1、激光加工工艺简介激光加工工艺简介激光表面改性激光表面改性激光表面改性激光表面改性固相加热固相加热熔化熔化汽化汽化重熔重熔合金化合金化熔覆熔覆非晶化非晶化相变硬化相变硬化冲击强化冲击强化 工艺方法工艺方法功率密度功率密度(W/cm2)作用时间作用时间(s)相变硬化相变硬化1031040.011重熔重熔1041060.011合金化合金化1041060.011熔覆熔覆1041060.011非晶化非晶化10610810-710-6冲击强化冲击强化108101010-710-6Fe Fe3C相图相图钢的连续冷却转变钢的连续冷却转变（CCT）图图 0.37%C-0.39%Si-0.85%Mn-0.73%C
2、r-0.26%Mo 1、激光能量的利用率激光能量的利用率 表面预处理表面预处理 粗糙化处理、氧化、粗糙化处理、氧化、涂层涂层 偏振光偏振光 短波长激光：短波长激光：YAG激光、半导体激激光、半导体激光光2、激光能量的均匀化及光斑变换激光能量的均匀化及光斑变换变换前光束强度分布变换前光束强度分布变换后变换后光束强度分布光束强度分布透射式棱锥积分镜透射式棱锥积分镜 透射式棱锥积分镜为等边棱锥，产生正方形光斑。光斑透射式棱锥积分镜为等边棱锥，产生正方形光斑。光斑尺寸可由调节透镜位置而发生改变。尺寸可由调节透镜位置而发生改变。双光束处理系统双光束处理系统 吸收率%入射角铁 重熔层重熔层熔覆层熔覆层合金
3、粉未合金粉未合金粉未合金粉未重熔重熔熔覆熔覆合金化合金化合金化层合金化层 合金的主要化学成份：合金的主要化学成份：11.013.0%Si,1.02.0%Cu,0.41.0%Mg,0.30.9%Mn，属于共晶成份合金。铸造组织为典型的金属非金属共晶，属于共晶成份合金。铸造组织为典型的金属非金属共晶，显微组织为在显微组织为在Al基体上紊乱地分布着基体上紊乱地分布着Si的枝晶。采用激光重熔处理后组织比的枝晶。采用激光重熔处理后组织比处理前的铸造组织细化了几十倍，显微组织形态也变成了处理前的铸造组织细化了几十倍，显微组织形态也变成了Al-Si共晶包围着共晶包围着-Al基固溶体树枝晶的亚共晶组织，其中基
4、固溶体树枝晶的亚共晶组织，其中 相所占的体积达相所占的体积达40%左右左右。激光束加工头送粉喷嘴基材熔覆层激光束加工头熔覆层基材预覆层%100%100212AAA基体熔化面积涂层面积基体熔化面积稀释率激光熔覆应用举例激光熔覆应用举例激光局部熔覆激光局部熔覆激光大面积熔覆激光大面积熔覆激光熔覆再制造激光熔覆再制造磨损损失激光快速成形（堆积）修复磨损损失部位约束层约束层吸收层吸收层激光冲击波效应激光冲击波效应产生塑性变形产生塑性变形增加位错密度增加位错密度造成残余压应力造成残余压应力激光表面抛光与织构化激光表面抛光与织构化Mechanisms evaporation of surface mate
5、rial flowing or flattening of softening and melting material under the effect of surface tension Q-switch Nd:YAG laser:Pa=250W,tp=650ns,df=70um,v=35mm/s德国亚琛夫琅霍费激光所（ILT,Willenborg,E.）100m微流体器件微通道准分子激光抛光微流体器件微通道准分子激光抛光北京工业大学激光工程研究院荷叶表面结构荷叶表面结构Laser texturing激光熔池振荡法表面织构化激光熔池振荡法表面织构化Laser lithography激光干
6、涉法表面织构化激光干涉法表面织构化Particle lens飞秒激光辐照钛表面微纳结构飞秒激光辐照钛表面微纳结构laser fluence 2.5 Jcm2,number of laser shots 280,(a)Vacuum(1mbar)(b)air(atmospheric condition)(c)100mbar SF6(d)100 mbar HeNayak1.Appl.Phys.A 90,399402(2008)激光快速成形激光快速成形要建零件CAD 模型分层层数据转化为生产过程激光快速成形原理激光快速成形原理激光快速成形分类激光快速成形分类激光快速原型制造（激光快速原型制造（Rapi
7、d prototype）立体光刻（立体光刻（Stereo Lithography，SL）分层实体制造（分层实体制造（Laminated Object Manufacturing,LOM）选区激光烧结（选区激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）激光直接快速制造（激光直接快速制造（Directed Laser Manufacturing）激光熔融堆积（激光熔融堆积（Directed Metal Deposition，DMD）选区激光熔化（选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）激光变形制造（激光变形制造（Laser Forming）激光
8、熔融堆积成形激光熔融堆积成形F/A-l8E/F翼根吊环900mm长300mm宽150mm高大型钛合金零件Aeromet公司XXXX高空高速反导导弹部件超音速巡航导弹部件选区激光熔化成形选区激光熔化成形飞秒激光微纳制造飞秒激光微纳制造 飞秒强激光微制备与加工飞秒强激光微制备与加工 为材料制备和研究提供了新技术和新手段为材料制备和研究提供了新技术和新手段 突出优点：突出优点：极短作用时间极短作用时间 超高光强超高光强 无热影响无热影响 破坏区域小破坏区域小 高阶非线性高阶非线性 三维微加工三维微加工A drilling in steel produced by 3.3-ns pulses.A st
9、rong blur formation occurs and solidified droplets stick on the surface.Note the heat-affected zone around the hole.A drilling in steel produced by 200-fs pulses.Pulses energy is decreased by nearly one order of magnitude.线性相互作用线性相互作用 高阶非线性相互作用高阶非线性相互作用 单光子过程单光子过程 I I 多光子过程多光子过程 I In n 难于作用于材料内部难于作用
10、于材料内部 高光强、作用于材料内部高光强、作用于材料内部作用区域可作用区域可远小于波长远小于波长作用区Fused silica ：absorption bandgap is 9eV,IR fs laser beam:800nm (1.55eV)multiphoton processFemtosecond LaserMicromachining workstation was used to direct-write localized index-of-refraction changes within a glass substrate,creating a three-dimensional optical waveguide.飞秒激光束飞秒激光束焦点焦点物镜物镜树脂树脂飞秒激光双光子聚合飞秒激光双光子聚合Nature,Vol.412,697.2001（H.B.Sun et al)a.原始状态b.伸展状态c.阻尼振荡恢复曲线820nm,19mW3pNk=8.2nN/m
