激光技术及应用
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2001年匈牙利Galajda P小组制作的相 互啮合的传动齿轮组。主动齿轮在光镊 的驱动下以10rad/s的速度转动，并带动 与之啮合的齿轮旋转。整个齿轮组一次 成型。显示了双光子成型技术结合光驱 动技术在MEMS中的应用前景。
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第七节 激光清洗
激光清洗是一种激光表面处理技术。它是利 用高能激光束照射工件表面，使表面污物、 锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效 地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达 到清洁材料表面的工艺过程。 应用：
8
第二节 激光切割技术
激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密 度光斑，将材料加速加热至汽化温度，蒸发 形成小孔洞后，再使光束与材料相对移动， 从而获得窄的连续切缝。 例：
艺术剪纸的激光切割 激光服装裁剪机 皮衣皮件的激光切割
9
第三节 激光打标技术
激光打标技术是目前激光技工领域应用最广泛、 最成熟的一项技术。 激光打标对工件没有热影响，不会引起变形； 与机械冲击打标相比，激光打标对零件没有作 用力、无机械接触。 在计算机控制下可打出各种图形、文字和符号。 打标速度快、精度高； 可在多种不同材料上打标。
20
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双光子聚合
2001年日本Kawata S和Sun H B利用双光子加工技术以 逐点曝光的扫描方式在负性 光刻胶SCR500中制作出 10μm长、7μm高的公牛三 维图形。
树脂 激光焦点
物镜
飞秒激光束
22
澳大利亚Straub M小组采用商业聚硅氧 烷加工出悉尼歌剧院模型。
“清华”字体电镜侧视图
激光加工技术
激光加工原理及特点 激光切割技术 激光打标技术 激光雕刻技术 激光焊接技术 激光快速成型技术 激光清洗
3
第一节 激光加工原理及特点
激光特点——高强度、高方向性、高单色性、高相 干性。 激光可以在极小的立体角、极短的时间内作用到工 件上，形成极高的温度。经光学系统聚焦，可以在 被照射材料表面上形成微米量级的极小光斑，获得 高达108～1010W/cm2甚至更高的功率密度，而较先 进的电子束加工法的电子束功率密度一般在106～ 108W/cm2。 因此激光在打孔、焊接、切割、雕刻、热处理等各 种加工中得到广泛应用。
13
14
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激光蚀刻了的食物
Hale Waihona Puke Baidu16
激光内雕技术——将脉冲强激光在透明体内 部聚焦，产生微米量级大小的汽化微裂纹， 通过计算机控制微裂纹在玻璃体内的空间位 置，使这些微裂纹三维排列而构成立体图像。
17
第五节 激光焊接技术
对于具有共熔性的同种或异种金属，在激光的照射 下，由于吸收光能，使局部温度迅速升高，在功率 密度适当时，局部被照射部分的金属达到熔点，但 不发生汽化，待熔化金属冷却凝固后，两部分材料 就焊接在一起。
10
11
第四节 激光雕刻技术
雕刻木材制品 雕刻工艺陶瓷 雕刻皮革 切割、打标和雕刻 界限不明显
12
激光刻花、切割、打孔机——北京华普莱特机电设备有限公 司 该机是用于各种非金属材质雕刻、切割和打孔的激光加 工设备，集光学、机械、电子、自动化控制、计算机控制、 软件等多种高新技术为一体。激光切割时与工件无接触，不 会划伤其表面，切缝窄、切口光滑，是手工和机械所无法超 越的精确度非常高的雕刻。其工作效率高、光束质量好、能 量大，既能连续输出又能脉冲输出。适用于广告装璜、包装 纸业、塑料面板、服装皮革、建筑模型、工艺品加工、竹木 制品等行业。
激光技术及应用 (激光应用技术)
Liuhuilan@buaa.edu.cn
电磁霹雳——光电对抗
新华网
激光制导 ——进攻清化大桥 光电对抗 烟幕——保卫安富发电厂 伪装 ——南联盟军队妙招迭出 干扰红外导弹——“萨姆—7” 及对其干扰 的较量 发展
2
被激光制导炸弹炸毁的清化桥
第四章
4
从激光加工技术的原理上分析，都是利用激光的 高功率密度，与被加工材料相互作用，去除、焊 接或改变材料的性能。
对于打孔、切割、打标等需把熔化和汽化的材料排除，
因此要求能量密度高，作用时间短； 激光焊接、热处理等是非去除加工，故要求能量密度 低，作用时间稍长。
材料加热温度的高低主要取决于激光输出的功率 密度和作用时间，调节这两个参数可实现不同的 加工要求。
无接触加工 没有外力作用 不产生热变性或很小 可焊接难熔金属 没有污染 焊点、焊缝整齐美观 焊缝机械强度往往高于母材机械强度
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第六节 激光快速成型技术
