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激光制造技术的应用现状和展望
左铁钏陈继民
北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京 100022

摘要随着激光制造技术的发展激光制造已在各个行业得到越来越广泛的应用本文从激光制造系统的
发展历程入手介绍了激光制造技术在汽车钢铁电子航空和机械等领域的具体应用以及激光切割
焊接熔覆等方面的应用现状对激光制造技术的发展方向做了展望并对加快我国激光制造技术的应用
提出了建议
关键词激光制造应用展望
前言
随着人类进入信息时代以计算机为核心的信息技术迅速发展和广泛应用使传统制造业发生
了巨大变化激光制造技术作为一种具有高度柔性和智能化的制造技术随着高科技技术的发展
也迅速发展起来成为材料加工的一个重要的发展方向激光制造技术具有许多传统制造技术无法
比拟的诸多优势被誉为未来制造系统的共同加工手段特别是随着 CAD/CAM 技术的成熟和
进行虚拟制造的出现结合激光制造易控灵活智能化的特点激光制造技术为传统制造业
注入了新的生机和活力同时激光制造技术是一种符合可持续发展战略的绿色制造技术例如
材料浪费少在大规模生产中制造成本低根据生产流程进行编程控制自动化在大规模制造中
生产效率高可接近或达到冷加工状态实现常规技术不能执行的高精密制造对加工对象的
适应性强且不受电磁干扰对制造工具和生产环境的要求大大降低噪声低不产生任何有害的
射线与残剩生产过程对环境的污染小等等激光制造技术必将以其无可替代的优势成为 21 世纪迅
速普及的高新技术
激光制造系统发展现状
用于制造业中的激光系统即激光制造系统一般由激光器,激光传输系统,激光聚焦系统,控制系
统,运动系统,传感与检测系统的组成其核心为激光器激光作为热源或光源能量成为激光制造
中的刀具刀具的质量直接影响着加工制造的结果
对激光光束质量的好坏可以采用光束远场发散角光束聚焦特征参数值 Kf 和衍射极限倍因子
M2(M)或光束传输因子 K 值来表示现在通用的是采用国际标准化组织 ISO 在激光光束宽度
发散角和辐射特性系数的试验方法中推荐的光束传输因子 K 或衍射极限倍因子 M2 来评价光束质
量的好坏对小功率激光器工作物质均匀稳定一般可以实现基模输出其光束横截面能量分布
为高斯分布且在传输过程中保持不变光束质量较好对于大功率激光器一般不易得到基模输
出往往输出的为多模激光束激光光束质量变差图 1 目前工业上常用的大功率激光器有 CO2
激光器和 YAG 激光器两种大功率激光器的工业应用领域很广激光切割激光焊接都需要优良的
光束质量而追求高光束质量的大功率激光是工业用激光器不断发展的目标


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图 1 激光功率与光束质量的关系

从年首先发现激光器出现到现在经过近四十年的发展从封离式激光器
慢速轴流激光器横流激光器到高频罗兹泵型快速轴流射频型快速轴流以至目前
出现的扩散型激光器一方面激光输出功率不断提高体积不断缩小另一方面激光器的
效率不断提高光束质量越来越好扩散型激光器光束横截面上光强分布接近高斯分布
如图具有极好的光束质量在加大的激光加工工作区焦点的漂移很小非常有利于大范围激
光传输与聚集这对大尺寸工件的切割应用非常重要