大大缩短了新产品制造周期,减少了模具投入。
二、国内外激光切割技术的现状
激光切割是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。以日本为例,目前已拥有CO2激光切割机2万多台,约占全球激光加工机总量的1/3,其中80%为激光切割设备。据统计,自1995年以来,CO2激光切割机的年生产量已超过500台左右,其中YAG激光切割机100多台。而我国至今却只有600多台套激光切割机在使用中。因此,在我国,激光切割技术的推广和应用潜力很大。随着我国国民经济的飞速发展,许多传统产业需要改造,许多钣金加工领域有待开发,许多工业城市也需要建立激光加工中心。
三、数控激光切割技术的发展前景
1.高速、高精度激光切割机及切割工艺
我国的数控激光切割机生产,经过近20年的发展已取得了很大成就。但与国外先进产品相比,还有较大差距,主要表现在切割机的运行速度低,动态精度差,配套功能不够,切割工艺参数不完善和切割断面质量不易保证等。为了进一步提高产品质量和生产率,必须生产出新型的高速、高精度的激光切割机,以满足国内日益增长的生产需要,数控激光割机应具备专用切割工艺参数,配有激光专用自动编程系统及自动排料、套料系统,减少编程时间,提高板材利用率。数控激光切割机如安装交换工作台,则可以大大提高生产率,充分利用激光能源,降低生产成本。
2.厚板激光切割技术的应用范围想着重工业的方向发展
由于大功率CO2激光器光束模式的改进和激光切割技术进步,使厚板激光切割技术的应用逐渐增加,同时由于切割工艺采用CNC控制激光切割精度高,因此,用激光切割代替等离子、氧乙炔为主的中厚板切割的趋势正迅速增长,激光切割正从轻工业的钣金加工业向建筑机械、桥梁、造船等重工业方向发展。
3.三维高精度大型数控激光切割机及其应用领域
工艺技术三维数控激光切割机主要应用于汽车制造、航空、建筑及难以加工的大型立体钣金件。其主要特点是:床身刚性好、加工范围大;龙门式结构能实现高速、高精度的切割;三维激光切割头不仅能沿X、Y、Z轴作直线运动,且能进行C轴旋转.数控系统采用5轴或6轴联动系统,具有空间立体编程简单、操作方便和可靠性高的特点。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求,随着市场和经济的快速发展,在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大,因此,开发出性能好、工作可靠、使用方便的三维激光切割机,将使我国激光切割机的水平大大提高一步。
4.数控激光切割技术在农机制造中的应用
农业机械种类繁多,更新换代迅速,新产品研制周期长,而且多数种类的产品都属于小批量生产,农机产品的钣金加工件一般采用4~6mm钢板,板金件种类多,并且更新快,传统的农机产品板金加工件通常采用冲床方式,模具消耗大,通常一个大型的农机生产厂家用于模具存放的库房就近300m2,由此可见,农机部件的加工如果仍然停留在传统的方式,将严重制约产品的快速更新换代与技术开发,而数控激光切割技术的柔性加工优势就体现出来了。
四、结束语
随着装备制造业的快速发展,我国数控激光切割成套设备已进入快速增长期,年增长率达50%以上。应用行业包括:汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等。在2006年全国激光加工学术年会上,专家们认为:到“十一五”末期,我国每年至少需要1500多台套高功率数控激光切割机,到“十二五”末期,我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台套,其中除了通用的激光切割机之外,对高速高精度激光切割机、大幅面厚板激光切割机、三维立体数控激光切割机、航天航空用有色金属激光器切割机等高性能激光切割系统的需求也与日俱增。
参考文献
[1] 邓家科、王中、朱付金、卢飞星.数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J],激光与光电子学进展,2009(5).
[2] 孙晓东、王松、赵凯华、李国庆.激光切割技术国内外研究现状[J],热加工工艺,2012(9).
[3] 孙晓、蒋明、陈聪、高明、曾晓燕.三维激光切割在机械加工机床中的集成研究[J],制造技术与机床,2015(1).
[4] 李文轩.激光技术应用及前景[J],经营管理者,2014(33).