光敏树脂法（立体印刷成型）——以光敏树脂为原 料，采用计算机控制下的紫外激光束以原型各分层 截面轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区内的树脂薄 层产生光聚合反应后固化，从而形成制件的一个薄 层截面。当一层固化完毕，向上（或下）移动工作 台，在刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂以 便进行循环扫描、固化。新固化的一层牢固地粘结 在前一层上，如此重复制出整个原型。
等技术和设备结合，可实现各种灵活的加工和 自动化加工。 与电子束加工相比，可在大气中进行，不必在 真空中进行，不受电磁干扰，设备相对简单， 使用方便，性能良好。 可一机多用。 可加工玻璃、有机玻璃等透明体；还可透过透 明体表面、在工件内部进行加工。
7
激光加工用激光器
Nd:YAG激光器 二氧化碳激光器 准分子激光器 大功率半导体激光器 光纤激光器 飞秒脉冲激光器 ……
轮胎模具激光清洗
硅片清洗
艺术品清洗 激光脱漆
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特点：
属于干洗，不需其他有机溶剂，无废液排放、无
污染、无噪声； 可有效清洗其他方法难以去除干净、吸附在物体 表面的亚微米粒子； 易于实现远距离遥控清洗； 可控性好，柔性高，易于实现选区定位、实时的 精密清洗； 热影响区小，对周边材料没有热损伤； 不需要真空，可在大气中进行。 需专用设备，投资高； 清洗效率较低。 25
5
激光加工的主要特点：
可加工几乎所有材料，尤其是以往加工方法不能
加工的材料和工件，如钟表宝石轴承、金刚石模 具等。特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点 的材料。 属于非接触加工、加工速度快、生产效率高、无 噪声。 热变性和加工变形小。可进行普通加工难以做到 的非常精细的微加工。
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便于和机器人、计算机、数控机床、自动检测
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第七节 激光清洗
激光清洗是一种激光表面处理技术。它是利 用高能激光束照射工件表面，使表面污物、 锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效 地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达 到清洁材料表面的工艺过程。 应用：
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第二节 激光切割技术
激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密 度光斑，将材料加速加热至汽化温度，蒸发 形成小孔洞后，再使光束与材料相对移动， 从而获得窄的连续切缝。 例：
艺术剪纸的激光切割 激光服装裁剪机 皮衣皮件的激光切割
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第三节 激光打标技术
激光打标技术是目前激光技工领域应用最广泛、 最成熟的一项技术。 激光打标对工件没有热影响，不会引起变形； 与机械冲击打标相比，激光打标对零件没有作 用力、无机械接触。 在计算机控制下可打出各种图形、文字和符号。 打标速度快、精度高； 可在多种不同材料上打标。
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双光子聚合
2001年日本Kawata S和Sun H B利用双光子加工技术以 逐点曝光的扫描方式在负性 光刻胶SCR500中制作出 10μm长、7μm高的公牛三 维图形。
树脂 激光焦点
物镜
飞秒激光束
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澳大利亚Straub M小组采用商业聚硅氧 烷加工出悉尼歌剧院模型。
“清华”字体电镜侧视图
激光加工技术
激光加工原理及特点 激光切割技术 激光打标技术 激光雕刻技术 激光焊接技术 激光快速成型技术 激光清洗
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第一节 激光加工原理及特点
激光特点——高强度、高方向性、高单色性、高相 干性。 激光可以在极小的立体角、极短的时间内作用到工 件上，形成极高的温度。经光学系统聚焦，可以在 被照射材料表面上形成微米量级的极小光斑，获得 高达108～1010W/cm2甚至更高的功率密度，而较先 进的电子束加工法的电子束功率密度一般在106～ 108W/cm2。 因此激光在打孔、焊接、切割、雕刻、热处理等各 种加工中得到广泛应用。
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激光蚀刻了的食物
Hale Waihona Puke Baidu16
