激光制造技术的发展趋势

从1964年第一台CO2激光器出现到现在，经过近四十年的发展，从封离式CO2激光器、慢速轴流CO2激光器、横流CO2激光器，到高频罗兹泵型快速轴流、射频turbo型快速轴流以至目前出现的扩散型Slab　CO2激光器的发展中可以看到,一方面激光输出功率不断提高，体积不断缩小，另一方面激光器的效率不断提高，光束质量越来越好。扩散型Slab CO2激光器光束横截面上光强分布接近高斯分布（如图2），具有极好的光束质量，在加大的激光加工工作区焦点的漂移很小，非常有利于大范围激光传输与聚集，这对大尺寸工件的切割应用非常重要。
工业用固体YAG激光器也经历了从小功率灯泵浦（棒状）、灯泵浦（板条）、双灯泵浦（多棒）到光纤泵浦（棒状）、半导体泵浦（棒状）和片状固体激光器的过程。由于受工作物质热物理性质的制约，YAG激光光束质量模式相对较差。如何提高光束质量和激光功率，仍是YAG激光器面临的主要问题。
值得注意的是近年来发展起来的半导体激光器。半导体激光器具有小型化、频率极高、与光纤良好耦合、易于调制等优良特性，因而具有广阔的应用前景。
要在不同产业中广泛应用激光制造技术，很大程度上要依赖于激光加工系统的性能与工艺。欧、美、日一些国家在新光源、加工系统及工艺等方面的研究与开发就从未降温过。随着激光工作物质的研究与开发、器件与单元技术的改进和创新，以高性能、宽波段、大功率为特征的激光取得了蓬勃的发展，如紫外光输出的KrF、ArF准分子激光器、倍频激光器等。尤其是高功率光纤激光的出现，使激光制造的移动式定位加工变得更加便利。
2 激光制造技术应用
激光制造技术与传统的制造技术相比，其突出的优势主要体现在以下几个方面：
（1）特种材料特殊要求的加工
激光焊接与大多数传统的焊接方法相比具有突出的优点。激光能量的高度集中和加热、冷却过程的极其迅速，可破坏一些难熔金属表面的应力阈值，或使高导热系数和高熔点金属快速熔化，完成某些特种金属或合金材料的焊接，而且在激光焊接过程中无机械接触，容易保证焊接部位不因热压缩而变形，还排除了无关物质落入焊接部位的可能；如果采用大焦深的激光系统，还可实现特殊场合下的焊接，比如，由软件控制的需隔离的远距离在线焊接、高精密防污染的真空环境焊接等；在不发生材料表面蒸发的情况下可熔化最大数量的物质，达到高质量的焊接。以上特点是传统的焊接工具与方法很难或完全不能做到的。目前，在汽车、国防、航空航天等一些特殊行业，已普遍采用激光焊接技术2。例如欧洲一些国家，对高档汽车车壳与底座、飞机机翼、航天器机身等一些特种材料的焊接，激光的应用已基本取代了传统的焊接工具和方法。
（2）特殊精度的加工制造