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眼睛是人们工作、生活、学习不可缺少的重要器官,人们80%的信息、95%以上的工作都要靠眼睛来获取或协助才能完成。没有眼睛,世界就是一片黑暗。眼睛又是精密、娇嫩的组织,人们常用“眼睛揉不进沙子”来形容。所以眼睛就成为了人们重点保护的对象,是人的“第二生命”。由于眼睛所处的重要地位,所以任何新技术的出现都能首先引起眼科医生的注意。这样激光刚一出现,最先应用的医疗领域就是眼科也就不足为奇了。
矫正视力的激光“扳手”
不知是什么原因,目前人们患近视的越来越多。这部分患者戴眼镜有的觉得有碍美观,或影响某些运动性工作,而流行的隐形眼镜不但太累赘,而且还存在导致新的炎症发生的危险性。
既然人的眼睛如同照相机一样,可以调节成像的焦距,那么为什么不能像照相机镜头一样,用旋转螺纹的方法来调节呢?这从理论上来讲是成立的,并且很早以前就有人设想过,但只是缺乏调整“螺纹”的“扳手”——精密的眼科手术器械。
随着激光技术的发展,这种设想又重新提起,并已经在动物试验和临床上获得成功。这意味着20世纪末就可以为我们提供一种可替代眼镜的矫正视力的技术。
1983年哥伦比亚大学的研究人员证明,可以用直接打断分子键的方法逐步去除眼角膜组织。1988年国际商用机器公司沃森研究中心首次证明,用准分子激光进行的角膜烧蚀非常精确,可达纳米级,对四周组织损伤极小。这是因为准分子激光器是通过破坏两个分子之间的化学键来冷“切削”的。动物试验表明,在显微技术的配合下,采用这种技术甚至可以按度数来校正眼睛的屈光值,简直是妙极了。
为了更精确地控制角膜切开的位置和深度,东京大学部土肥健纯教授、医学部都乐西和教授,推出了采用带激光扫描系统的准分子激光角膜切开法。其特点是用氦氖激光扫描角膜表面,测出形状后,用准分子激光切除,因此提高了角膜手术的正确性和安全性。
在此之前的1988年9月,前苏联已经研制出一种全自动的激光眼科治疗机,采用热蒸发的方法来实施PRK手术,此种手术在前苏联做了80例,在德国做了10例,据称都获得了成功。
青光眼患者的福音
青光眼,是中年人易患的疾病,其临床症状是眼球的压力增高。如不及时治疗,则往往导致失明。传统的治疗就是手术切开减压。
美国食品与药物管理局已批准了两项用激光治疗青光眼的技术。
一项是森赖西技术公司的青光眼的钬激光治疗手术,手术时,医生向结膜皮层插入一根针,用石英光纤把钬激光输送到巩膜上。通过控制,使发射的激光同光纤的方向成直角,在巩膜上烧出直径为~毫米的小孔。让一种药剂流到结膜和巩膜之间的腔体内,以保持合适的眼压。这种钬激光器的输出波长为微米,每个脉冲的能量为焦耳。
阿波利斯的拉沙格公司则是采用掺钕钇铝石榴石激光器,来进行小柱热整形。这是一种减小无约束型青光眼病人眼内压力的手术。据称该公司生产的这种激光器是可供眼科医生使用的唯一的掺钕钇铝石榴石脉冲激光器件。
光“针”巧拨白内障
白内障也是人类常见的眼病,其特点是在人眼球的晶体内产生一种玻璃状或胶状的、半透明及不透明的物体,直接阻碍光线的通过。
1980年以前,在国外治疗白内障的唯一方法就是外科手术打开后膜,这是一种需要全麻醉的手术。我国则采用一种“针拨法”的手术,这是一种把白内障囊体拨压到玻璃体下方的手术,曾在国际上享有盛誉。后来巴黎大学和瑞典伯恩大学的研究人员,发现利用激光诱发的冲击波,对清除继发性白内障极为有用。
他们用一台掺钕钇铝石榴石激光器,波长为微米,发射纳秒级或皮秒级的脉冲,将红外激光聚焦在不透明的后膜上或其附近,从而用激光产生的冲击波将其撕开。
经激光治疗以后,病人的视力几乎瞬即改善。在美国,每年都要施行20多万例称为后水晶体囊切开的手术。与早期需花费2000美元的传统外科手术不同,激光手术费用不超过1000美元,而且根本不需要全身麻醉或住院。
青岛同德眼科医院,采用Lasek或Lasik方法治疗,准分子治疗2个眼一共3600元,青岛市价格最低,开展这项手术已经6年了,我想去那治疗,因为价格低,至于手术技术,我想这么多年就算是技术不成熟的也该成熟了.比起那些8000或6000一个眼的便宜大了.
