激光加工在机械制造的应用

1. 激光加工在机械制造的应用最重要的一个方面就是激光3D打印。激光的相关知识和激光3D打印如下。

• • 激光是属于光学和电子学相互交叉、相互渗透形成的学科。它的产生是先由爱因斯坦20世纪初期提出的受激辐射理论作为启发和支撑，于20世纪中期产生激光器才真正实现了激光的产生。激光器（产生激光的物体）主要由固体激光器（如红宝石）、液体激光器、气体激光器（氦、氖）以及半导体激光器。相比较来讲半导体激光器发散角较大，性能不如其他几个，但是它更为方便，便于调控，所以现在的激光器主要都是半导体激光器。激光器主要由激光材料，谐振镜片，泵浦源三部分组成。激光按照连续性分为连续激光和脉冲激光。
• 激光的主要特点分为四个方面：
  • 第一，单色性。单色性指的是它的波谱宽度和它的波长之比较小，波谱较窄，显示出单色的特性。
  • 第二，相干性。相干实际上是描述频率（波长）、相位、振动方向都一致的波，由于这个原因，他们会发生很强的干涉，所以称为相干光。
  • 第三，方向性。前面提到了发散角的概念，激光的发散角相对较小，可以沿直线传播很远的距离而保持高亮度、高强度。并且汇聚性（集聚性）特别好，能量大。
  • 第四，高亮度。由于它的能量密度大，所以能量高，亮度强。
• 激光3D打印技术过程
  • 在认识激光3D打印之前我们先熟悉一下3D打印的原理，首先3D打印是一种增材制造，其次它是使用分层切片的方式，逐层打印，最后成型，激光3D打印也不例外。首先机器通过预处理，将要切的层片切成型（根据计算机所提供的3D物体形状来确定每一层的形状，同时还可以通过计算机控制每层切片的厚度，厚度越薄，精度越高，但是同时效率也会变低），然后用激光扫射烧结的方式来固化液体聚合物如（塑料）或者低熔点金属或者合金，由于激光作用时间极短，作用速度极快，所以使用激光烧结速度极快，并且每处理完一层，支撑架往下移一层，激光开始烧结新的一层，最后这些片层叠加成型，就做出来了实体。需要注意的是，激光3D打印技术不仅有速度快、效率高的特点，还有一个特点就是不需要支撑，熟悉普通3D打印机的人都知道虽然理论上3D打印机可以打印出任何想要的东西，但是由于是片层式打印，一些绝对悬空的是不可能打印出来的，需要支撑物，而普通打印技术的支撑物一般都是与打印材料相同，当实体打印出来之后需要手工去除支撑（这是一个相当麻烦并且大大降低产品精细度的过程，因为去除过程中用到的基本都是剪刀，钻头等工具），而激光烧结不同，由于原料主要是粉末，对激光照射部分来说，瞬间烧结成型固化，其他部分基本不受影响，当每层都烧结完成时，物体成型，其他材料以粉末状存在，很容易去除并且可以重新利用，优点明显，然成本造价现在比较高，未来发展前景还很广阔。