時間：2023-05-29 17:38:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇激光加工，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】激光加工技術 相關理論 發展 應用
一、前言
近年來重大的發明之一是激光技術。隨著社會經濟的快速發展，把激光器當成基礎的激光加工的技術得到了快速發展。目前其正在被廣泛應用在生產、通訊、醫療、軍事及科研等多種領域。并且在這些領域都取得了非常好的經濟與社會的效益，是我國未來經濟的發展的關鍵。
二、激光加工技術相關理論
筆者認為，了解與應用激光加工技術需要對其相關理論深入的研究。以下筆者從其原理和特點來介紹激光加工技術。
（一）原理
激光加工能夠獲得極高的能量密度與極高的溫度是因為采用的光學系統能夠讓激光聚焦成為一個非常小的光斑，在這樣的高溫下，每種堅硬的材料都會被瞬間熔化與氣化，然后熔化物被氣化而產生的蒸汽壓力推動，以很高的速度噴射出來，從而實現了對工件加工的特種加工方法。
（二）特點
激光加工的技術對于加工工具與特殊環境沒有要求，不會造成工具的磨損，易于使用自動控制來進行連續加工，且加工效率極高；同時激光的強度極高，聚焦后差不多能夠熔化和氣化全部的材料，所以能夠加工所有硬度的金屬與非金屬的材料；加上激光加工是屬于非接觸的加工，及加工速度非常的快，工件沒有受力與受熱而產生變形；其還能聚焦成為極小的光斑（微米級），能夠調節輸出的功率，所以可進行精密且細微的加工。這些均是激光加工優點。但由于其設備的投資比較大，及操作和維護技術要求比較高；且在精微加工的時候，重復的精度與表面的粗糙度難以保證等。這些缺點盡管在一定的程度上縮小了其應用規模，也限制了其發展，但是由于進一步的研究，越來越成熟的技術，激光加工技術有著非常廣闊的發展前景。
三、激光加工技術的發展及應用
近年來，由于激光加工技術的快速發展，其被應用于許多的領域。以下是筆者從激光器與激光加工技術領域來介紹激光加工技術的發展，同時介紹目前激光加工技術的具體應用。
（一）激光加工技術的發展
了解激光加工技術的發展，就要研究激光器以及其應用的領域的變化。只有這樣才能從根本上了解其發展。
迅速發展的激光器。我國研制出的第一臺激光器是在1961年。通過幾十年的努力，我國的激光器技術快速的發展起來了，從固體的激光器到氣體的激光器，再到如今光纖的激光器、半導體的激光器與飛秒的激光器。光纖的激光器與傳統激光器來比較，其優勢是功率輸出大，光束的質量較好，轉換的效率較高，良好的柔性傳輸等。其在使用激光加工技術加工材料中有著極大的吸引力。現在應用于使用激光來打標、切割以及焊接。而飛秒的激光器則能夠使超精微的加工可以實現。其在高技術的領域如微電子、光子學等應用的前景極寬廣。同時半導體的激光器正在被直接用在焊接、熱處理等方面。總之激光器的迅速發展導致了激光加工技術的快速發展。
廣泛的應用領域。激光加工是在機械加工、力加工、火焰加工與電加工之后新產生的一種的加工技術，是借助激光束和物質相互作用的特性，對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔以及微加工的綜合性技術。激光焊接廣泛應用在汽車的零件、密封的器件等多種要求焊接無污染與無變形的器件。激光切割主要應用在汽車的行業、航天的工業等領域。而激光打孔則應用在汽車的制造、化工等產業。廣泛的應用領域也使得激光加工技術快速發展。
（二）激光加工技術的應用
激光加工技術在我國的許多領域里占據著重要的位置，以下是筆者簡單的介紹一些具體的應用，如打孔、切割以及焊接等。
（1）激光來打孔的應用。激光打孔借助了激光的功率密度極高的特性，使得加工的材料瞬間被熔化與氣化，熔化的物質被蒸汽巨大的壓力推出來，形成了孔洞。激光打孔正在被廣泛應用在鐘表與儀表有關工件的加工。其應用的領域廣泛，包括衣服與鞋子的制作、工藝品與禮品的制作、機械設備與零件的制作等。
（2）激光切割的應用。激光切割則利用了激光束，由于其能夠聚焦而形成極高的功率密度光斑，因此能夠將材料迅速加溫到氣化室的溫度，形成了小孔洞后，再借助光束和材料的相對運動，從而產生細小以及連續的切縫，達到了切割的目的。激光切割被廣泛用來切割非金屬材料。此外，激光切割也應用在服裝行業如對皮革和布料的切割。
（3）激光焊接的應用。激光焊接把符合功率密度要求的激光束照射到需要焊接的材料表面，將其局部的溫度升高到熔點，使得材料的結合部位熔化為液體，然后進行冷卻凝固，從而使得兩種材料熔接在一起，達到了焊接的目的。激光焊接被廣泛應用于航天行業、船舶制造業等各種領域。尤其是珠寶首飾業利用激光焊接的技術改變了人們首飾設計的傳統思維。利用激光焊接能夠制作具有特殊結構的首飾。此外，激光焊接還廣泛應用在鋼鐵行業。
四、結語
激光加工技術是一種21世紀發展迅速的新技術，各國的政府與工業部門都要積極的發展視激光器與激光加工技術的設備。隨著激光加工技術應用市場的日益擴大與國際競爭新格局的產生，我國的激光加工技術一定有巨大的發展，具有極其廣闊的市場前景，而且在社會經濟與工業的發展中起到非常重要的作用。
參考文獻：
[1]賈燕.激光加工技術及其應用[J]_中國科技投資，2012，（08）.
關鍵詞：機械 制造 激光 加工 技術
激光是通過入射光子使亞穩態高能級的原子、離子或分子躍遷到低能級受激幅射（不是自發幅射）時發出的光，也可解釋為“光受激幅射后發射加強”。它是由于受激發射的發光放大現象。激光具有單色性好、方向性強、能量高度集中等特性，因此在軍事、工農業生產和科學研究的很多領域中得到了廣泛應用。激光加工就是利用其所具有的輸出光線的高指向性和高能量，進行微小孔及狹縫等的精密加工、切割、微細焊接等。激光有固體激光、液體激光和氣體激光等。目前，作為加工用的以固體激光為最好。
激光加工具有以下特點：激光加工不需要加工工具，所以不存在工具損耗問題,很適宜自動化連續操作，可以在大氣中進行。功率密度高，幾乎能加工所有的材料，如果是透明材料（如玻璃），只要采取一些色化和打毛措施，仍可加工。加工速度快，效率高，熱影響區小。因不需要工具，又能聚焦成極細的光束，所以能加工深而小的微孔和窄縫（直徑可小至幾微米，深徑比可達10以上），適合于精微加工。可通過透明材料（如玻璃）對工件進行加工。
1、激光器
1.1 氣體激光器
通常用二氧化碳激光器。
二氧化碳激光器的激光管內充有二氧化碳，同時加進一些輔助氣體，這些輔助氣體有助于提高激光器輸出功率。二氧化碳激光器是目前氣體激光器中連續輸出功率最大、能量轉換效率最高的一種激光器，能以大功率連續輸出波長10.6的激光，而且方向性、單色性及相干性好，能聚焦成很小的光斑。缺點是設備體積大，輸出瞬時功率小，而且是看不見的紅外光，調整光束位置不方便。
1.2 固體激光器
包括紅寶石激光器、釔鋁石榴石激光器、釹玻璃（摻釹的鹽酸玻璃）激光器等。固體激光器的特點是體軹小，輸出能量大，可以打較大較深的孔；但其能量轉換效率低，制造較難,成本高。而二氧化碳激光器則具有造價低,結構簡單,工作效率高，打孔質量好等優點；不足是體積大，占地面積大。
2、影響激光加工的因素
激光主要用于各種材料的小孔、窄縫等微型加工，雖然也有生產率和表面粗糙度的要求，但主要是加工精度問題，如孔和窄縫大小、深度和幾何形狀等。因工藝對象的最小尺寸只有幾十微米，所以加工誤差一般為微米級。為此，除保證光學系統和機械方面精度外，還有光的特殊影響。
2.1 輸出功率與照射時間
激光輸出功率大，照射時間長，工件所獲得能量大。當焦點位置一定時，激光能量越大， 加工孔就大而深，錐度小。照射時間一般為幾分之一至幾毫秒。激光能量一定時，照射時間太長會使熱量傳散到非加工區；時間太短則因能量密度過大，蝕除物的高溫氣體噴出，也會使激光使用效率降低。
2.2 焦距與發散角
發散角小的激光束，經短焦距的聚焦物鏡以后,在焦面上可以獲得更小的光斑及更高的功率密度。光斑直徑小，打的孔也小,且由于功率密度大，打出的孔不僅深，而且錐度小。
2.3 焦點位置
焦點位置低，透過工件表面的光斑面積大，不僅會產生喇叭口，而且因能量密度減小而影響加工深度。焦點位置太高，同樣，工作表面尖斑大，進入工件后越來越大，甚至無法繼續加工。激光的實際焦點在工件表面或略低于工件表面為宜。
2.4 光斑內的能量分布
激光束經聚焦后，在焦面上的光點實際上是一個直徑為d的光斑，光斑內能量分布不均。中心點的光強最大，離開中心點迅速減弱，能量以焦點為軸心對稱分布，這種光束加工出來的孔是正圓形的。若激光束能量分布不對稱，打出的孔也不對稱。
2.5 激光的多次照射
激光照射一次，加工孔的深度大約是孔徑的五倍左右，且錐度較大。激光多次照射，深度將大大增加，錐度減小，孔徑幾乎不變。但是，孔加工到一定深度后，由于孔內壁的反射、透射以及激光的散射或吸收及拋出力減小，排屑困難等原因，使孔前端的能量密度不斷減小，加工量逐漸減少，以致不能繼續加工。
第一次照射后打出一個不太深而且帶錐度的孔；第二次照射后，聚焦光在第一次照射所打的孔內發散，由于光管效應，發散的光在孔壁上反射的下深入孔內，因此第二次照射后所打出的孔是原來孔形的延伸，孔徑基本上不變。多次照射的焦點位置固定在工件表面，不向下移動。
2.6 工件材料
各種工件材料的吸收光譜不同，經透鏡聚焦到工件上的激光能量不可能全部被吸收，有相當一部分能量被反射或透射散失，吸收效率與工件材料吸收光譜及激光波長有關。在生產實踐中，應根據工件材料的性能（吸收光譜）選擇激光器。對于高反射和透射率的工件表面應作打毛或黑化處理,增大對激光的吸收效率。
3、激光加工的應用
3.1 激光打孔
利用激光打微型小孔，目前已應用于火箭發動機和柴油機的燃料噴嘴加工、化學纖維噴絲頭打孔、鐘表及儀表的寶石軸承打孔、金剛石拉絲模加工等方面。
激光打孔不需要工具，適合于自動化連續打孔。采用超聲調制的激光打孔，是把超聲振動的作用與激光加工復合起來。把激光諧振腔的全反射鏡安裝在超聲換能器變幅桿的端面上作超聲振動，使輸出的激光尖鋒波形由不規則變為較平坦排列，調制成多個尖鋒激光脈沖。由此可以增加打孔深度，改善孔壁粗糙度和提高打孔效率。
3.2 激光切割
激光切割具有如下特點：（1）可以用來切割各種高硬度、高熔點的金屬或非金屬材料。（2）切縫窄，可以節省貴重材料（如半導體材料等）。(3)速度快，成品率高，質量好。目前，激光切割已成功應用于半導體材料、鈦板、石英、陶瓷等材料的切割加工中。
3.3 激光焊接激光焊接與激光打孔的原理稍有不同
焊接時不需要那么髙的能量密度，使工件材料氣化、蝕除，只需將工件加工區燒熔粘合在一起。因此，激光焊接所需的能量密度較低，通常可用減小激光輸出功率來實現。
脈沖輸出的紅寶石激光器和釹玻璃激光器適合于點焊；而連續輸出的二氧化碳激光器和YAG激光器適合于縫焊。
激光焊接過程迅速，被焊材料不氧化，熱影響區小，適合于熱敏感元件焊接。
參考文獻
[1]哈爾濱工業大學,上海工業大學.機床夾具設計(第二版）.上海:上海科學技術出版社,1989.