激光内雕技术——将脉冲强激光在透明体内 部聚焦，产生微米量级大小的汽化微裂纹， 通过计算机控制微裂纹在玻璃体内的空间位 置，使这些微裂纹三维排列而构成立体图像。
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第五节 激光焊接技术
对于具有共熔性的同种或异种金属，在激光的照射 下，由于吸收光能，使局部温度迅速升高，在功率 密度适当时，局部被照射部分的金属达到熔点，但 不发生汽化，待熔化金属冷却凝固后，两部分材料 就焊接在一起。
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第四节 激光雕刻技术
雕刻木材制品 雕刻工艺陶瓷 雕刻皮革 切割、打标和雕刻 界限不明显
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激光刻花、切割、打孔机——北京华普莱特机电设备有限公 司 该机是用于各种非金属材质雕刻、切割和打孔的激光加 工设备，集光学、机械、电子、自动化控制、计算机控制、 软件等多种高新技术为一体。激光切割时与工件无接触，不 会划伤其表面，切缝窄、切口光滑，是手工和机械所无法超 越的精确度非常高的雕刻。其工作效率高、光束质量好、能 量大，既能连续输出又能脉冲输出。适用于广告装璜、包装 纸业、塑料面板、服装皮革、建筑模型、工艺品加工、竹木 制品等行业。
激光技术及应用 (激光应用技术)
Liuhuilan@buaa.edu.cn
电磁霹雳——光电对抗
新华网
激光制导 ——进攻清化大桥 光电对抗 烟幕——保卫安富发电厂 伪装 ——南联盟军队妙招迭出 干扰红外导弹——“萨姆—7” 及对其干扰 的较量 发展
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被激光制导炸弹炸毁的清化桥
第四章
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从激光加工技术的原理上分析，都是利用激光的 高功率密度，与被加工材料相互作用，去除、焊 接或改变材料的性能。
对于打孔、切割、打标等需把熔化和汽化的材料排除，
因此要求能量密度高，作用时间短； 激光焊接、热处理等是非去除加工，故要求能量密度 低，作用时间稍长。
材料加热温度的高低主要取决于激光输出的功率 密度和作用时间，调节这两个参数可实现不同的 加工要求。
无接触加工 没有外力作用 不产生热变性或很小 可焊接难熔金属 没有污染 焊点、焊缝整齐美观 焊缝机械强度往往高于母材机械强度
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第六节 激光快速成型技术
光敏树脂法（立体印刷成型）——以光敏树脂为原 料，采用计算机控制下的紫外激光束以原型各分层 截面轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区内的树脂薄 层产生光聚合反应后固化，从而形成制件的一个薄 层截面。当一层固化完毕，向上（或下）移动工作 台，在刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂以 便进行循环扫描、固化。新固化的一层牢固地粘结 在前一层上，如此重复制出整个原型。
等技术和设备结合，可实现各种灵活的加工和 自动化加工。 与电子束加工相比，可在大气中进行，不必在 真空中进行，不受电磁干扰，设备相对简单， 使用方便，性能良好。 可一机多用。 可加工玻璃、有机玻璃等透明体；还可透过透 明体表面、在工件内部进行加工。
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激光加工用激光器
Nd:YAG激光器 二氧化碳激光器 准分子激光器 大功率半导体激光器 光纤激光器 飞秒脉冲激光器 ……
轮胎模具激光清洗
硅片清洗
艺术品清洗 激光脱漆
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特点：
属于干洗，不需其他有机溶剂，无废液排放、无
污染、无噪声； 可有效清洗其他方法难以去除干净、吸附在物体 表面的亚微米粒子； 易于实现远距离遥控清洗； 可控性好，柔性高，易于实现选区定位、实时的 精密清洗； 热影响区小，对周边材料没有热损伤； 不需要真空，可在大气中进行。 需专用设备，投资高； 清洗效率较低。 25
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激光加工的主要特点：
可加工几乎所有材料，尤其是以往加工方法不能
加工的材料和工件，如钟表宝石轴承、金刚石模 具等。特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点 的材料。 属于非接触加工、加工速度快、生产效率高、无 噪声。 热变性和加工变形小。可进行普通加工难以做到 的非常精细的微加工。
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便于和机器人、计算机、数控机床、自动检测