飞秒激光主要应用于角膜屈光手术。
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的固体激光,是目前人类在实验条件下所能获得的最短脉冲。飞秒激光可通过光爆破作用对角膜组织进行切削,可准确控制切削的深度和形状,切削面也非常光滑。2000年美国食品药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)首次通过飞秒激光进行临床应用。目前飞秒激光主要应用于角膜屈光手术。
作为一项新工具,飞秒激光有其他传统手术器械无法比拟的优点,如精确性极高、计算机设计、重复性好,学习曲线短等。因此飞秒激光在眼科其他领域,如辅助角膜移植手术、辅助白内障摘除术等领域都在尝试进行应用,尽管存在一定的局限性,但初步的临床效果已经显示出飞秒激光在替代机械角膜微型刀领域以外的应用潜力和良好的应用前景。
飞秒激光在眼科领域中的应用如下:
1、角膜屈光手术。
飞秒激光在眼科领域的临床应用最早从角膜屈光手术开始,主要是替代机械角膜板层刀制作角膜瓣,辅助准分子激光进行角膜屈光手术。现在已有越来越多的患者选择飞秒激光制作角膜瓣。在角膜屈光领域,飞秒激光也进行了创新,以期望替代准分子激光。
2、角膜移植。
2003年起陆续有飞秒激光辅助板层角膜移植、穿透角膜移植和角膜内皮移植等报道。与传统的角膜移植相比,飞秒激光辅助的角膜移植最主要的优势在于可以根据临床需要制作不同的角膜边缘,有利于植片与植床的完美嵌合。Barraquer早在40年前就曾提出“阶梯式”的角膜移植方式,直到最近飞秒激光的临床应用使得这种设想成为现实。
3、白内障摘除术。
2009年9月,辅助白内障摘除术撕囊的飞秒激光器通过美国FDA认证,这标志着飞秒激光一个新的应用领域的开始。目前,正在对飞秒激光辅助制作角膜切口、辅助撕囊和碎核等进行试验性研究。此仪器还被用来辅助晶状体碎核,从理论上降低了白内障超声乳化所需的能量,从而使手术过程更安全,降低了后囊膜破裂等并发症发生的风险。
常用的矫正近视的方法有:1、 眼睛不能过度劳累保持充足睡眠,最好佩带眼镜,做矫正治疗,防止再恶化下去。2、每天坚持做眼保健操,按摩相关穴位,可以缓解眼部疲劳。3、看电脑时经常主动眨眼,因为在电脑屏幕前人的眼睛不会自动眨眼造成眼睛干涩。4、每用电脑或近距离工作1小时应休息10分钟,缓解视力疲劳。5、多休息,睡眠也有影响的。6、18岁以下的,应该及时服用视力营养素。建议服用乐睛视力营养素,每天两包,坚持服用一段时间,近视度数会降低,视力会提升。
有关专家认为,激光治疗近视眼能不做的,尽量不要做,一定要做的也不要临时“抱佛脚”。 为确保安全和有效,准分子激光治疗近视眼要求患者术前屈光状态稳定,矫正视力达到以上。据此,接受手术的最佳年龄应该在25岁至35岁,18周岁以下的青少年正处于身体生长期,眼睛屈光度不稳定,若盲目接受手术,一二年后视力极有可能回退,严重影响预期的疗效,功败垂成. 另外,准分子激光治疗近视眼最早是1985年美国医生开始在临床应用的,近年来发展迅速,九十年代初传入中国,从临床应用到现在也不过短短21年的技术,要看出有没有后遗症还要经过较长的一段时间进行观察. 手术之后,可以碰水也可以游泳,对日常生活并无大碍. 如果我是你的话,我会选择隐形眼镜,至少不会发生大问题,在以后,经过科学论证,实践的检验证明激光治疗没有问题的话才考虑用此方法.
