㈠ 激光焊接和打標加工在模具行業的應用有哪些
通發激光為您解答：
模具激光製造
1) 激光間接成模工藝
①立體光造形(Stereo Lithography Apparatus，簡稱SLA)工藝是利用紫外激光束逐層掃描光固化膠的方法形 成三維實體工件的。1986年美國3D Systems公司推出了商品化樣機SLA-1。SLA工藝的最高加工精度能達到0.05mm。 ②薄層疊片製造(Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM)工藝採用薄片材料，如紙、塑料薄膜等，由美國 Helisys公司於1986年研製成功。通過反復CO2激光器切割和材料粘貼，得到分層製造的實體工件。LOM工藝的特點 是適合製造大型工件，其精度達到0.1mm。③選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)工藝是利用 粉末狀材料成形的，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的於1989年研製成功，通過用高強度的CO2激光器逐層有選擇 地掃描燒結材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優點在於選材較為廣泛。
上述三種激光快速成形技術由於發展時間長，技術相對比較成熟，在國內外都得到了較為廣泛的應用。但上述 方法形成的三維工件都不能直接作為模具使用，需要進行後續的處理，所以稱之為激光間接成模工藝。主要的處理 方法有：①快速成形工件處理後用作模具。LOM製作的紙模經表面處理直接代替砂型鑄造木模；或者用LOM製作的紙 模具經表面處理直接用作低熔點合金鑄模、注塑模；或失蠟鑄造中蠟模的成形模。SLS製作的工件經滲銅後，作為 金屬模具使用。②用快速成形件作母模澆注硅橡膠、環氧樹脂、聚氨脂等材料製作軟模具。③用快速成形件翻制硬 模具。一種是直接用LOM製作紙基模具，經表面金屬電弧噴鍍和拋光後研成金屬模；另一種是金屬面硬背襯模具。 上述硬模具可用於砂型鑄造、消失模的壓型製作、注塑模以及簡易非鋼質拉伸模。
用上述激光間接成模工藝製作模具，既避開了復雜的機械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以大大縮短 制模時間、節省制模費用，對於形狀復雜的精度模具，其優點尤為突出。但是，目前還存在著模具壽命相對較短的 缺點，所以上述激光間接成形模具較適合於小批量生產。
2) 激光直接成模工藝
選擇性激光熔化(Selective Laser Melting，簡稱SLM)技術是在選擇性激光燒結(SLS)技術的基礎上發展起來 的。SLM的特點為：(1)使用高功率密度，小光斑的激光束加工金屬，使得金屬零件具有0.1毫米的尺寸精度；(2)熔 化金屬製造出來的零件具有冶金結合的實體，相對密度幾乎能達到100％，大大改善了金屬零件的性能；(3)由於激 光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點的金屬，使得用單一成分的金屬粉末來製造零件成為可能。圖2 所示為德國EOS GmbH公司利用選擇性激光熔化(SLM)工藝製造的全金屬零件。
激光多層（或稱三維/立體）熔覆直接快速成形技術是在快速原型技術的基礎上結合同步送料激光熔覆技術所發 展起來的一項高新製造技術，其實質是計算機控制下的三維激光熔覆。
由於激光熔覆的快速凝固特徵，所製造出的金屬零件具有均勻細密的枝晶組織和優良的質量，其密度和性能與常規 金屬零件相當。激光多層熔覆發展出了多種方法，其中最具代表性的是美國Sandia國家實驗室（Sandia National Laboratories）研發的稱作激光工程化凈成形技術(Laser Engineered Net Shaping，簡稱LENS)的金屬件快速成形 技術。採用該方法已成功製造了不銹鋼，馬氏體時效鋼，鎳基高溫合金，工具鋼，鈦合金，磁性材料以及鎳鋁金屬 間化合物工件，零件緻密度達到近乎100%。圖3為美國Sandia國家實驗室以LENS技術製造的金屬模具。
選擇性激光熔化(SLM)技術和激光工程化凈成形(LENS)技術由於成形件緻密性好，且具有冶金結合組織及精度 高，製成的模具壽命長的特點，已得到了工業界和學術界的普遍重視，在國外已推出了多種設備樣機，有的甚至開 始商品化了；而國內目前的研究和應用還處於起步階段。
工業加工激光器
目前，用於激光加工的工業激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG激光 器為代表；而氣體激光器則以CO2激光器為代表。隨著激光技術的發展，目前人們也開始在某些加工應用場合使用 大功率光纖激光器和大功率半導體激光器。
1) Nd:YAG激光器
Nd:YAG激光器的激光工作物質為固態的Nd:YAG棒，其激光波長為1.06μm。由於該種激光器的激光轉換效率較 低，同時受到YAG棒體積和導熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。但由於Nd:YAG激光器可以通過Q開關壓縮激光 輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率（108W），適用於需要高峰值功率的激光加工應用； 其另一大優點是可以通過光纖傳輸，避免了復雜傳輸光路的設計製作，在三維加工中非常有用。此外，還可以通過 三倍頻技術將激光波長轉換為355nm（紫外），在激光立體造形技術中得到應用。
2) CO2激光器
CO2激光器的激光工作物質為CO2混合氣體，其主要應用的激光波長為10.6μm。由於該種激光器的激光轉換效 率較高，同時激光器工作產生的熱量可以通過對流或擴散迅速傳遞到激光增益區之外，其激光輸出平均功率可以做 到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光加工的要求。
國內外用於激光加工的大功率CO2激光器，主要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器：橫流激光器的光束質量 不太好，為多模輸出，主要用於熱處理和焊接。我國目前已能生產各種大功率橫流CO2激光器系列，可滿足了國內 激光熱處理和焊接的需求。②軸流激光器：軸流激光器的光束質量較好，為基模或准基模輸出，主要用於激光切割 和焊接，我國激光切割設備市場主要由國外軸流激光器所佔領。盡管國內激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多 工作，但由於主要配件還需進口，產品價格難以大幅度下降，普及率低。
㈡ 激光焊接是利用激光的什麼特性
激光焊接原理：激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉化為熱能使金屬熔化後冷卻結晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過程的演變階段[2]，激光焊接的機理有兩種：
1、熱傳導焊接
當激光照射在材料表面時，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，將光能轉化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料深處傳遞，最後將兩焊件熔接在一起。
2、激光深熔焊
當功率密度比較大的激光束照射到材料表面時，材料吸收光能轉化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時產生的反作用力下，使熔化的金屬液體向四周排擠，形成凹坑，隨著激光的繼續照射，凹坑穿人更深，當激光停止照射後，凹坑周邊的熔液迴流，冷卻凝固後將兩焊件焊接在―起。
這兩種焊接機理根據實際的材料性質和焊接需要來選擇，通過調節激光的各焊接工藝參數得到不同的焊接機理。這兩種方式最基本的區別在於：前者熔池表面保持封閉，而後者熔池則被激光束穿透成孔。傳導焊對系統的擾動較小，因為激光束的輻射沒有穿透被焊材料，所以，在傳導焊過程中焊縫不易被氣體侵入；而深熔焊時，小孔的不斷關閉能導致氣孔。傳導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換，由傳導方式向小孔方式的轉變取決於施加於工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續時間。激光„‰沖能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導方式下形成，然後再轉變為小孔方式。