[2]劉文劍等.夾具工程師手冊.哈爾濱：黑龍江科學技術出版社,1992.
摘要：用YAG 激光束照射硅樣品表面形成小孔，在孔內的側壁上出現較規則的網孔狀結構；用拉曼熒光光譜儀檢測該結構有很強的光致熒光，其強度比樣品的瑞利散射強，加工時間不同其強度有明顯的差異，當激光輻照時間為9s時，孔洞側壁上的網孔狀結構較穩定，且有較強的光致熒光，本文解釋了PL峰較強的形成機理，認為氧化程度（主要是Si=O雙鍵的數目）在其中起重要作用。在無氧化的環境里用激光加工出的硅樣品幾乎無發光，這證實了氧確實在光致熒光增強上起著重要作用。用冷等離子體波模型來解釋孔側壁網孔狀結構形成的機理，并用量子受限-發光中心模型來解釋納米網孔壁結構的強熒光效應。
關鍵詞：激光輻照 納米結構 局域態 氧化
1 引言
單晶硅是現代半導體器件和大規模集成電路的支柱。然而，硅的禁帶寬度(約為1.12eV)窄小，又是間接帶隙，這就限制了硅基材料在光電子器件中的應用。自從1990年Canham 發現多孔硅室溫下強光致發光現象以來，許多專家學者用不同的方法形成硅基上的低維結構來模仿多孔硅的發光，并成功獲得多孔硅穩定、肉眼可見的藍光發射[2]，這一發現為多孔硅的全硅光電子集成帶來了希望。在應用方面，人們已初步研制出多孔硅發光二極管、多孔硅光電探測器等。但對納米硅基材料發光機理卻眾說紛紜，出現了各種各樣的物理模型，各有優缺點。總體上看，目前主要存在以下五種發光機理解釋模型：(1)量子限制發光模型；(2)界面層中的激子效應發光模型；(3)與氧有關的缺陷發光模型；(4)量子限制效應―發光中心發光模型；(5)直接躍遷發光模型。
目前,迫切需要解決的問題是在硅樣品上生成穩定的低維結構并有較強且穩定的PL 發光。 最近的研究表明:無論是納米硅晶發光還是多孔硅發光，其發光機理都與氧化硅層相關, 即所謂的納米硅晶的光泵作用與氧化硅層發光中心的亞穩態激射。傳統的生成納米硅晶和氧化硅層二體系統結構的方法有:經高溫退火在富硅氧化層中形成硅原子團簇，或用濺射法將硅離子注入氧化層， 但其加工質量和穩定性都不理想。我們認為：用激光輻照手段生成納米硅晶和氧化硅層二體結構應該是最有希望的方法, 包括:在氧化層中用激光誘導硅離子游離與凝聚、用激光輻照生成低維結構并使其表面氧化等。
本文選擇用激光輻照的方法在單晶硅樣品上加工出具有較強的、穩定的PL 發光特性的氧化低維結構, 采取對樣品加工不同的時間來控制氧化程度和在不同的環境中來加工樣品, 并從物理層面上研究氧化低維結構的行成機理, 分析激光與硅材料的相互作用過程，建立激光誘導的冷等離子體波作用模型，從而指導激光加工的優化過程。參照QCLC 模型[3],建立量子受限-晶體與氧化物界面態綜合模型來解釋PL 發光的增強效應，并設法從低維納米晶體量子受限態與氧化硅界面態的相對位置來構造PL 發光增強效應的閾值分布結構。
2 實驗
樣品采用(100)取向的10 - 20Ωcm 的P型硅晶片。先對樣品作預處理：用酒精清洗其表面，用氫氟酸溶液（NH4F（質量分數49%）與HF 以10:1的體積比混合）清除樣品表面在大氣中生成的天然氧化物，再用去離子水浸泡30s。吹干后，用YAG脈沖激光(波長: 1064nm；脈沖寬度約8ns，束斑直徑0.045mm)照射樣品。激光束強度大約5 x 108 W cm-2 ,照射斑點直徑大約30μm。將單晶硅樣品直接放在空氣中進行不同時間的激光輻照加工：加工時間分別為1s、5s、8s、9s、10s；將單晶硅樣品浸入酒精、氫氟酸和水中進行激光輻照加工。這樣，將激光與硅樣品的作用過程和檢測過程均隔離于無氧化的環境中。先在514nm的激發光作用下,分析樣品的PL光譜；用電子掃描探針（EPMA―1600型，日本島津公司制造）的二次電子和背散射電子成像技術觀察與分析樣品的表面形貌結構。
3 分析與討論
當脈沖激光照射在硅樣品上，形成一種網孔結構，如圖1 ( a)所示。該結構來自激光與半導體樣品相互作用產生等離子體波[4]，在孔洞中形成諧頻駐波，我們用該模型來解釋洞壁上的網狀低維結構的形成機理。其形成機理為：高強度的連續激光照射在硅材料上，激發出的電子-空穴對構成等離子體系統，其局部的遷移形成內部的電場和磁場。在內部的電磁場作用下，電子-空穴對等離子體產生振蕩形成等離子體波，其頻率為[5]：ω = e ( n /mε)
該等離子體振蕩頻率正比于載荷子密度n 的平方根，而載荷子密度n 又正比于激光脈沖的輻照能量。控制激光加工的功率和時間等參量，使等離子體波的波長對于孔洞線徑尺寸滿足諧振條件，在孔洞中便有等離子體波的諧頻駐波產生，該駐波在孔洞側面上形成的駐波節線構筑起網孔狀結構的納米尺度孔壁(量子線) ，該結構有很強的PL 發光效應。由上述可知，控制激光照射到樣品上的能量是形成該結構的關鍵。在優化激光加工條件時要考慮的另一因素是氧化程度隨著激光輻照時間和輻照能量等的變化。上述的低維結構表面都有一層氧化硅包裹，在這層氧化硅中鑲嵌有納米硅晶體團簇，氧化硅層的厚度會影響納晶團簇的尺寸。
將1s、5s、8s、9s, 10s的加工樣品做比較,發現9s時,其706nm處的PL峰強度最大,如圖1（b）所示。隨著加工時間的改變，其PL峰仍在706nm附近，沒有發現移動，不能用量子受限效應來預測發光峰，這就說明該峰與納晶硅尺寸沒有關系。該峰的光子能量為1.756eV，遠大于純硅的禁帶寬度1.12eV。而Si=O雙鍵的形成所需的能量較小且不需要太多的原子，所以我們認為此發散來自納晶硅表面的Si=O雙鍵陷阱態，其電子―空穴對的復合能量比納晶硅的禁帶寬帶要小。它不受納晶硅尺寸空間量子效應的限制，同時納晶硅表面的低值氧化物也具有相同的能量，能俘獲電子而發光。該過程可以描述為：電子從價帶頂被激發到展寬了的導帶底，然后迅速遂穿到納晶硅表面的氧化界面態，由于該能態電子具有較長的壽命，從而形成粒子數反轉，躍遷到價帶頂形成受激輻射。激光的輻照有兩方面的作用：其一是誘導在納米尺度的氧化層中生成越來越多的硅納米團簇，激光輻照時間變長和能量的增加會促進該過程的進行；其二是氧化硅層的厚度隨著激光輻照時間和能量的增加而增加，其中鑲嵌的納晶團簇的尺寸也跟隨變大，從而影響PL發光的強度。隨著加工時間的增加，氧的含量增加，在開始的時候Si=O的數目增加或低值氧化物增加，形成較多的氧化界面態，這些氧化界面態能更有效的俘獲電子形成較多的發光中心，這樣發光強度就隨著加工時間的增加而增強，該過程對應實驗中時間從1s增加到9s的過程；隨著加工時間的繼續延長，氧化程度進一步加深，Si=O雙鍵的數目繼續增多，表面氧化層增厚，硅納米顆粒減少甚至被徹底氧化，電子的遂穿變得困難同時電子的非輻射躍遷增強，導致PL強度變弱，該過程對應實驗中的加工時間大于9s時的過程。所以加工時間存在一個最佳的時間9s，這就為硅基的低維結構發光提供一個依據，控制加工時間，達到控制氧化程度（主要控制Si=O數目）的目的，從而得到較強的PL發光，這對硅基的全光集成具有重要的意義。
為了進一步證明氧化界面態在其中的重要作用，我們設計了下面的對照實驗。將單晶硅樣品浸入酒精、氫氟酸和水中進行激光輻照加工。這樣，將激光與硅樣品的作用過程和檢測過程均隔離于無氧化的環境中。將浸入酒精、氫氟酸和水中激光加工的樣品處于浸泡狀態檢查PL 發光的比較，如圖2所示。浸入酒精（ethanol）和氫氟酸（HF）中用激光加工的硅樣品表面基本沒有氧化，故幾乎沒有PL 發光，而水中有于有氧離子的存在，有微弱的發光，這就進一步證明了氧在其中的重要作用。
激光輻照加工樣品PL光譜的比較
我們建立量子受限―晶體與氧化物界面態綜合模型來解釋PL 發光的增強效應,該模型參照了QCLC 模型，模型認為低維納米結構由于量子受限效應展寬納晶硅的禁帶寬度，只要這種低維納米結構對應的量子受限能隙寬度大于氧化界面態的能隙寬度，如圖3(a) 所示，受限躍遷的電子便能被氧化界面態俘獲，就可能實現受激輻射，從而有較強的PL 發光，這種氧化硅界面態形成的亞穩態分布與低維納晶受限態分布的相對位置結構便構造了受激發光的閾值區間；而當低維納米結構的尺寸變化，其對應的量子受限能隙寬度小于氧化界面態的能隙寬度時，躍遷的電子不能跳到氧化界面的亞穩態上，如圖3 ( b) 所示,只能發生較弱的自發輻射。
我們認為，無論氧化納晶的尺度大小,只要滿足圖3(a)的條件,既展寬的能隙中出現陷阱態，就有PL 發光增強效應出現，并伴隨頻率釘扎現象。不同的晶體與氧化物界面態，有不同能隙，故出現不同的PL譜。用該模型能夠解釋本文實驗的結果。 納晶硅表面形成氧化硅層，由于量子受限作用展寬了納晶硅能隙，氧化界面態出現在展寬的能隙中，當電子被激發到導帶后，便很快弛豫到1.756eV附近的氧化界面態上，形成粒子數反轉，從而在706nm處形成增強的PL發光峰。
4 結果