飞秒激光主要应用于角膜屈光手术。
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的固体激光,是目前人类在实验条件下所能获得的最短脉冲。飞秒激光可通过光爆破作用对角膜组织进行切削,可准确控制切削的深度和形状,切削面也非常光滑。2000年美国食品药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)首次通过飞秒激光进行临床应用。目前飞秒激光主要应用于角膜屈光手术。
作为一项新工具,飞秒激光有其他传统手术器械无法比拟的优点,如精确性极高、计算机设计、重复性好,学习曲线短等。因此飞秒激光在眼科其他领域,如辅助角膜移植手术、辅助白内障摘除术等领域都在尝试进行应用,尽管存在一定的局限性,但初步的临床效果已经显示出飞秒激光在替代机械角膜微型刀领域以外的应用潜力和良好的应用前景。
飞秒激光在眼科领域中的应用如下:
1、角膜屈光手术。
飞秒激光在眼科领域的临床应用最早从角膜屈光手术开始,主要是替代机械角膜板层刀制作角膜瓣,辅助准分子激光进行角膜屈光手术。现在已有越来越多的患者选择飞秒激光制作角膜瓣。在角膜屈光领域,飞秒激光也进行了创新,以期望替代准分子激光。
2、角膜移植。
2003年起陆续有飞秒激光辅助板层角膜移植、穿透角膜移植和角膜内皮移植等报道。与传统的角膜移植相比,飞秒激光辅助的角膜移植最主要的优势在于可以根据临床需要制作不同的角膜边缘,有利于植片与植床的完美嵌合。Barraquer早在40年前就曾提出“阶梯式”的角膜移植方式,直到最近飞秒激光的临床应用使得这种设想成为现实。
3、白内障摘除术。
2009年9月,辅助白内障摘除术撕囊的飞秒激光器通过美国FDA认证,这标志着飞秒激光一个新的应用领域的开始。目前,正在对飞秒激光辅助制作角膜切口、辅助撕囊和碎核等进行试验性研究。此仪器还被用来辅助晶状体碎核,从理论上降低了白内障超声乳化所需的能量,从而使手术过程更安全,降低了后囊膜破裂等并发症发生的风险。
常用的矫正近视的方法有:1、 眼睛不能过度劳累保持充足睡眠,最好佩带眼镜,做矫正治疗,防止再恶化下去。2、每天坚持做眼保健操,按摩相关穴位,可以缓解眼部疲劳。3、看电脑时经常主动眨眼,因为在电脑屏幕前人的眼睛不会自动眨眼造成眼睛干涩。4、每用电脑或近距离工作1小时应休息10分钟,缓解视力疲劳。5、多休息,睡眠也有影响的。6、18岁以下的,应该及时服用视力营养素。建议服用乐睛视力营养素,每天两包,坚持服用一段时间,近视度数会降低,视力会提升。
激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,下面是我整理了激光技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
简析激光切割技术
[摘 要]随着我国技术的发展,激光切割技术得到不断发展,应用范围日益广泛。本文主要是对激光切割技术的涵义、优点,国内外的发展现状及其数控激光切割技术的发展趋势进行分析论述,希望能够更好地了解应用激光切割技术。
[关键词]激光;激光技术;发展趋势
中图分类号:TG485 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0097-01
激光技术是20世纪伟大的发明之一,自1960年第一台激光器问世以来,固体激光器、气体激光器、半导体激光器以及准分子激光器陆续诞生;激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,很好的方向性,极高的能量密度,这些特点使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,如激光切割、焊接、激光淬火、激光打标等等,而激光切割被认为是激光技术应用中最成熟的工艺。下文将对激光切割技术的相关内容进行详细的论述。
一、激光切割的概述
1.激光切割的涵义
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术,也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术经过近几年的发展,广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
2.激光切割的优点
激光切割技术具有以下优点:
第一,精度高:定位精度,重复定位精度。
第二,切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为~。
第三,切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在以内。
第四,速度快:切割速度可达10m/min,最大定位速度可达70m/min,比线切割的速度快很多。
第五,切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。
第六,不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触,保证不划伤工件。
第七,不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工,不管什么样的硬度,都可以进行无变形切割。
第八,不受工件外形的影响:激光加工柔性好,可以加工任意图形,可以切割管材及其他异型材。
第九,可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十,节约模具投资:激光加工不需模具,没有模具消耗,无须修理模具,节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,尤其适合大件产品的加工。
十一,节省材料:采用电脑编程,可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁,最大限度地提高材料的利用率。
十二,缩短了新产品制造周期:新产品试制,数量小,结构不确定、随时会改动,根本不能出模具,激光切割机大大缩短了新产品制造周期,减少了模具投入。
二、国内外激光切割技术的现状
激光切割是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。以日本为例,目前已拥有CO2激光切割机2万多台,约占全球激光加工机总量的1/3,其中80%为激光切割设备。据统计,自1995年以来,CO2激光切割机的年生产量已超过500台左右,其中YAG激光切割机100多台。而我国至今却只有600多台套激光切割机在使用中。因此,在我国,激光切割技术的推广和应用潜力很大。随着我国国民经济的飞速发展,许多传统产业需要改造,许多钣金加工领域有待开发,许多工业城市也需要建立激光加工中心。
三、数控激光切割技术的发展前景
1.高速、高精度激光切割机及切割工艺
我国的数控激光切割机生产,经过近20年的发展已取得了很大成就。但与国外先进产品相比,还有较大差距,主要表现在切割机的运行速度低,动态精度差,配套功能不够,切割工艺参数不完善和切割断面质量不易保证等。为了进一步提高产品质量和生产率,必须生产出新型的高速、高精度的激光切割机,以满足国内日益增长的生产需要,数控激光割机应具备专用切割工艺参数,配有激光专用自动编程系统及自动排料、套料系统,减少编程时间,提高板材利用率。数控激光切割机如安装交换工作台,则可以大大提高生产率,充分利用激光能源,降低生产成本。
2.厚板激光切割技术的应用范围想着重工业的方向发展
由于大功率CO2激光器光束模式的改进和激光切割技术进步,使厚板激光切割技术的应用逐渐增加,同时由于切割工艺采用CNC控制激光切割精度高,因此,用激光切割代替等离子、氧乙炔为主的中厚板切割的趋势正迅速增长,激光切割正从轻工业的钣金加工业向建筑机械、桥梁、造船等重工业方向发展。
3.三维高精度大型数控激光切割机及其应用领域
