雷射加工的优点

在国外，自1960年美国贝尔实验室发明红宝石雷射器以来后，雷射就逐步地被套用到音像设备、测距、医疗仪器、加工等各个领域。在雷射加工领域，虽然雷射发射器价格非常昂贵(几十万到上百万)，但由于雷射加工具有传统加工无法比拟的优势，在美、意、德等国家雷射加工已占到加工行业50%以上的份额。

雷射束可以聚焦到很小的尺寸，因而特别适合于精密加工。按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求，将目前的雷射加工技术分为三个层次： （1）大型件材料雷射加工技术，以厚板（数毫米至几十毫米）为主要对象，其加工精度一般在毫米或者亚毫米级；

（2）精密雷射加工技术，以薄板（0．1～1．0 mm）为主要加工对象，其加工精度一般在十微米级；

（3）雷射微细加工技术，针对厚度在100μm以下的各种薄膜为主要加工对象，其加工精度一般在十微米以下甚至亚微米级。

在机械行业中，精密通常是指表面粗糙度小、各种公差（包括位置、形状、尺寸等）範围小。这里所说的“精密”，是指被加工区域的缝隙小，就是说加工所能达到的极限尺寸小。

在上述三类雷射加工中，大型件的雷射加工技术已经日趋成熟，产业化的程度已经非常高；雷射微细加工技术如雷射微调、雷射精密刻蚀、雷射直写技术等也已在工业上得到了较为广泛的套用。

雷射精密加工有如下显着特点：

（1）範围广泛：雷射精密加工的对象範围很宽，包括几乎所有的金属材料和非金属材料；适于材料的烧结、打孔、打标、切割、焊接、表面改性和化学气相沉积等。而电解加工只能加工导电材料，光化学加工只适用于易腐蚀材料，等离子加工难以加工某些高熔点的材料。

（2）精确细緻：雷射束可以聚焦到很小的尺寸，因而特别适合于精密加工。雷射精密加工质量的影响因素少，加工精度高，在一般情况下均优于其它传统的加工方法。

（3）高速快捷：从加工周期来看，电火花加工的工具电极精度要求高、损耗大，加工周期较长；电解加工的加工型腔、型面的阴极模设计工作量大，製造周期亦很长；光化学加工工序複杂；而雷射精密加工操作简单，切缝宽度方便调控，可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割、加工速度快，加工周期比其它方法均要短。

（4）安全可靠：雷射精密加工属于非接触加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力；相对于电火花加工、等离子弧加工，其热影响区和变形很小，因而能加工十分微小的零部件。

（5）成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，雷射加工更加便宜。对于大件产品的加工，大件产品的模具製造费用很高，雷射加工不需任何模具製造，而且雷射加工完全避免材料沖剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

（6）切割缝细小：雷射切割的割缝一般在0.1-0.2mm。

（7）切割面光滑：雷射切割的切割面无毛刺。

（8）热变形小：雷射加工的雷射割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

（9）节省材料：雷射加工採用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。

（10）非常适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行雷射加工，你可以在最短的时间内得到新产品的实物。

总的来说，雷射精密加工技术比传统加工方法有许多优越性，其套用前景十分广阔。

一般用于精密加工的雷射器有：CO2雷射器，YAG雷射器，铜蒸汽雷射器，準分子雷射器和CO雷射器等。其中大功率CO2雷射器和大功率YAG雷射器在大型件雷射加工技术中套用较广；而铜蒸汽雷射器和準分子雷射器在雷射微细加工技术中套用较多；中、小功率YAG雷射器一般用于精密加工。