我們用激光輻照來形成硅的網狀結構,它的形成機制可以由激光打孔時的等離子體產生諧波駐波的理論來解釋。控制激光加工的時間，可以在硅量子點表面形成一定數量的Si=O雙鍵，實驗發現當加工時間為9s時，具有較強的PL峰，能形成密度合適的Si=O雙鍵。并仔細分析了不同加工時間對PL強度的影響機理，認為氧化程度起重要作用。將單晶硅樣品浸入酒精、氫氟酸和水中進行激光輻照加工，浸入酒精和氫氟酸中用激光加工的硅樣品表面基本沒有氧化，故幾乎沒有PL 發光，而浸入水中被輕微氧化，有叫微弱的PL發光，這一結果證實了氧在PL發光中的重要作用。在納晶硅上,用量子受限效應和納晶硅與氧化硅之間的陷阱態效應可以解釋多孔氧化硅結構上的受激輻射機理。這為研發多孔硅激光器奠定了基礎。
參考文獻：
[1]Canham LT. App lied Physics Letters 1990,57,1046
[2]富笑男,李新建,賈瑜等.藍光發射多孔硅RTO過程中的尺寸分離效應.物理學報. 2000,49(6).1180-1184
[3]Qin G G,Liu X S,Ma S Y,et al.Photoluminescence mechanism forblu-light-emitting porous silicon.Phys Rev B,1997,55:12876
[4]HUANGWEIQ I,L IU SH IRONG.Self2assembled germanium nanostructures by laserassisted oxidation[J].Chin.Phys.2006,15(2).389 -393.
[5]黃偉其、吳克躍、許麗等.激光加工形成硅基上的氧化低維納米結構的PL 發光.半導體學報，2008，29（1）：116―122
2010年8月23日,連續在外地出差的許桂華下了飛機,帶著多日的疲憊,第一時間回到公司,接著又召開員工會議。“許總已經半個多月沒有回家了。”他的助理告訴記者,“這是許桂華工作的常態,每年有一半以上時間都在全國各地東奔西跑。”
可以說,是許桂華成就了光谷激光加工連鎖股份有限公司(簡稱光谷激光)。1998年至2007年,光谷激光開辦20多家激光加工站,僅七八家存活。直接原因是選址不當和運營模式不完善,而根源在當時激光加工應用處于初級階段,市場需求尚未釋放。
在全球,激光已被廣泛應用于工業生產、通訊、信息處理、醫療衛生、軍事及文化教育等領域,裝備制造業是工業化國家的主導產業,但它在中國制造業中的比重還不到30%,遠低于美國的41.9%、日本的43.6%和德國的46.4%,中國成為全球制造業大國。而武漢?中國光谷50余家激光企業生產的激光產品在國內市場占有率達50%,其中8家企業產值過億元。但武漢光谷激光產業要想走出同城競爭,領跑國內,掘金海外,加工應用服務的整合勢在必行。
2007年左右,光谷激光開始合作、合資和并購,并提出“百家連鎖計劃”――在全球推廣建設100個激光加工站。為了在中國造就具有品牌、技術、產品和市場等多方面優勢的國內最大的激光加工連鎖企業,許桂華主動擔當“說客”、“紅娘”的重任。
在許桂華堅持和努力下,2009年11月18日,聯合光谷激光、華工科技、楚天激光、杭州博大、天津帥超、北京通快、上激集團、上海曜欣、內蒙古金杜、武漢普思維、武漢浩成、武漢新特等十六家股東成立了武漢光谷激光加工連鎖股份有限公司,這是亞洲最大激光加工平臺。
“談判過程很艱難,結果很圓滿。”許桂華總結,最大訣竅在于為激光巨頭們提供激光設備渠道下沉的平臺。
光谷激光董事長陳海兵、華工科技董事長馬新強、楚天激光董事長孫文在光谷激光加工成立大會上均表示,隨著國家振興重大裝備制造業計劃的實施,激光加工產業將迎來前所未有的歷史發展機遇,將會抓住這一契機,通過對資源的有效整合,提升公司核心競爭力,利用公司各方股東十幾年來從事激光加工設備生產、開發的優勢和激光專家網絡的技術支持,“十二五”期間(2010年―2015年),光谷激光將規劃建設國內激光加工站90家,海外激光加工站10家,激光加工站收入規模達10-15億元人民幣,將光谷激光連鎖公司建設成為中國乃至亞洲最大的激光加工連鎖企業。
今年全國“兩會”期間,吳邦國委員長對光谷激光連鎖公司推動百家連鎖計劃予以肯定和支持。
“為了更好服務平臺建設,連鎖公司將搭建研發平臺――激光研發中心、人才教育平臺――激光學院、建設激光加工產業基地――光谷激光產業園。”許桂華介紹,以人才為例,將與華中科技大學激光研究院、東莞華科大工程研究院合作建立高級人才培養中心,每年培養15到20名高級技術管理人才;與湖北開放學院合作建立二級激光學院,每年招生200人,培訓初、中級激光人才。
據測算,隨著國家振興重大裝備制造業計劃的實施,未來6―8年,中國激光加工市場需求將超過600億元。但是,國內制造業對尖端激光加工設備的應用仍處于初級階段。僅以激光加工站為例,美國、日本以建成的激光加工站均已超過5000多家,而國內不過300多家,僅相當于美國、日本已建成的6%。許桂華說,下一步爭取在未來兩年把新公司推上資本市場。海外激光加工站已在泰國、越南布點,盡管業務額不高,但帶動了成套設備的銷售。印度、俄羅斯等國的激光應用比國內落后10年,將是連鎖公司下一步開拓的區域市場。
摘要：根據企業對激光加工技術專業人才的要求，基于工作過程的項目式課程開發理念，明確《激光設備及加工控制》課程目標，依據企業不同崗位典型的工作任務設立五個學習情境及相應的子學習情境，運用案例分析、項目制定等教學方法，按量化指標對過程和結果實施考核，綜合評定學生學習成績，最終實現教、學、做一體化教學目標。
關鍵詞 ：激光設備及加工控制：課程開發：工作過程
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568(2014)02-0070-02
基金項目：本文系武漢市教育科學“十二五”規劃課題“基于工作過程的‘激光設備及加工控制’課程開發研究”（編號：2012C181）的階段性成果。
《激光設備及加工控制》是激光加工技術專業的專業核心課程。該課程主要是通過對激光設備電氣控制技術的學習和技能實訓，其綜合性和實踐性較強，要求學生掌握激光加工設備電控系統工作原理和工作過程，獲得必要的崗位技能和相關的激光器裝配工職業資格證書。
一、課程目標定位
基于工作過程的《激光設備及加工控制》課程開發是激光加工技術專業課程建設與改革的切入點。為了開發建設好該課程，能夠更好地掌握企業對激光設備及加工控制人才的需求情況，對企業進行了行業分析和崗位企業調研，確立了掌握激光設備電氣控制技術相關知識和技能是激光加工設備企業從業人員的基本要求，將課程目標定位為知識目標、能力目標和素質目標，如表1。
二、教學內容的設計
《激光設備及加工控制》課程屬于激光加工技術專業。根據該專業的人才培養目標，課程的內容主要以滿足職業崗位能力對電控技術應用能力的需求為依據確定課程內容，將課程內容設計為5個綜合學習情境，主要是根據企業不同崗位典型的工作任務進行構建。每一個學習情境都是完整的工作過程，子學習情境訓練學生的單項知識，綜合學習情境訓練學生的綜合應用能力；學習情境對應低級、中級、高級不同的工作崗位，任務難度逐步提高；學習情境可擴展、重組、更新；每個學習情鏡對應有課內實訓項目和工作任務。
《激光設備及加工控制》課程的教學內容主要包括理論教學內容、實踐教學內容和集中實訓教學內容。理論教學由12個子學習情鏡構成，共32個學時，如表2；實踐教學由16個子學習情鏡構成，共92學時，如表3。
三、教學方法
演講法：以多媒體教學的形式講授單項知識點，主要是理論知識的講解。
案例分析法：根據激光設備及加工控制課程對分析設計能力要求較強的特點，分析電路設計的實際案例，通過案例邊討論邊學習。
演示教學法：演示設備操作和軟件使用。采用設備現場或企業生產現場學習的方法，學生具有較高的積極性，無論是理論知識的掌握或實踐技能的培養都有實踐環境作支撐。
問題引導法：通過問題引導學生掌握教學重點。
討論式教學法：以小組為單位完成一項典型工作任務，學生通過團結協作共同解決問題，小組長負責，鍛煉學生的領導和組織協調能力。
項目教學法：以小組為單位進行項目實施，包括目標設定、制定計劃，具體實施、項目檢查、分析評價5個步驟。
四、課程考核
課程的考核理實一體化教學占60%，包括平時成績、作業占6%，課堂表現占6%，期末考試占24%，實訓考核占24%；集中實踐教學包含四個方面，占40%，其中項目制定占8%，項目實施占20%，實訓報告2%，職業素養占10%，按量化指標對過程和結果實施考核，給出評價，評價的標準分A、B、C三個等級。而對于小部分不能完成的情況，對問題進行分析，并且進行指導，最終使學生能夠達到基本標準。
五、特色與創新
本課程是校企合作開發的基于工作過程的課程，是與激光公司聯合開辦的訂單培養班——激光制造與加工班的教學實踐中提煉出來的，課程內容來源于激光企業實際案例。