工艺技术三维数控激光切割机主要应用于汽车制造、航空、建筑及难以加工的大型立体钣金件。其主要特点是:床身刚性好、加工范围大;龙门式结构能实现高速、高精度的切割;三维激光切割头不仅能沿X、Y、Z轴作直线运动,且能进行C轴旋转.数控系统采用5轴或6轴联动系统,具有空间立体编程简单、操作方便和可靠性高的特点。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求,随着市场和经济的快速发展,在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大,因此,开发出性能好、工作可靠、使用方便的三维激光切割机,将使我国激光切割机的水平大大提高一步。
4.数控激光切割技术在农机制造中的应用
农业机械种类繁多,更新换代迅速,新产品研制周期长,而且多数种类的产品都属于小批量生产,农机产品的钣金加工件一般采用4~6mm钢板,板金件种类多,并且更新快,传统的农机产品板金加工件通常采用冲床方式,模具消耗大,通常一个大型的农机生产厂家用于模具存放的库房就近300m2,由此可见,农机部件的加工如果仍然停留在传统的方式,将严重制约产品的快速更新换代与技术开发,而数控激光切割技术的柔性加工优势就体现出来了。
四、结束语
随着装备制造业的快速发展,我国数控激光切割成套设备已进入快速增长期,年增长率达50%以上。应用行业包括:汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等。在2006年全国激光加工学术年会上,专家们认为:到“十一五”末期,我国每年至少需要1500多台套高功率数控激光切割机,到“十二五”末期,我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台套,其中除了通用的激光切割机之外,对高速高精度激光切割机、大幅面厚板激光切割机、三维立体数控激光切割机、航天航空用有色金属激光器切割机等高性能激光切割系统的需求也与日俱增。
参考文献
[1] 邓家科、王中、朱付金、卢飞星.数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J],激光与光电子学进展,2009(5).
[2] 孙晓东、王松、赵凯华、李国庆.激光切割技术国内外研究现状[J],热加工工艺,2012(9).
[3] 孙晓、蒋明、陈聪、高明、曾晓燕.三维激光切割在机械加工机床中的集成研究[J],制造技术与机床,2015(1).
[4] 李文轩.激光技术应用及前景[J],经营管理者,2014(33).
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激光发展史激光以全新的姿态问世已二十余年。然而,发明激光器的历程却鲜为人知,至于发明者如何从事艰难曲折的探索,就更少人问津了。其实,每一项重大发明,都是科学家们智慧的结晶,里面包涵着他们的汗水和心血。自然,激光器的发明也不例外。 说得准确些,对激光的研究,只是到了20世纪50年代末才出现一个崭新阶段。在此之前,人们只对无线电波和微波有较深研究。科学家们把无线电波波长缩短到十米以内,使得世界性的通讯成为可能,那是30年代的事情。后来,随着速调管和空穴磁控管的发明,科学家便对厘米波的性质进行研究。二次世界大战中,由于射频和光谱学的发展,辐射波和原子只间的联系又重新被强调。大战期间,科学家们发明并研制了雷达(战争对雷达的制造起了推动的作用)。从技术本身来说,雷达是电磁波向超短波、微波发展的产物。大战以后,科学家又开创了微波波谱学,目的是探索光谱的微波范围并把其推广到更短的波长。当时,哥仑比亚大学有一个由汤斯()领导的辐射实验小组,他们一直从事电磁方面以及毫米辐射波的研究。1951年,汤斯提出了微波激射器(Maser全称Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的概念。经过几年的努力,1954年汤斯和他的助手高顿(J. Cordon)、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这为以后激光器的诞生奠定了基础。当时,汤斯希望微波激射器能产生波长为半毫米的微波,遗撼的是,激射器却输出波长为1。25cm的微波。微波激射器问世以后,科学家就希望能制造输出更短波长的激射器。汤斯认为可将微波推到红外区附近,甚至到可见光波段。1958年,肖洛()与汤斯合作,率先发表了在可见光频段工作的激射器的设计方案和理论计算。这又将激光研究推上了一个新阶段。现在,人们都知道,产生激光要具备两个重要条件:一是粒子数反转;二是谐振腔。值得注意的是,自1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念以后,1940年前后就有人在研究气体放电实验中,观察到粒子反转现象。按当时的实验技术基础,就具备建立某种类型的激光器的条件。但为什么没能造出来呢?因为没有人,包括爱因斯坦本人没把受激辐射,粒子数反转,谐振腔联系在一起加以考虑。因而也把激光器的发明推迟了若干年。在研究激光器的过程中,应把引进谐振腔的功劳归于肖洛。肖洛长期从事光谱学研究。谐振腔的结构,就是从法——珀干涉仪那里得到启示的。正如肖洛自己所说:“我开始考虑光谐振器时,从两面彼此相向镜面的法——珀干涉仪结构着手研究,是很自然的。”实际上,干涉仪就是一种谐振器。肖洛在贝尔电话实验室的七年中,积累了大量数据,于1958年提出了有关激光的设想。几乎同时,许多实验室开始研究激光器的可能材料和方法,用固体作为工作物质的激光器的研究工作始于1958年。如肖洛所述:“我完全彻底地受到灌输,使我相信,可以在气体中做的任何事情,在固体中同样可以做,且在固体中做得更好些。因此,我开始探索、寻找固体激光器的材料…...”的确,不到一年,在1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上,肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质。不久,肖洛又具体地描述了激光器的结构:“固体微波激射器的结构较为简单,实质上,它有一棒(红宝石),它的一端可作全反射,另一端几乎全反射,侧面作光抽运。”遗撼的是,肖洛没有得到足够的光能量使粒子数反转,因而没获成功。可喜的是,科学家迈曼()巧妙地利用氙灯作光抽运,从而获得粒子数反转。于是,1960年6月,在Rochester大学,召开了一个有关光的相干性的会议,会议上,迈曼成功地操作了一台激光器。7月份,迈曼用红宝石制成的激光器被公布于众。至此,世界上第一台激光器宣告诞生。激光具有单色性,相干性等一系列极好的特性。从诞生那天开始,人们就预言了它的美好前景。20多年来,人们制造了输出各种不同波长的激光器,甚至是可调激光器。大功率激光器的研制成功,又开拓了新的领域。1977年出现的自由电子激光器,机制则完全不同,它的工作物质是具有极高能量的自由电子,人们可以期望通过这种激光器,实现连续大功率输出,而且覆盖频率范围可向长短两个方向发展。现在,激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域,它标志着新技术革命的发展。诚然,如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比,你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段,更令人激动的美好前景将要来到。 能发1954年制成了第一台微波量子放大器,获得了高度相干的微波束。1958年.肖洛和.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围,并指出了产生激光的方法。1960年.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后,激光器的种类就越来越多。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器,其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束,激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分,有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种,最长的波长为微波波段的毫米,最短波长为远紫外区的210埃,X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同,装置的必不可少的组成部分包括激励(或抽运)、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔( 见光学谐振腔)3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的定向性和相干性。