(一)激光快速成型
激光快速成型技術(shù)是激光技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的一項高新制造技術(shù)，主要功能是將三維數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化成實(shí)體，具有很大效益。其基本原理是先在計算機(jī)中生成產(chǎn)品的CAD三維實(shí)體模型，再將它“切成”規(guī)定厚度的片層數(shù)據(jù)(變換成一系列二維圖形數(shù)據(jù))，用激光切割或燒結(jié)辦法將材料進(jìn)行選區(qū)逐層疊加，最終形成實(shí)體模型。成型原理如圖2所示。
逐層疊加有以下幾種方法：
1.液相樹脂固化法(SL)。材質(zhì)是光敏樹脂，紫外波段激光作平面選區(qū)掃描照射，使樹脂按指定區(qū)域固化(懸空部分需設(shè)支撐)。機(jī)床作下沉運(yùn)動，使已成型部分浸沒于液面之下。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是零件表面光滑，變形小;缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，樹脂價高且保存期短。
2.選區(qū)燒結(jié)法(SLS)。材質(zhì)有石蠟、塑料、尼龍、陶瓷、包覆金屬和裸金屬等，均為粉末狀態(tài)。用50～100W的CO 2 激光器作燒結(jié)工具，激光束作二維選區(qū)掃描，使粉末“燒結(jié)”成型。機(jī)床須具備送粉、鋪粉、刮平及預(yù)熱等功能。這種方法價格便宜，精度較高(±0.1mm)，可直接代替木模制砂型。金屬零件的快速制造，金屬粉末燒結(jié)的關(guān)鍵是防氧化和熱傳導(dǎo)，一種方法是在金屬粉末外涂覆粘合劑，用激光選區(qū)照射，粘合劑熱溶粘接成型后，將零件由粉末中取出，再往縫隙中灌注金屬最后制成零件。另一種新研究的方法是用無涂覆的金屬粉末直接燒結(jié)制造零件，如用銅、鎳或鋁粉，顆粒度在22.5～90μ m間用600W的YAG激光燒結(jié)。采用這種方法加工的零件材質(zhì)會出現(xiàn)空隙，為改善空隙，也有采用選區(qū)激光直接噴涂疊加成型，原材料為粉狀I(lǐng)nconel625，用3kW射頻激勵的CO 2 激光作光源。
3.疊層粘接法(LOM)。材質(zhì)是紙，經(jīng)背面涂粘接劑等處理。選用25～50W的 CO 2 激光平面切割機(jī)構(gòu)，機(jī)床完成紙帶的送進(jìn)鋪平及滾壓(粘接)等功能。成型零件尺寸較大，強(qiáng)度較高，但精度較低，腔形零件腔內(nèi)排廢紙難，零件抗潮性差。為此，采用后置表面涂覆環(huán)氧加鋁粉處理，可大大提高紙質(zhì)的耐溫、耐潮濕變形和強(qiáng)度等性能。
快速成型零件還有幾種不用激光作工具的方法，如三維打印(FDM)法，固基光敏液相掩模造模造型(SGC)法以及電弧或噴涂添加法等。
上述諸多快速成型法為零件由設(shè)計到生產(chǎn)提供了經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、快速的工藝路線。
(二)激光成形與校形
激光成型和校形是通過激光對材料局部加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使板材零件發(fā)生形變的加工方法。根據(jù)對局部的均勻和不均勻的加熱和冷卻方式，可加工不同形狀的零件(如圖3所示)。
該加工方法十分經(jīng)濟(jì)，通過選擇不同的激光參數(shù)，如波長、作用時間、功率等可加工所有材料，適合于許多領(lǐng)域，特別是微電子工業(yè)。
(三)微細(xì)加工
在電子、儀表、航空航天工業(yè)中，激光加工可以高效率高質(zhì)量地完成微細(xì)小孔、劃片微調(diào)、切割、焊接以及標(biāo)記等加工，其中尤以準(zhǔn)分子激光的應(yīng)用最為廣泛。由于材料對紫外波吸收率高，準(zhǔn)分子激光脈寬窄，因而有極高的功率密度。準(zhǔn)分子激光除作常規(guī)的鉆、切、劃加工外，還可用掩模法直接在工件上生成圖案。激光輻照的地方，材料被光化學(xué)的消融作用而除去，無論鉆孔、切割或刻劃，都是直壁尖角，沒有熱影響區(qū)。加工尺寸小，可達(dá)亞微米量級，精度取決于掩模，效率取決于激光的功率。 掩模法又有工件表面直接掩模和掩模投影兩種，如圖4所示。近期在微細(xì)加工領(lǐng)域開發(fā)激光清洗和激光作為夾持工具(鑷子)的研究。激光清洗是指去除超凈超光滑表面污染微粒，其原理是激光能量被微粒或表面或人為的清洗介質(zhì)(如水)吸收后產(chǎn)生爆炸性汽化時，把微粒從表面上除去。該法可有效地用于半導(dǎo)體器件、激光陀螺的研制中。激光鑷子主要用于有機(jī)材料的 微粒搬運(yùn)和固定，其原理是微米量級的有機(jī)微粒在激光的束腰處，要受一對極子力(當(dāng)微粒1μ m時)或折射力(當(dāng)微粒＞1μ m時)的作用，這些力都是把微粒拉向激光的束腰(光最強(qiáng)處)中心處，因此，可借移動或固定激光束來夾持微粒。
(四)納米材料的制備
納米材料被稱為21世紀(jì)新材料的基礎(chǔ)，所謂納米材料是指材料的顆粒直徑在1～100nm之間的材料。當(dāng)材料顆粒達(dá)到這個量值時，由于表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)，導(dǎo)致材料特性發(fā)生變化，如反射率和熔點(diǎn)下降，硬度增高等。應(yīng)用激光技術(shù)可制備納米材料。準(zhǔn)分子激光對材料有很強(qiáng)的消融作用，如鋁材在強(qiáng)激光照射下，表面出現(xiàn)等離子體云，注入氧氣或氮?dú)猓憧缮葾l 203或AlN的微粒，直徑在3～7nm范圍，每小時可產(chǎn)生十余毫克。
(五)激光復(fù)合加工
不同的激光復(fù)合或激光和其它能源共同對材料的復(fù)合加工，目前大多用于材料表面改性處理。日本新制鐵公司用CO[_2]激光束和離子束，利用物理氣相沉積技術(shù)(LPVD)制備超硬薄膜。圖5是該裝置的示意圖。用LPVD先制得非晶態(tài)氮化硼，再用0.5～2.0kV輻照氮離子，則可生成超硬的立方氮化硼薄膜。兩種激光復(fù)合加工也可取得特殊效果，如CO+KrF激光切割。可提高工效30%以上，用CO 2 激光切割木制商標(biāo)模或雕刻木質(zhì)、塑料等非金屬裝飾品，切口變黑。據(jù)日本刊物報道稱，用準(zhǔn)分子激光后續(xù)處理，還會恢復(fù)材料本色。同樣，如用準(zhǔn)分子激光或其他調(diào)整Q激光作精修工具，可大大提高激光加工的價值，因此激光復(fù)合加工是很有發(fā)展前途的加工方法。
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