1．課程內容獨特，崗位針對性強。作為伴隨激光產業發展應運而生的高職新專業激光加工技術專業的專業核心課程， “激光設備及加工控制”通過緊密依托國內快速發展的激光產業，培養目標直接面向激光設備生產，使用企業的電氣控制、設計崗位，崗位針對性強。
2．每個學習情境都是獨立的工作任務。實施了融教、學、做為一體的基于工作過程的學習情境課程教學模式，每一個學習情境都是實際的工作任務，學生在相關企業就業不需要培訓，可直接上崗。
3．教材來源于實際應用案例，由企業工程技術人員與專業教師共同完成。教材來源于激光企業產品說明書，實際應用案例，培訓手冊，等等。
關鍵詞 ：分段遞進嵌入式；教學組織模式；激光加工技術專業
中圖分類號：G718 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）03-0151-03
我院自2004年開辦了光電子技術專業（激光加工技術方向），2005年正式獲批為激光加工技術專業并開始招生，至今已有8年歷史，共培養了6屆、共計380名激光加工專業畢業生。2010年，我院被確定為“國家示范性高等職業院校建設計劃”骨干高職院校立項建設單位，其中激光加工技術專業更是被確定為首批重點建設專業。激光加工技術專業的建設需要著重在人才培養模式、培養質量、課程體系與教學內容、實踐教學、教學設計與教學方法方面進行改革，形成具有顯著特色的師資隊伍，培養在某些方面素質優良的學生，以期得到社會的廣泛認可。為此，在專業建設的過程中，激光加工技術專業的教師走訪了多家激光加工用人單位，并與往屆畢業生進行交流溝通，在校內開展教學實踐，根據激光加工技術專業人才培養的特殊性，逐步摸索出教學組織的一套新模式，即“分段遞進嵌入式”教學組織模式。
“分段遞進嵌入式”教學組織模式的涵義
教學組織模式是根據一定的教學思想、教學目的、教學內容及教學主客觀條件組織安排教學活動的方式，是為完成特定的教學任務，教師和學生按一定要求組合起來進行活動的方式。教學組織模式不是固定不變的東西。隨著社會經濟和科學文化的發展以及企業對人才要求的不斷提高，教學組織形式也要不斷發展和改進。激光加工技術專業旨在為企業培養光、機、電、控方面的復合型人才及緊缺的激光應用型對口人才，因此，應在滿足企業需求的同時，對教學組織模式進行“分段遞進嵌入式”改革。
分段式 即將學生連貫的三年全日制教學分為四個階段，不同的階段完成不同教學內容的教學任務。第一個階段為校內學習階段。這個階段要求學生在校內完成基礎類課程的學習，進行全方位動手能力的鍛煉，為進入企業實習打好基礎。在經過一段時間的學習之后，學生往往會對枯燥的理論知識學習感到厭煩。于是過渡到第二階段，即企業初體驗階段，讓學生在企業中摸爬滾打一段時間，了解激光行業各個崗位的工作內容，知道自身的不足。第三階段為校內鞏固學習階段，讓學生再次回到學校，針對自己感興趣的專業方向，選擇合適的選修課程進一步深入學習，加強自身能力的鍛煉，使自己更加符合企業需求標準。最后一個階段是到企業“定崗實習”甚至直接在企業上崗。由于已經經過企業挑選和返校再次學習，學生再次回到企業上崗會得心應手，企業也對真正符合自己需求的人才有了一定的了解，可使學生與企業達到“雙贏”。
遞進式 學生經歷的“學習——工作——學習——再工作”四個階段，是一個逐層遞進式的過程，如圖1所示。通過四個學期的學習，學生對實際工作中可能接觸到的光、機、電、控知識有了一定的了解與接觸。教師著重在專業核心課程中采用“任務驅動、項目導向”的“教、學、做”三位一體教學模式，將企業中的實際生產項目移植到課程教學與實踐過程之中，讓學生由陌生到熟悉，由學生向學徒角色轉變。第四學期后的暑假安排學生到企業進行頂崗實習。這個時間段一般為激光制造企業的生產旺季，企業可以安排學生進行設備操作、管理、維護、維修的頂崗實習。學生經過一段時間企業氛圍的熏陶，都會有一些心得體會，并對自己今后的就業方向有了一定的憧憬。再回到學校中就會有針對性地學習，發展自己的長處，并且選準就業方向。在第六學期的定崗實習過程中，學生就是企業的準員工，能夠在企業中發揮自己的所長，把自己在學校學到的本領應用到實際工作中，在企業生產中發揮自己的作用。
嵌入式 在校內教學過程中，應將企業認知、企業文化、激光設備制造、設備維修、設備保養、激光加工技術、職業道德等項目融入實訓項目。在校外學生隨崗實習、工程實習、頂崗實習過程中，要將課堂講授的專業知識和理論應用于實際，實現學生——學徒——準員工的角色轉變，將課堂延伸到企業，利用企業真實的設備和真實的環境，開展實習實訓，并為學生進入就業崗位提供崗前培訓，做到專業課堂與生產車間、專任教師與企業師傅、教學過程與生產過程、學生與準員工合二為一，實現嵌入式一體化目標。
“分段遞進嵌入式”教學組織模式的實施
自從17世紀捷克教育學家夸美紐斯提出了班級授課制教學形式以后，世界各國皆根據學生的年齡和知識水平將學生分成不同的班級，每班專用一個教室，全班學生在教師指導下學習同樣的課程。班級授課制的建立，以較少的人力和物力，培養了更多的人才。這種教學形式直至目前為止，仍然是世界各國通行的教學組織形式。不過，班級授課制的教學形式是以課堂、教師、課本為中心的集體教學的組織形式，學生在教學過程中常常處于被動接受的地位，學生的精神因素不易調動，主體作用難以得到充分發揮。將四五十個學生集中于一堂，采取“等量＋同速＋同要求”的教學方式，勢必導致學生學習上的分化，使不少學生跟不上學習的步伐而被淘汰。另外，班級授課制教學形式的信息反饋渠道不暢，教師獲得的反饋信息有些不一定準確，有些是延時反饋，這就不利于教師及時地調整、改進教學，難以實現教學的動態平衡。
鑒于班級授課制教學形式有以上一些缺陷，而激光加工技術專業又有其獨特的教學特點，在教學實施過程中應逐步加以改革，將學生的學習過程分為四個階段，即校內基礎學習階段，企業初體驗階段，校內鞏固學習階段，企業定崗實習階段，具體的實施方案如下頁圖2所示。這樣的教學模式改革，可以改變過去單一的課堂集體教學的形式，采取集體與分散相結合、課內與課外相結合、校內與校外相結合的方法，彌補單一的班級授課制教學組織形式的缺陷。
激光加工技術專業本來就是一個新興專業，很多學生在報考該專業時并不十分了解專業的情況和專業的特色。一味地在教室內授課，講解生產實踐中激光的應用，會使學生感覺空洞，摸不著邊際。通過兩年的校內教學，對學生進行光、機、電、控等基礎課程的教學，讓學生在校內掌握更多的實際操作方法，在暑期讓學生到相關的激光企業中實習1～2個月，深入到激光企業各種類型的崗位，讓學生在企業中了解到書本知識的重要性，同時在企業技術人員的帶領下，學生可以接觸到很多在學校沒有機會用到的機械儀器，有更多的機會接觸到實物產品的制作過程，可大大提高學生的動手能力。經過暑期在企業中的歷練，再讓學生回到課堂，他們感觸頗多，對自己今后的就業前景也有了一定的前瞻性與方向性，了解了書本知識的應用范圍。這樣，可使他們學習的勁頭更大，更加刻苦鉆研，勤于練習，為今后進入企業就業奠定良好的基礎。三年級下學期之后學生進入實習單位，就由“頂崗實習”轉化為“定崗實習”，由于在暑期企業實踐中學生已經為自己今后的就業方向做出了規劃和預測，再次回到企業，就能夠選定一個自己認為適于發展的崗位，沉下心來做事，為企業服務。
“分段遞進嵌入式”教學組織模式實施的意義
“分段遞進嵌入式”教學組織模式是使校內學習與校外頂崗結合，理論與實踐結合，將學生直接培養成適合企業需求的復合型人才的有效方法和快捷途徑。學生通過學校和企業的雙重鍛煉，由開始的職業認知過渡到職業認同，由職業道德培養到職業技能的提升，完成了學生——學徒——準員工的角色變化，成為企業需要的合格人才，實現了教學的目的。今后應使這種方法的實施更加細致化，并形成一定的規則，甚至應能夠配合企業的淡季和旺季的人才需求，調節校內教學的時間和課程設置，更進一步與企業無縫對接，讓學生能夠在企業發揮自己的作用，同時也為企業創造更多的效益，辦好讓學生、家長、企業都滿意的專業。
激光加工技術專業是一個專業性強、與企業聯系緊密的新興專業。在該專業的教學過程中，逐步實施“分段遞進嵌入式”教學組織模式，既是教學與企業生產緊密結合的產物，也是根據企業對學校培養人才的要求應運而生的。在今后的教學中還應該將這個方法進一步推進，并與企業人員尋找最合適的時間點，不斷完善該種教學模式，使企業與學院一同培養出高素質復合型技能型人才。
參考文獻：
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關鍵詞：激光 相變硬化 溫度場 模擬計算
中圖分類號：TG665 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0080-03
激光是20世紀60年代產生的重大科學技術成果之一，隨著現代化工業的發展，對產品的熱物理性質提出了各種各樣的、新式的和特殊的要求。激光加工對傳統工業的改造發揮著很重大的作用，目前在很多方面，如汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等重要部門占據了重要的地位。在新世紀，激光技術已經形成了自身的產業，在現代信息社會光電技術產業貢獻頗大，激光產業已經是受到科學界高度重視的骨干產業。
