激光在表面处理及三维建模中的应用

本文介绍了激光在表面处理及三维建模中的几个典型应用，激光热处理技术解决了其它表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题，激光三维建模技术有效地解决了无人自动化生产线上元件三维信息的获取问题，另外，激光在智能识别、快速成型、焊接、熔覆涂层、微加工中也得到了广泛的应用。 
1.前言
激光技术在信息领域、制造业(电子、半导体、机械、汽车、飞机等制造行业)、军事领域、智能化识别及医疗仪器等方面都具有重要应用，特别是激光微细加工向普通的微机械加工提出了巨大的挑战。 随着激光技术的进一步发展和市场的不断扩大，光制造技术将在所有制造领域内取代传统的机械制造，激光微制造技术使微精密元件成为可能，并使微系统朝着多样化和智能化方向发展，最终在汽车、医疗和环保领域得到更广泛的应用，在国民经济和工业发展中起着日益重要的作用。下面对激光在机械制造中的典型应用的核心内容予以介绍。
2. 激光在热处理方面的应用
激光热处理技术是近二十年来发展起来的一种新形材料表面处理技术，近些 年来，大功率激光器和辅助设备的制造技术日益提高，各种表面处理技术日益成熟，使得激光热处理技术的工业应用和深入研究异常活跃。
激光热处理技术的原理基于激光的穿透能力极强，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化，即激光相变硬化。
激光热处理技术可以解决其它表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题。经过激光处理后，铸层表层强度可达HRC60度以上，中碳及高碳钢，合金钢的表层硬度可达HRC70度以上，从而提高其抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能，延长其使用寿命。
3.激光在焊接方面的应用
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，该技术具有热影响区窄，焊缝小，大气压力下进行不要求保护气氛，不产生X射线，在磁场内不会出现束偏移等特点，又加之其焊速快、与工件无机械接触、可焊接磁性材料，尤其可焊高熔点的材料和异种金属，并且不需要添加材料，因此很快在电子行业中实现了产业化。国外利用固体YAG激光器进行缝焊和点焊，已有很高的水平。另外，用激光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。日本自九十年代以来，在电子行业的精密焊接方面已实现了从点焊向激光焊接的转变。目前，激光深熔焊接在粉末冶金材料加工领域中的应用也越来越多。 
总之，与普通焊接方法相比，激光深熔焊接具有焊接速度快、焊缝深宽比大、热影响区和热变形小、焊缝强度高、易于实现自动化等优点，因此在工业中得到广泛应用。
4.激光在熔覆涂层方面的应用
激光熔覆又称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基材表面形成与冶合金结合的填料熔覆层。
由于激光熔覆可将高熔点的的材料熔覆在低熔点的基材表面，而且材料的成分亦不受通常的冶合金热力学条件的限制，因此所采用的熔覆材料的范围是相当广泛的，包括镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合合金材料以及陶瓷材料等，其中合金材料和碳化物复合材料的激光熔覆较为成熟，并已获得实际应用。又由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热过程，激光熔覆对基材的热影响较小，引起的变形也较小。控制激光的输入能量，还可以将基材的稀释作用限制在极低的程度（一般为2%-8%），从而又保持了原熔覆材料的优异性能。
因此该技术以提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能为目的，主要用于大型贵重零件磨损后的修复及增强新制造的零件性能。
5.激光在微细加工中的应用