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求,是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转,并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此,要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同,可以采取不同的激励方式和激励装置,常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氙灯、氪灯)和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 激光器的种类是很多的。下面,将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类:①固体(晶体和玻璃)激光器,这类激光器所采用的工作物质,是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的;②气体激光器,它们所采用的工作物质是气体,并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同,而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等;③液体激光器,这类激光器所采用的工作物质主要包括两类,一类是有机荧光染料溶液,另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子(如Nd)起工作粒子作用,而无机化合物液体(如SeOCl)则起基质的作用;④半导体激光器,这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用,其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入),在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间,通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转,从而产生光的受激发射作用;⑤自由电子激光器,这是一种特殊类型的新型激光器,工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束,只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射,原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域,因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器,包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器,以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电(直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入)方式进行激励,而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励,某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器,反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器,如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同,其运转方式和工作状态亦相应有所不同,从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器,其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出,可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行,以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器,均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应,因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器,对这类激光器而言,工作物质的激励和相应的激光发射,从时间上来说均是一个单次脉冲过程,一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器,均采用此方式运转,此时器件的热效应可以忽略,故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器,这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲,为此,器件可相应以重复脉冲的方式激励,或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器,其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态),待粒子数积累到足够高的程度后,突然瞬时打开 开关,从而可在较短的时间内(例如10~10秒)形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出(见技术'" class=link>激光调 技术)。⑤锁模激光器,这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器,其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系,因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲(脉宽10~10秒)序列,若进一步采用特殊的快速光开关技术,还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲(见激光锁模技术)。⑥单模和稳频激光器,单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器,稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件,在某些情况下,还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件(见激光稳频技术)。⑦可调谐激光器,在一般情况下,激光器的输出波长是固定不变的,但采用特殊的调谐技术后,使得某些激光器的输出激光波长,可在一定的范围内连续可控地发生变化,这一类激光器称为可调谐激光器(见激光调谐技术)。 按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同,可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器,输出波长范围处于25~1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器,指输出激光波长处于中红外区(~25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(微米)、 CO分子气体激光器(5~6微米)。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区(~微米)的激光器件,代表者为掺钕固体激光器(微米)、CaAs半导体二极管激光器(约 微米)和某些气体激光器等。