憑借激光自身的特殊性質，加工精度高、適應性強、加工效率高、靈活性高等優良性質，能夠進行激光相變硬化、激光焊接、激光合金化、激光切割、激光打孔、激光快速加工以及對材料的微型加工等作用。
激光相變硬化技術是激光加工技術中，起步比較早，另外發展比較成熟的一門高科技新型技術。目前國內外都有相關的研究，并取得了一批重要的成果，有些也已經應用于各種機械零件的表面硬化。但是在這些研究成果和應用中仍然可以發現很多不足之處，所以對激光相變硬化的進一步研究是十分重要的。
1 研究方案及意義
本課題主要對激光掃描加熱準穩定溫度場數值模擬計算設計進行研究。對于確定的材料，怎樣選定合適的激光加工工藝參數，因為激光加熱過的金屬表層區域的金相組織、物理、化學性能會發生變化，有表面局部硬化的表現。其結果一般都采用試驗或憑經驗加以確定，這樣就要耗費大量的財力和物力，也給激光技術的更廣泛應用帶來不便。采用計算機數據仿真模型，模擬激光掃描加熱操作，得到相關數據，從而降低實驗的研究成本，帶來更大的市場商機。
我們通過這次的研究課題，制作出一個簡單明了的，具有友好型界面的軟件，可以計算出我們想要的一些相關數據。激光掃描加熱處理材料，在材料中的每個點的溫度值是不同的。首先我們所要討論的是激光加工工藝參數與材料參數之間的關系，建立數據仿真模型，計算出合適的值。確定激光掃描加熱區域溫度場的數值仿真模型，然后對該模型進行求解，得到激光加熱工程的溫度場分布，之后對激光加熱輔助切割的主要影響參數做進一步的仿真及相關實驗研究，分析這些激光加工工藝參數對加工質量的影響，優化加工用的激光參數，如光斑中心離刀尖距離、激光的功率密度、工件的旋轉速度、工件表面光斑直徑、激光工作的溫度場等。在我們對與激光加工工藝參數進行優化的同時，對于數據的計算也進行一定的優化，使計算公式能夠更加的清楚。
2 數學模型的建立
2.1 問題的簡化
在激光掃描加熱過程中，由于問題往往比較復雜，材料各點的溫度多變，難以進行分析，所以在求解過程中，我們做如下的設定，根據假設條件來簡化方程。
（1）材料的熱物理性質不隨溫度而變化。
（2）除了激光束開始輻射和即將結束兩個階段外，相對于運動坐標系的溫度分布為準穩定態。
（3）相變潛熱相對于激光束熱流相當小，可以忽略不計，及H=0。
（4）在y=0，=0，符合絕熱邊界條件，及y方向的溫度場分布以y=0面對稱。
（5）激光束具有均勻的能力分布，q=Q/2a×2b，式中Q為激光束的輸出功率，q為熱流，2a，2b，為激光束的尺寸。
（6）材料對激光的吸收系數不隨溫度變化而變化，但與掃描速度有關，以F（V）來加以修正。
對問題簡化了以后，為之后公式的推導提供了前提。激光對物體加工軌跡如圖1所示。
2.2 導熱偏微分方程
在三維直角坐標系中，導熱偏微分方程為：
其中Kii（i=x，y，z）為x，y，z三個方向的導熱系數，H為固態相變潛熱，P為材料密度，C為材料比熱。
對于各向同性材料，導熱系數為常數，令×則上式可變成：
對準穩定，則變成：
2.3 激光熱處理瞬態溫度場快速算法
通常，激光熱處理是一個短暫的過程，熱影響局限于材料的表層，同時，由于材料在激光掃描后基體對表層熱能的迅速擴散是使表層完成淬火過程的原因，所以只要研究光束在臨近區域的溫度變化，就可以有效的預計熱處理的結果。因此在光束臨近區域并與光束共同運動的動坐標中對問題進行討論。
在半無限大均勻的介質上建立三維直角坐標系，坐標指向材料的內部，如果材料表面存在速度v沿著x方向運動的單位強度點熱源，并在與光源共同運動的動坐標中溫度分布與時間無關以及光源處于動坐標原點時，溫度場計算公式是：
式中，To為光源與材料相互作用前材料基體的溫度，在觀察時刻t運動坐標系與固定的坐標系的關系為：
按照溫度場的線性疊加性質，功率密度為的面熱源在半無限大介質內激起的溫度場就可以表示為與（1）式右端的卷積為：
沿用以上的推導公式，在t=0時開始在原點處引入一單位強度點熱源，此后熱源以速度v沿著x軸正向運動，在介質的熱物性參數與溫度無關，表面滿足絕熱邊界條件的情況下，時刻t介質的溫度長Ti（x，y，z）可以寫為：
（上式中，為介質的熱擴散系數；k為介質的導熱系數；t為熱作用時間；To為t=0時刻介質的初始溫度分布（K）；是函數。
關鍵詞：激光打孔，旋切法，重鑄層，旋切路徑，旋切速度，旋切圈數
中圖分類號：TG665
文獻標志碼：A
文章編號：0253-987X（2015）03-0095-09
激光是光的受激放大輻射，與其他光源相比具有極好的方向性、極高的亮度和相干性。聚焦后的激光束作用于材料表面，可引起靶材發生熔化、氣化、焦化、噴射或燃燒等現象，使材料表面出現質量遷移，這種激光燒蝕效應可以被用來進行激光加工（刻蝕、焊接、打孔、切割等），而且具有高效、高精度、高質量、應用范圍廣、節能環保等特點，并能實現柔性加工和超微細加工。激光加工技術在汽車、航空航天、微電子、鋼鐵冶金等領域已得到了廣泛的應用，在有些行業已經達到了較高的水平。
微小孔在制造業中有很大的需求量，如汽車噴油嘴噴孔、航空發動機熱端部件的海量氣膜冷卻孔、噴墨打印機噴頭等，而現有的加工技術，如電花火加工和電解加工，或是已經無法滿足更高的工業要求，或是效率太低，而激光加工能夠以更高的效率加工出孔徑更小、質量更好的微小孔。在西方發達國家的企業，如美國的GE公司、英國的羅羅公司，激光微小孔加工技術已經被非常成功地應用于航空發動機的制造中，然而，這些技術被嚴格封鎖，成為制約我國工業制造技術發展的瓶頸。
目前，國內激光加工微小孔技術的研究還存在諸多未解決的問題，其中2個重要的問題就是孔形優化和孔壁重鑄層，相比之下，后者更不易解決。重鑄層是激光加工中熔化后的材料未被完全排出而冷卻粘結在孔壁上的殘余熔化物，因為冷卻速度過快，熱應力會導致重鑄層中出現微裂紋，在一定條件下這種微裂紋會在零件服役過程中向基體內部擴展，這對整機設備的安全性是一種潛在的嚴重威脅。
本文的工作主要針對孔形優化和孔壁重鑄層展開。在激光參數優化方面，大量已公開的文獻資料表明，更窄的激光脈沖寬度和更高的峰值功率有助于加工出重鑄層更小的微小孔。本課題組前期的研究結果也證實了一點。Chien等人利用正交優化方法在718鎳基合金材料上對包括旋切速度、輔助氣壓、脈沖能量在內的8個激光加工參數進行了優化研究，加工出了最小重鑄層厚度為38μm的微小孔，并且認為重鑄層厚度會隨旋切速度的降低而減小。然而，他們給出的最佳旋切速度是1.25mm/s，這與本研究得到的結果相去甚遠。此外，他們還認為重鑄層在孔入口的厚度比在其他孔深位置的都要大，這也和本文的發現有很大的出入。文獻[7，9]關于輔助氣壓的結論為本研究提供了有益的借鑒。Zhang等人研究了在激光打孔過程中材料發生的氣化、熔化和熱傳導等現象，指出了加工中因熱傳導損失的熱量對孔質量的影響。文獻[11-12]表明，在長脈沖（如毫秒脈沖）激光微小孔加工過程中，材料的總去除量中液態噴濺占了相當大的比例，根據光強和材料的不同，這個比例能高達70%，這既解釋了為什么毫秒激光加工的孔重鑄層一般都很厚，也為本文的減小重鑄層研究提供了原始理論依據。
1激光打孔方式
脈沖激光打孔方式可分為沖擊式（叩擊式）、旋切式、螺旋式3類，如圖1所示。定點沖擊式加工是在加工過程中激光束與工件位置相對靜止，在一系列脈沖能量沖擊下完成小孔加工，孔徑接近光斑尺寸。與其他方式相比，這是最基礎也是最快的一種激光打孔方式，但孔的質量直接受到光束質量和聚焦光學系統的影響，一般加工出的小孔熱效應明顯，精度和孔壁質量均較差。旋切式加工是利用聚焦光束在工件表面做圓周運動，切除圓內多余材料后形成小孔，加工過程中焦點位置在軸向保持不變。這種光束旋轉可以通過2個機械直線軸差補運動的形式實現，也可以通過旋轉光學棱鏡系統實現：前者適合于各種類型的激光器，原理上可以加工任意孔徑的小孔和異形孔；后者多用于納秒級和更短脈沖的激光器，且只能加工一定直徑范圍內的圓孔。由于旋切加工過程更有利于熔融物質排出，孔壁熱影響區和重鑄層相對較小，因此孔質量較高。螺旋式加工是在旋切加工的基礎上加入了焦點位置漸近地向工件內部運動的加工方式，這樣加工出來的孔的精度和圓柱度更高一些，但工藝相對較復雜，在大能量激光孔加工中應用較少。
本文結合各加工方式的特點和實驗室條件，選擇以旋切法為研究對象開展工藝優化研究。
2實驗裝置