随着技术的进步，传统的打孔方法在许多场合已不能满足需求。例如在坚硬的碳化钨合金上加工直径为几十微米的小孔；在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等，用常规的机械加工方法无法实现。而雷射束的瞬时功率密度高达108 W/cm2，可在短时间内将材料加热到熔点或沸点，在上述材料上实现打孔。与电子束、电解、电火花、和机械打孔相比，雷射打孔质量好、重複精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显着。国外在雷射精密打孔已经达到很高的水平。瑞士某公司利用固体雷射器给飞机涡轮叶片进行打孔，可以加工直径从20μm到80μm的微孔，并且其直径与深度之比可达 1∶80。雷射束还可以在脆性材料如陶瓷上加工各种微小的异型孔如盲孔、方孔等，这是普通机械加工无法做到的。

与传统切割法相比，雷射精密切割有很多优点。例如，它能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小，并可以节省材料 15%～30%。由于雷射对被切割材料几乎不产生机械冲力和压力，故适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料，加上雷射光斑小、切缝窄，所以特别适宜于对细小部件作各种精密切割。瑞士某公司利用固体雷射器进行精密切割，其尺寸精度已经达到很高的水平。

雷射精密切割的一个典型套用就是切割印刷电路板PCB（Printed circuits Boards）中表面安装用模板（SMT stencil）。传统的SMT模板加工方法是化学刻蚀法，其致命的缺点就是加工的极限尺寸不得小于板厚，并且化学刻蚀法工序繁杂、加工周期长、腐蚀介质污染环境。採用雷射加工，不仅可以克服这些缺点，而且能够对成品模板进行再加工，特别是加工精度及缝隙密度明显优于前者，製作费也由早期的远高于化学刻蚀到现在的略低于前者。但由于用于雷射加工的整套设备技术含量高，售价亦很高，目前仅美国、日本、德国等少数国家的几家公司能够生产整机。

雷射焊接热影响区很窄，焊缝小，尤其可焊高熔点的材料和异种金属，并且不需要添加材料。国外利用固体YAG雷射器进行缝焊和点焊，已有很高的水平。另外，用雷射焊接印刷电路的引出线，不需要使用焊剂，并可减少热冲击，对电路管芯无影响，从而保证了积体电路管芯的质量。　经过二十多年的努力，在雷射精密加工工艺与成套设备方面，我国虽然已在陶瓷雷射划片与微小型金属零件的雷射点焊、缝焊与气密性焊接以及打标等领域得到套用，但在雷射精密加工技术中技术含量很高、套用市场广阔的微电子线路模板精密切割与刻蚀工艺、陶瓷片与印刷电路板上各种规格尺寸的通孔、盲孔与异型孔、槽的雷射精密加工等方面，尚处于研究与开发阶段，未见有相应的工业化样机问世。国内的广大用户一般採用进口模板或到香港等地委託加工，其价格高、周期长，严重影响了产品开发周期；近年来，国外少数大公司看到我国在雷射精密加工业中巨大的潜在市场，已开始在我国设立分公司。但高昂的加工费用增加了产品成本，仍使许多企业望而却步。

优质、高效、稳定、可靠、廉价的雷射器是精密加工推广套用的前提，雷射精密加工的发展趋势之一就是加工系统小型化。近年来，二极体泵浦雷射器发展十分迅速，它具有转换效率高、工作稳定性好、光束质量好、体积小等一系列优点，很有可能成为下一代雷射精密加工的主要雷射器。加工系统集成化是雷射精密加工发展的又一重要趋势。将各种材料的雷射精密加工工艺系统化、完善化；开发用户界面友好、适合雷射精密加工的专用控制软体，并且辅之以相应的工艺资料库；将控制、工艺和雷射器相结合，实现光、机、电、材料加工一体化，是雷射精密加工发展的必然趋势。

国内在雷射加工的工艺与设备方面虽然与国外存在较大的差距，但是如果我们在原有基础上不断提高雷射器的光束质量和加工精度，结合材料的加工工艺研究，儘可能地占领雷射精密加工市场，并逐步向雷射微细加工领域中渗透，就可以推动雷射加工技术的迅速发展，并最终会使雷射精密加工形成较大的规模产业 。