④可见激光器,指输出激光波长处于可见光谱区(4000~7000埃或~微米)的一类激光器件,代表者为红宝石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氩离子激光器(4880埃、5145埃)、氪离子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器,其输出激光波长范围处于近紫外光谱区(2000~4000埃),代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50~2000埃)代表者为(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)准分子激光器(1730埃)等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区(~50埃)的激光器系统,目前软X 射线已研制成功,但仍处于探索阶段[编辑本段]激光器的发明 激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程,从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线(以至X射线和γ射线)的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。 激光器的诞生史大致可以分为几个阶段,其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出,处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用,将转变到低能态,并产生第二个光子,同第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大,而且是相干光,即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 此后,量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识,微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明,这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论,为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末,量子电子学诞生后,被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用,并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他原子受激辐射,这样就实现了光的放大;如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡,从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年,美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转,并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后,美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。 然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”,对于激光器到底能否研制成功,在当时还是很渺茫的。 但科学家的努力终究有了结果。1954年,前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器,成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。 汤斯等人研制的微波激射器只产生了厘米波长的微波,功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理,以产生新的性能优异的光源。1958年,汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来,提出了采用开式谐振腔的关键性建议,并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期,巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。 此后,世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛,看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。 1960年,美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里,勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使这一点达到比太阳还高的温度。 “梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑,因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。 尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家,但在法庭上,关于到底是谁发明了这项技术的争论,曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时,微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决,汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。 1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 由于激光器具备的种种突出特点,因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面,并在许多领域引起了革命性的突破。比如,人们利用激光集中而极高的能量,可以对各种材料进行加工,能够做到在一个针头上钻200个孔;激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段,已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果;在通信领域,一条用激光柱传送信号的光导电缆,可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量;激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外,多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。 今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器的性能将进一步提升,成本将进一步降低,但是它的应用范围却还将继续扩大,并将发挥出越来越巨大的作用。
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。下面是我整理了激光加工技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
谈机械制造激光加工技术
摘要: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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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.