采用英國GSI公司專門為打孔用途設計生產的JK300D型Nd：YAG燈泵浦固體激光器，最大平均輸出功率為300W，最大峰值功率為16kW，脈沖寬度從0.2ms到5ms連續可調，波長1.06μm。該激光器的優點是加工效率高，穩定性好，不需要苛刻的操作環境，因此非常適合工業應用，但缺點是加工過程存在較嚴重的熱影響，如采用沖擊式直接加工的微小孔，孔壁重鑄層厚度在50μm左右。激光能量通過光纖傳至激光頭，激光頭固定在一臺自制的五軸（3個直線軸，2個旋轉軸）精密運動控制平臺上，其單軸直線定位精度為5μm，重復定位精度為3μm，可在X-Y、X-Z、Y-Z 3個平面內做任意曲線差補運動。可通過旋轉激光頭來改變光束與樣品表面的夾角，而且可從激光頭腔體內吹出與光束平行的高壓輔助氣體（本文采用壓縮空氣）。圖2為實驗用的激光加工系統示意圖。
3旋切路徑優化實驗
激光旋切法加工微小孔其實就是一種走刀路徑為圓環的激光切割。由于激光加工的特殊性，不同的光束路徑會對孔形產生不同的影響。
3.1邊緣起點旋切法
一般的旋切法是直接從圓周上的某一點開始，完成旋切后回到起點，如圖3a所示。這種加工路徑的優點是操作簡單、效率高，但是存在一個缺陷，就是容易在孔邊緣產生一個如圖3b所示的缺口。
孔緣產生缺口的原因很可能是加工開始時第一個激光脈沖的前沿與材料表面相互作用的特殊性造成的，因為第一個脈沖與材料發生作用時，材料溫度較低且表面平整，材料對激光的反射率很高。Kar等人的研究也表明，激光與金屬材料作用的起始初段，材料對激光的反射率很高，但是當材料表面溫度超過熔點時，反射率會迅速降低，他們推薦的此時適合的吸收率為85%。反射率高意味著材料需要更長的時間才能吸收足夠的熱量達到熔點，這同時也意味著熱量可以在材料內部通過熱傳導傳播更遠的距離。所以，當輻照范圍內的材料達到熔點后，較小的溫度梯度就會導致光斑范圍外的一部分材料也發生熔化，這時在氣化壓力和輔助氣流的作用下，液態材料被排出，所產生的小孔的孔徑必然大于光斑直徑，在旋切加工中，這種較大的起始孔徑就會成為孔緣上的缺口。
對于以上分析，本文通過2個實驗進行驗證：一個是孔徑無限大的旋切實驗，即直線切割；另一個是隨機出光旋切實驗。圖4和圖5分別是這2個實驗結果的掃描電子顯微鏡（SEM）照片。從圖4中可以看出，起點處明顯有一個已成型的小孔，其直徑大于隨后切割時的線寬。如果將實驗中的路徑首尾相連，則起點處自然就形成一個缺口。圖5中6個小孔邊緣均出現了缺口，而且出現的位置不一樣，這是因為在實驗中是先讓運動平臺開始旋轉，然后再隨機手動開啟激光快門開始加工。缺口位置的隨機分布也證明了缺口是由于激光加工中的第一個脈沖造成的。
3.2圓心起點旋切法
為了避免旋切加工的小孔孔緣出現缺口，就必須改變旋切路徑，因此進行了以圓心為起點的旋切加工實驗。路徑形式如圖6a所示，即激光在圓心位置開啟，先通過沖擊方式鉆出一個小孔后，向預設孔邊移動，然后開始旋切，完成加工后光束又回到圓心位置。實驗結果如圖6b所示，可以看出，這種路徑加工出的小孔孔緣完整，缺口已經消失。因此，以圓心為起點的旋切路徑是一種比較好的選擇，本文在接下來的實驗研究中將采取這種旋切路徑。
此外，文獻[15]中采用沿與孔內壁相切的引入線開始旋切加工，也得到了孔緣完整的微小孔，見圖7。這2種引入線的加工效果無明顯差異，但相比之下前者的工藝操作性更簡單一些。
4不銹鋼材料上關于孔壁重鑄層的旋切加工實驗與結果
304不銹鋼是一種綜合性能良好的常用不銹鋼材料，具有耐高溫、耐腐蝕、加工性能好的特點，被廣泛應用于制造有較高要求的設備和零件。本文計劃先在不銹鋼材料上進行規律探索實驗，然后將所得規律移植到一種性能優越的高溫超合金――定向結晶鎳基合金DZ445。實驗中所用樣品的厚度均為2mm。
激光旋切加工微小孔工藝中涉及2個重要的參數：旋切速度和旋切圈數。旋切速度指光束繞圓心旋轉的線速度；旋切圈數指光束繞圓心旋轉的圈數。本文將從實驗與理論2個方面研究這2個參數對孔壁重鑄層厚度的影響規律，而激光參數和其他輔助條件則根據本課題組前期的研究經驗和前述相關文獻的報道，設定為實驗室條件所能達到的最佳值，且在本文實驗中均保持不變。具體參數如下：脈寬為0.2ms；峰值功率為16kW；脈沖能量為3.2J；頻率為70Hz；離焦量為-0.1mm；輔助氣壓為1MPa。
4.1旋切速度
首先在304不銹鋼上進行了不同旋切速度的微小孔加工實驗，旋切速度依次設為0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9和1.1mm/s，每個速度下重復加工3個孔，每孔旋切2圈，光束與工件表面的夾角為90°，即光束垂直于工件表面。加工完成后，對樣品進行打磨拋光和金相腐蝕，然后用金相顯微鏡觀察并測量孔壁重鑄層厚度，求出各個速度下厚度的平均值。圖8所示為重鑄層厚度隨旋切速度變化的折線圖，從中可以看到，隨著旋切速度的增加，重鑄層厚度明顯變大，特別是在0.1至0.3mm/s之間最為顯著，而當旋切速度小于0.1mm/s或大于0.5mm/s時，重鑄層厚度的變化趨于平緩。由圖8還可以看出，不同的旋切直徑對重鑄層厚度基本沒有影響。圖9所示是旋切速度為0.1和0.3mm/s時加工的小孔的金相圖。
在實驗中還發現了一種現象，就是當旋切速度過低時，小孔邊緣會出現如圖10所示的裂紋，而且隨著旋切速度的降低，裂紋現象會變得更加嚴重。這意味著，通過降低旋切速度來減小重鑄層是有限度的。在本實驗中，未出現孔緣裂紋的最小旋切速度是0.1mm/s，此時的重鑄層厚度平均值為2.8μm。
4.2旋切圈數
為了明確旋切圈數對孔壁重鑄層的影響，保持旋切速度為0.3mm/s不變，進行了旋切圈數為1到10的單因素實驗，每個旋切圈數加工3個孔，然后對樣品進行打磨、拋光、金相腐蝕，再用金相顯微鏡觀察并測量每個孔的重鑄層厚度，最后求出每個旋切圈數下的厚度平均值。圖11為重鑄層厚度隨旋切圈數的變化情況，可以看出，總體上重鑄層厚度是隨著旋切圈數的增加而下降的，而下降速度在旋切圈數為2～6的范圍內最為顯著，之后趨于平緩，基本穩定在4μm。從圖12可以看到，旋切8圈所得小孔的重鑄層厚度明顯小于旋切2圈的厚度。
同樣，隨著旋切圈數的增加，小孔邊緣也出現了類似圖10的裂紋，并且裂紋長度和密度呈迅速增加的趨勢。圖13是對旋切圈數分別為1、3、5、7、9的小孔邊緣的裂紋長度進行測量后繪制的孔緣裂紋總長度平均值曲線，其中虛線為數據點的多項式擬合曲線。
5鎳基合金材料上關于孔壁重鑄層的旋切加工實驗與結果
材料屬性的差異會導致不同的激光加工結果。為了使實驗數據更貼近工程實際并驗證上述實驗中發現的規律，在不銹鋼材料實驗的基礎上，針對厚度為2mm的DZ445定向結晶鎳基合金進行了類似實驗。這種材料常被用來制造有較高質量要求的燃氣輪機渦輪葉片。
5.1初步實驗
在系統地開展實驗前，首先嘗試進行了旋切速度為0.05mm/s、旋切4圈的微小孔加工，結果顯示孔邊緣并沒有出現不銹鋼實驗中的微裂紋，這說明在高溫性能更加良好的鎳基合金材料上，通過減速增圈來減小重鑄層的方法仍然是有效的。因此，選擇0.05、0.1mm/s 2個旋切速度分別與5至10的6個旋切圈數配合進行正交實驗，其他參數不變。為了減小實驗誤差，每組參數仍然加工3個小孔，經過金相處理和測量后，分別求出各參數組下孔的入口和出口重鑄層厚度的平均值，然后進行統計分析，結果如圖14所示。從圖中可以觀察到以下特點：
（1）孔壁重鑄層的厚度隨著旋切圈數的增加而減小；
（2）較低的旋切速度可以加工出重鑄層更薄的微小孔；
（3）小孔出口的重鑄層厚度普遍比入口的大。
另外，對此次實驗中所加工小孔的入口孔徑也進行了測量與分析，結果如圖15所示。從圖中可以看到，不同的旋切速度和旋切圈數對孔徑基本沒有影響。本次實驗中的最小重鑄層出現在旋切速度為0.05mm/s、旋切10圈的小孔的入口處，厚度約為12.6μm。與相同參數的不銹鋼實驗情況相比，鎳基合金材料上的重鑄層要厚很多，但是所有小孔邊緣都沒有出現微裂紋，這更證明了DZ445鎳基合金的特殊性。
5.2深化實驗
鑒于初步實驗的結果，繼續進行了更大參數范圍內的加工實驗，旋切速度降低到0.01mm/s，旋切圈數擴展到16。對樣品進行金相處理和測量后，結果如圖16和圖17所示。為了更清楚地反映實驗結果的整體變化趨勢，對每組數據均進行了線性擬合。圖16為不同旋切速度和旋切圈數下所加工小孔的孔壁重鑄層厚度變化情況，總體而言，旋切速度為0.01mm/s時所得小孔的重鑄層厚度小于0.05mm/s時所得的重鑄層厚度，而且0.05mm/s時的重鑄層厚度隨著旋切圈數的增加而下降，但是0.01mm/s時所得的重鑄層厚度卻不隨旋切圈數的增加而變化。圖17是根據4.1節實驗中的部分數據與本節實驗中的部分數據綜合繪制出的在不同旋切圈數和旋切速度下所加工小孔的入口重鑄層厚度變化趨勢圖，從中可以很清楚地看到：重鑄層厚度隨著旋切速度的降低而減小；旋切圈數的增加也會使重鑄層減小，但是這種趨勢隨旋切速度的降低逐漸開始收斂，這和圖16中觀察到的情況一致。圖18a、18b分別為旋切速度為0.03mm/s、旋切6圈和旋切速度為0.01mm/s、旋切14圈所得小孔的入口金相圖，可以直觀地看出不同旋切速度和旋切圈數對孔壁重鑄層的影響，其中圖18b也是實驗中的最小重鑄層孔，重鑄層厚度約為4.8μm。另外，當旋切速度為0.01mm/s、旋切圈數超過14時，孔邊緣只出現了少量裂紋。
6旋切加工中重鑄層厚度變化的機理
深圳光韻達光電科技股份有限公司（簡稱：光韻達 SZ 300227）主營激光模板與精密金屬零件產品的生產銷售并提供柔性線路板激光成型、激光鉆孔兩類服務。公司以精密激光應用技術研究為基礎，致力于用精密激光加工手段取代電子產品的傳統制造工藝，并突破傳統制造工藝的局限，以實現電子產品的高集成度、小型化和個性化，已成為電子信息產業的精密激光創新應用商。公司是國內最早采用精密激光技術生產SMT模板的企業之一，也是最早采用紫外激光技術進行柔性線路板成型服務的企業。
堅持自主創新 確立技術優勢
光韻達堅持“以市場為導向”的原則，根據現有市場和潛在市場需求來確定研發方向，實行研發與業務相結合，將研發融入企業營運，加強研發的戰略職能作用，使研發部門成為重要的功能性部門。在配合業務的同時，公司還注重研發的“專業性發展與橫向聯合”，并做相應的技術儲備。目前公司建立了以電子、紡織、醫療應用產品為重點的研發方向，并確立了一整套行之有效的研發管理制度和流程。公司采用國際先進的集成產品開發（IPD）模式，采取項目管理和跨部門團隊合作方式，將研發活動納入企業營運體系，使研發工作與業務開展相銜接，整合了不同部門的人力和技術資源，提高了部門之間的分工協作效率。同時，公司借助外部優勢資源聯合開發，在與德國、美國、日本等激光技術先進國家同行的經常流中，及時掌握激光應用技術的新動向。公司充分發揮研發人員創新能動性，現已獲得22項具有自主知識產權的專利技術成果。近兩年來，公司每年的研發投入占主營業務收入5％以上，不斷推出新產品，實現了業績的快速增長，保持了在行業中的領先地位，用技術強化了企業的核心競爭力。
擁有多項行業領先的核心技術
光韻達將研究成果與世界先進的精密激光加工設備相結合，轉化為符合自身發展需要且滿足客戶差異性需求的先進制造系統。公司目前已經具有多項行業領先的核心技術，其中應用產品包括：激光模板、精密金屬零件、柔性線路板激光成型以及激光鉆孔四類。 近三年，該四類產品的收入占營業收入的比例分別達到75％左右。其中，激光應用技術數據庫是公司最重要的核心技術，該技術具有獨特性和自主創新性，數據庫中的科研成果具有通用性和平移性。激光應用技術數據庫的建立，能夠有效支持產品的工藝設計環節，使公司具有更強的高難度設計開發任務承接能力。尤其可以有效縮短新產品試驗流程、加快新產品開發速度，是公司把握市場機遇的技術保障，使公司具備了更強的市場進入和新興市場開拓能力。目前，電子信息產品制造業普遍采用SMT工藝進行生產，其中30%的產品質量問題是由于PCB印刷質量缺陷所致，而PCB印刷質量需要靠高品質的SMT模板來保障。公司創新性的將超聲波拋光技術應用到精密激光加工產品的拋光中，通過與常州密鐳合作，開發出新型超聲波拋光設備，公司享有該設備獨家購買權。
營銷布局合理 知名品牌贏客戶
光韻達成立以來，即把貼近市場和客戶建立經營網點、確立網點布局作為公司重要經營策略。目前，公司已在電子產品制造商集中的珠三角、長三角和環渤海經濟區的深圳、蘇州、天津、廈門、杭州等14個城市建立了16個激光加工站，形成了以深圳、蘇州、天津為中心其他城市作為補充、重點服務于珠三角、長三角和環渤海經濟區的電子制造商，并能夠為全國絕大部分客戶提供及時方便的個性化服務。“光韻達”品牌是深圳知名品牌，并被中國電子商會評為中國電子企業最具潛力品牌。公司2008年～2010年連續三年被廣東省電子學會SMT委員會授予“中國SMT最佳用戶服務獎”，經過多年市場拓展培育，公司的技術水平和市場認可度不斷提高。公司為華為、中興、富士康、比亞迪等1000多家國內外知名電子企業提品和服務，國際EMS50強企業中的30多家與公司建立了長期穩定的戰略合作伙伴關系，成為公司穩定的優質客戶。客戶資源是公司現有業務發展的有力保障，也是公司未來產品向多樣化發展的基石。基于客戶與公司長期合作的信任，客戶更容易接受公司的新產品和新服務，為公司持續發展帶來了更多的機遇。
2008、2009、2010年，光韻達實現營業收入分別為：7539萬元、8417萬元、11383萬元，凈利潤分別達到：1361萬元、1462萬元、2414萬元。公司本次IPO募集資金主要用途：精密激光綜合應用產業化基地項目；激光應用技術研發中心及ERP系統建設項目。預計募集資金投資項目的實施將進一步擴大公司產品市場份額、提升產品層次、增強盈利能力，并實現公司的跨越式高速發展，從而進一步增強公司的核心競爭力。
【關鍵詞】連續激光器；不銹鋼薄板；激光切孔
0 引言
激光打孔技術利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料氣化，從而去除材料實現打孔[1-2]。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有優越性，是激光加工的主要應用領域之一[3-4]。本文采用連續激光器對0.3mm厚度的不銹鋼進行激光切孔研究，主要分析激光功率、切割速度、加速度/減速度和調制頻率對孔徑質量的影響。
1 實驗設備
實驗用光纖激光切割機是利用光纖激光器產生一定功率和能量的連續激光，通過設置控制軟件，將連續激光調制成脈沖光，再通過光學系統垂直入射到加工工件表面，由微機控制工作臺的移動，實現各種形狀的切割，連續光纖激光切割機示意圖如圖1所示。
實驗材料為0.3mm厚的不銹鋼鋼薄板，激光器波長為1.06um，最大功率500w，聚焦鏡焦距50mm，聚焦后光斑直徑為0.05mm，切割孔直徑的大小為0.5mm。
圖1 光纖激光切割機示意圖
2 工藝試驗
2.1 激光功率對孔質量的影響
不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30mm/s，加速度/減速度10mm/s。圖2給出了功率對孔大小影響的試驗曲線，激光功率小于10%時激光不能將0.3mm厚的不銹鋼鋼板打孔，隨著功率的增加孔徑逐漸增大，當功率值增大到50%時，孔表面氧化變嚴重，并下孔徑出現明顯的沾渣，因此，在做小孔打孔的時候不能選擇太大的功率，此參數下30%的功率效果較好。
圖2 功率對孔大小的影響
2.2 切割速度對孔質量的影響
不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，加速度/減速度10mm/s。速度太低光斑重疊的太多，導致表面氧化嚴重，并且邊緣不平整，粗糙，有殘渣，如圖3（a）所示。速度增大效果變好，但不能太大，速度太大達不到鋼板氣化點，不能完整的切除小孔，速度在50 mm/s左右切割質量較好，如圖3（b）所示。
圖3 功率對孔質量影響對比圖
2.3 切割加速度/減速度對孔質量的影響
不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s。隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，孔反面光滑度變差，會出現明顯的殘渣；加速度/減速度達到50mm/s時，邊緣明顯看到齒狀，如圖4（b）所示。該參數下，加速度/減速度應選擇40以下較好，如圖4（a）所示。此參數下，加速度/減速度10mm/s的時候效果相對最好。
圖4 加速度/減速度對孔質量影響對比圖
2.4 調制頻率對孔質量的影響
不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s，加速度/減速度10mm/s。調制頻率太低，孔徑邊緣氧化比較嚴重；隨著調制頻率的增加，氧化現象得以改善，調制頻率取1-1.5之間時有氧化現象少，小孔邊緣光滑平整，反面掛渣很少；調制頻率繼續增大，氧化現象開始明顯，邊緣變粗糙。此參數下，調制頻率大概在1-1.5之間效果較好。
3 結論
利用連續型光纖激光器對0.3mm厚的不銹鋼薄板進行打孔試驗，試驗參數中，激光器功率、切割速度、加速度/減速度和調制頻率對孔的質量影響都比較大，對于這種薄板，進行切割小孔時，功率不能太大，否則小孔邊緣氧化比較嚴重，隨著功率的增大，小孔直徑也將增大；隨著速度的增大，小孔質量變好，但是速度不能太大，否則不能切透；隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，其值過大會導致孔邊緣明顯看到光斑形狀，且氧化比較嚴重。激光器的調制頻率也不能太小或太大，否則孔邊緣氧化嚴重，而且粗糙。因此，在實際工作中，應該將多個因素進行考慮。經過以上實驗總結，最后得到相對較好的參數為功率40%，調制頻率1，占空比40%，速度30mm/s，加速度和減速度20mm/s。
【參考文獻】
（上接第23頁）[1]張永康，周建忠，葉云霞.激光加工技術[M].北京：化學工業出版社，2004.
[2][日]金岡優.激光加工[M].北京：機械工業出版社，2005.