[3]李庆寿.机床夹具设计.北京:机械工业出版社,1984.
[4]孔巴德.机床夹具图册.北京:机械工业出版社,1984.
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激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,下面是我整理了激光技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
简析激光切割技术
[摘 要]随着我国技术的发展,激光切割技术得到不断发展,应用范围日益广泛。本文主要是对激光切割技术的涵义、优点,国内外的发展现状及其数控激光切割技术的发展趋势进行分析论述,希望能够更好地了解应用激光切割技术。
[关键词]激光;激光技术;发展趋势
中图分类号:TG485 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0097-01
激光技术是20世纪伟大的发明之一,自1960年第一台激光器问世以来,固体激光器、气体激光器、半导体激光器以及准分子激光器陆续诞生;激光不同于普通光源,它具有良好的单色性和相干性,很好的方向性,极高的能量密度,这些特点使得激光广泛地应用于各类机械加工领域,如激光切割、焊接、激光淬火、激光打标等等,而激光切割被认为是激光技术应用中最成熟的工艺。下文将对激光切割技术的相关内容进行详细的论述。
一、激光切割的概述
1.激光切割的涵义
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术,也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术经过近几年的发展,广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
2.激光切割的优点
激光切割技术具有以下优点:
第一,精度高:定位精度,重复定位精度。
第二,切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为~。
第三,切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在以内。
第四,速度快:切割速度可达10m/min,最大定位速度可达70m/min,比线切割的速度快很多。
第五,切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。
第六,不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触,保证不划伤工件。
第七,不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工,不管什么样的硬度,都可以进行无变形切割。
第八,不受工件外形的影响:激光加工柔性好,可以加工任意图形,可以切割管材及其他异型材。
第九,可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十,节约模具投资:激光加工不需模具,没有模具消耗,无须修理模具,节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,尤其适合大件产品的加工。
十一,节省材料:采用电脑编程,可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁,最大限度地提高材料的利用率。
十二,缩短了新产品制造周期:新产品试制,数量小,结构不确定、随时会改动,根本不能出模具,激光切割机大大缩短了新产品制造周期,减少了模具投入。
二、国内外激光切割技术的现状
激光切割是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。以日本为例,目前已拥有CO2激光切割机2万多台,约占全球激光加工机总量的1/3,其中80%为激光切割设备。据统计,自1995年以来,CO2激光切割机的年生产量已超过500台左右,其中YAG激光切割机100多台。而我国至今却只有600多台套激光切割机在使用中。因此,在我国,激光切割技术的推广和应用潜力很大。随着我国国民经济的飞速发展,许多传统产业需要改造,许多钣金加工领域有待开发,许多工业城市也需要建立激光加工中心。
三、数控激光切割技术的发展前景
1.高速、高精度激光切割机及切割工艺
我国的数控激光切割机生产,经过近20年的发展已取得了很大成就。但与国外先进产品相比,还有较大差距,主要表现在切割机的运行速度低,动态精度差,配套功能不够,切割工艺参数不完善和切割断面质量不易保证等。为了进一步提高产品质量和生产率,必须生产出新型的高速、高精度的激光切割机,以满足国内日益增长的生产需要,数控激光割机应具备专用切割工艺参数,配有激光专用自动编程系统及自动排料、套料系统,减少编程时间,提高板材利用率。数控激光切割机如安装交换工作台,则可以大大提高生产率,充分利用激光能源,降低生产成本。
2.厚板激光切割技术的应用范围想着重工业的方向发展
由于大功率CO2激光器光束模式的改进和激光切割技术进步,使厚板激光切割技术的应用逐渐增加,同时由于切割工艺采用CNC控制激光切割精度高,因此,用激光切割代替等离子、氧乙炔为主的中厚板切割的趋势正迅速增长,激光切割正从轻工业的钣金加工业向建筑机械、桥梁、造船等重工业方向发展。
3.三维高精度大型数控激光切割机及其应用领域
工艺技术三维数控激光切割机主要应用于汽车制造、航空、建筑及难以加工的大型立体钣金件。其主要特点是:床身刚性好、加工范围大;龙门式结构能实现高速、高精度的切割;三维激光切割头不仅能沿X、Y、Z轴作直线运动,且能进行C轴旋转.数控系统采用5轴或6轴联动系统,具有空间立体编程简单、操作方便和可靠性高的特点。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求,随着市场和经济的快速发展,在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大,因此,开发出性能好、工作可靠、使用方便的三维激光切割机,将使我国激光切割机的水平大大提高一步。
4.数控激光切割技术在农机制造中的应用
农业机械种类繁多,更新换代迅速,新产品研制周期长,而且多数种类的产品都属于小批量生产,农机产品的钣金加工件一般采用4~6mm钢板,板金件种类多,并且更新快,传统的农机产品板金加工件通常采用冲床方式,模具消耗大,通常一个大型的农机生产厂家用于模具存放的库房就近300m2,由此可见,农机部件的加工如果仍然停留在传统的方式,将严重制约产品的快速更新换代与技术开发,而数控激光切割技术的柔性加工优势就体现出来了。
四、结束语
随着装备制造业的快速发展,我国数控激光切割成套设备已进入快速增长期,年增长率达50%以上。应用行业包括:汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等。在2006年全国激光加工学术年会上,专家们认为:到“十一五”末期,我国每年至少需要1500多台套高功率数控激光切割机,到“十二五”末期,我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台套,其中除了通用的激光切割机之外,对高速高精度激光切割机、大幅面厚板激光切割机、三维立体数控激光切割机、航天航空用有色金属激光器切割机等高性能激光切割系统的需求也与日俱增。
参考文献
[1] 邓家科、王中、朱付金、卢飞星.数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J],激光与光电子学进展,2009(5).
[2] 孙晓东、王松、赵凯华、李国庆.激光切割技术国内外研究现状[J],热加工工艺,2012(9).
[3] 孙晓、蒋明、陈聪、高明、曾晓燕.三维激光切割在机械加工机床中的集成研究[J],制造技术与机床,2015(1).
[4] 李文轩.激光技术应用及前景[J],经营管理者,2014(33).
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