[關鍵詞]激光刻印 噴墨刻印
中圖分類號：G84 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0380-01
一、激光加工的特性
所謂激光（LASER）最初的中文名稱叫做“鐳射”、“萊塞”，是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation取上述單詞的第一個字母而得，是“誘導放射出的增幅的光”之意。激光的英文全稱已經完全表達了制造激光的主要過程，是人工增強光的裝置，但又不僅僅是簡單的增強，而是能放射出良好品質的人工增強光。
光是擁有能量（熱能）的，但是從自然光得到的熱能（溫度）是有限的。因此，作為為充分得到能量的手段，人們發明了激光。
激光與自然光、熒光燈等相比具有以下光學特性：
1.指向性
激光具有向同方向發光，光不容易擴散，激光束的發散角很小，幾乎是一平行的光線，激光照射到月球上，形成的光斑直徑僅有1公里左右；而一般的光向各個不同的方向發光，為了將普通光沿某個方向集中起來常使用聚光裝置，即便是最好的探照燈，如將其光投射到月球上，光斑直徑將擴大到1000公里以上。
2.單色性好
普通光源發射的光子，在頻率上是各不相同的，所以包含有各種顏色。而激光發射的各個光子頻率相同，因此激光是最好的單色光源。由于光的生物效應強烈地依賴于光的波長，使得激光的單色性在臨床選擇性治療上獲得重要應用。
3.干擾性好
由于受激輻射的光子在相位上是一致的，再加之諧振腔的選模作用，使激光束橫截面上各點間有固定的相位關系，所以激光的空間相干性很好（由自發輻射產生的普通光是非相干光）。激光為我們提供了最好的相干光源。正是由于激光器的問世，才促使相干技術獲得飛躍發展，全息技術才得以實現。
4.能量集中
因為指向性明確，光電容易聚合和在一起，因此能量的集中度就高。而一般光伴隨著光的前進，能量會減少。激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍，是目前最亮的光源，強激光甚至可產生上億度的高溫。激光的高能量是保證激光臨床治療有效的最可貴的基本特性之一。利用激光的高能量還可使激光應用于激光加工工業及國防事業等。
二、傳統刻印方式與激光刻印機的對比
商品編碼、文字以及條形碼的標刻，在激光打標機加工運用廣泛之前，通常采用手工加工、機械刀鋸和噴墨等傳統加工方法，其中又以噴墨刻印的方式應用最為廣泛。這些方法加工有一個共同的缺點，就是加工的標識會因為時間和環境的因素，使之消退。這以現狀給生產加工帶來了許多不便，激光打標機的加工具有永久性，不易磨損，不會因為環境和時間的長短而導致加工效果變差。
將激光刻印與傳統噴墨刻印從以下方面進行對比：
1.防偽效果
激光噴碼機可令標記直接刻印在產品表面上，既可劃線式又可點陣式，視覺效果獨特且清晰永久，不可擦除和更改，防偽效果明顯。墨水噴碼機一般是通過墨水附著在表面來實現的，標記效果雖然清晰，但易擦除和更改，所以一般的墨水噴碼機防偽效果不佳。
2.生產效率
激光噴碼機是采用激光標記，生產效率高。墨水噴碼機采用在線式生產無停頓，生產效率較高。但是某些墨水噴碼機偶爾會有墨水堵住噴頭等情況發生，影響生產的進程。
3.靈活性
激光噴碼機的打印內容可包含序列碼、批號、英文、中文、數字、LOGO、條形碼、系統生成的數碼等。墨水噴碼機只能噴寫英文、中文、數字、LOGO一些簡單圖案等，但打印的行數和字體的大小受到限制。
4.可靠性
激光噴碼機可全天連續工作，性能穩定，故障率較低。由于環境溫濕度及灰塵的變化會導致堵塞噴頭，因此墨水噴碼機的故障率相對較高，性能欠穩定，維護工作量大。
5.初始投資及運營成本
激光噴碼機在購買時價位與墨水噴碼機相比較高。但激光噴碼機的運營成本極低，設備可長期免維護運行無須耗材。墨水噴碼機耗材用量大，且更換噴頭及其他附件費用高昂，需專門維修人員同時耽誤生產進程，給公司造成更重的損失。油墨噴頭很容易堵塞，而更換噴頭及其他配件費用則價格更高。還需增設專門維修人員。經常性的無計劃停產造成的間接損失更大。而激光打標機加工則只需要電力的支持。相對于噴墨加工來說，激光打標機的成本更低。
6.數據處理能力
激光噴碼機的控制主機直接采用工控計算機，具有強大的數據處理能力，有強大的通訊接口可獲得各種大量的信息內容。墨水噴碼機僅僅采用單片機控制，數據處理能力有限。
三、激光在藥品生產中的應用
激光打碼機的應用非常廣泛，可以在不同材質和各種形狀物體的凹凸、弧面上打碼，適用材質廣泛，包括金屬、塑料、玻璃、搪瓷、薄膜尼龍袋等。其操作簡單，質量可靠，打出的圖案清晰美觀，可適用在食品、罐頭、飲料、化妝品、電器、制藥等行業產品上進行出廠日期、保質期、批號、條碼、圖案、公司名稱LOGO、二維碼等打碼。
隨著激光技術的發展，激光打標已經在我們生活中隨處可見，例如塑膠透光按鍵、IC芯片、食品醫藥包裝、數碼產品、精密機械、珠寶首飾、潔具、量具刃具、鐘表眼鏡、電工電器、電子元器件、五金飾品、汽摩配件、醫療器械、建材管材等產品標識和生產日期、序列號。在醫療行業中的應用更是急速發展：
四、激光刻印在應用中的不足
1.有些材質存在著激光加工困難的情況，因此需要確認是否能夠使用激光照射印字加工。
2.印字后不一定顯示出顏色。印字的顏色等是有激光特性和材質的不同來決定的，由于激光機本身波長是一定的，所以產品的材質決定著發色的效果，發色的自由度較小。
3.有必要實行安全措施。由于目前使用的激光打標機多為4級激光，屬于危險性設備，對人員的皮膚及眼睛都是有一定損傷的，所以必須對設備進行安全設施的安裝與實施。
4.激光刻印的同時會產生一定的煙霧或粉塵，對醫藥行業的生產環境要求產生影響，且在刻印不同材質的同時會產生不同的有毒有害物質及氣體，比如含有氯化物的物質對設備及人體都回產生化學損傷，陶瓷類產品刻印后會產生尖銳粉塵顆粒，進入肺中不易排出等。所以必須在刻印同時增加局部工業級吸塵器進行過濾。
虛擬樣機產品涵蓋了真實產品的全部關鍵特性,是產品的多領域數字化模型的集合,而虛擬樣機技術就是一種以虛擬樣機為基礎的數字化設計方法。為降低成本,提高效率,我們就需要從源頭抓起,在產品研發的初始期就應盡早發現產品設計的缺陷,在開始便加以改善,而通過對虛擬樣機技術的運用,就可以快捷高效地達到該目的。相比較于傳統的技術,虛擬樣機技術更注重系統性,包括產品的整個生命線,對于各領域的虛擬化起到協同作用。在該技術領域內,研究的主要是創新設計方法和虛擬樣機仿真技術,在此基礎上進一步研究有關于新產品的開發與應用,已在方案的創新設計、修改、整機性能預測等多個方面進行了應用。
2、多軸聯動復合數控機床的新型研發
多軸聯動復合數控機床憑借其高精度,優工藝以及廣用途,得到了愈來愈多的業界人士的高度關注,研制開發出了多類型具有不同作業功效的合成型數控機床。而比較具有代表性的多軸聯動復合機有六軸聯動混聯數控機床、六軸聯動臥式復合數控機床、五軸聯動復合激光加工機床,以下對其進行逐個淺析。
(1)六軸聯動混聯數控機床所謂混聯機床就是將串聯與并聯原理相結合。串聯原理,具有大作業尺度、簡潔運動算法的優越性;但其各軸的運動誤差積累、懸臂結構難以達到更高的剛度、運動件質量過大就會影響速度的提升。而并聯機構則有效地彌補了串聯機構的缺點,運動誤差不累加,剛度也較高運動件質量小,速度快。將這兩者相結合的混連數控機床取其利,去其弊,其發展與應用前景都值得期待。
(2)六軸聯動臥式復合數控機床HC80絕大部分的工序在一次裝夾過程中就可以完成,特別是對于有相對位置要求的工序。這種設計解決了物流長度過長、基準轉換過多,定位誤差過大,工裝夾具數量過大,占地面積過大,新產品實驗周期過長等一系列重大問題。可以有效地提高了生產效率。
(3)五軸聯動復合激光加工機床SLC-1是以三軸聯動復合激光加工機床為基礎,進行的進一步的開發研究成果,可實現空間復雜曲面激光淬火、激光切割、激光焊接等激光加工。在創新過程中,將五軸和三軸的本質區別作為了一個重點考慮方向。三軸加工時,在工件坐標系中其刀具周線固定不變;而五軸加工中卻做了相應的創新改變,刀具軸線設計成了相應變化的,既保證了加工質量也提高了切削效率,同時避免其它因素的影響。但需要注意的是,自主研發的開放式數控系統,隨著網絡復雜程度的增加所需求解的非線性優化問題也會復雜化,我們需要選擇最佳的網絡結構。隨著復合加工技術的發展大跨步發展,出現了多種組合的復合加工機床,有效地提高了加工效率。
3、機器人創新開發
機器人主要分為固定機器人和移動機器人兩大類。其中的移動機朱志榮陜西榮天電氣有限公司719000器人又可再分為輪式移動機器人、履帶式移動機器人、步足移動機器人。自動導航輪式移動機器人包含了輪式移動機構和作業操作機構。而對于只含輪式移動機構的AGWMR也可將其稱之為“自動導航車”。
(1)自動導航輪式移動物流機器人研發的輪式移動機器人主要分為兩類:①2自由度和3自由度的AGV,導航方法包括視覺、超聲波、無線遙控、激光掃描、陀螺、電子羅盤;②物流AGWMR,是由輪式移動機構和作業機器人相結合,其移動機構與AGV一樣,1~6個自由度的物流作業機器人組成了作業部分。
(2)自動導航牽引車AGT50AGT50是輪式移動機器人,具有牽引移動功能,5000N的牽引力可以拖動多輛無人駕駛的拖車行駛。其導航方式與AGV相同,可作為參考選擇配置。其自主開發的開放式數控系統,可以根據現實情況智能性選擇可開環控制或閉環控制;其自動校正定位功能使作業更安全準確。
(3)作業機器人目前研發的作業機器人主要分為四大類,分別為:噴漆機器人、焊接機器人、切削機器人以及檢測機器人。其中焊接機器人采用激光焊縫跟蹤技術,而噴漆機器人采用的則是軌跡規劃技術。在大尺寸長距離的情況下進行作業時,如大型罐、大型集裝箱、長管道等的噴漆、焊接、局部切削加工及檢測作業,上述機器人可以獨立進行作業或者與AGV組成輪式移動運動機器人進行作業。為滿足大尺寸、長距離情況下的作業位置和姿態定位要求,可將AGV與作業機器人自身位姿定位相結合,因為輪式移動機器人的作業精度低于上述作業的精度要求。
