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激光加工的应用
激光雕刻加工是激光系统常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光镭射打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光雕刻刻蚀等。
原理
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这时就会产生受激，输出大量的光能。
从**激光产品的应用领域来看，材料加工行业仍是其主要的应用市场，占比为35.2%;通信行业排名*二，其所占比重为30.6%;另外，数据存储行业占据*三位，其所占比重为12.6%。
与传统加工技术相比，激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲，对汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接，基本采用的是激光技术。
1、激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工；
2、激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题；
3、工件不受应力，不易污染；
4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工；
5、激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；
6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；
7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。
激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光加工技术主要有以下特的优点：
①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。
②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。
③激光加工过程中无“”磨损，无“切削力”作用于工件。
④可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。
⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种为灵活的加工方法。
⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。
⑦激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。
⑧激光束的发散角可<1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒，同时，大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级，因而激光既适于精密微细加工，又适于大型材料加工。激光束容易控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。

激光切割技术概要及激光切割精度
  激光束聚焦成很小的光点其小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可**过106W／cm2。这时光束输入(由光能转换)的热量远远**过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。切割过程中还添加与被切材料相适合的气体。钢切割时得用氧作为气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。
    大多数**与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割(目前使用的激光切割系统可切割工业用钢的厚度已可接近20mm)。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割(某些难切割材料可使用脉冲波激光束进行切割，由于高的脉冲波峰值功率，会使材料对光束的吸收系数瞬间急剧提高)。
    激光切割刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件 (工件图纸也可修改)，它往往比冲切、模压工艺更被**选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，*修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。
    另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也可发挥其、重现性好的优势。作为层叠模具的**制造手段，由于不需要模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层(热影响区)，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。
 常用工程材料的激光切割
    1.金属材料的激光切割
    虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段1.064um光束的灯泵浦ND:YAG激光器及10.6μmCO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践
    2.非金属材料的激光切割10.6μm波长的CO2激光束很容易被非金属材料吸收，导热性不好和低的蒸发温度又使吸收的光束几乎整个输入材料内部，并在光斑照射处瞬间汽化，形成起始孔洞，进入切割过程的良性循环。
    激光切割的精度
    激光切割的精度由多方面因素组成：
    1、激光束通过聚焦后的光斑的大小
    激光束聚集后的光斑越小，切割精度越高，特别是切缝较小，小的光斑可达0.01mm。
    2、工作台的走位精度决定着切割的重复精度
    工作台精度越高，切割的精度越高。
    3、工件厚度越大，精度越低，切缝越大。
    由于激光光束为锥形，切缝也是锥形，厚度0.3MM的不锈钢比2MM的切缝小的多。
    4、工件材质对激光切割精度有一定影响。
    同样情况下，不锈钢要比铝的切割精度高，切面光滑一些。
激光切割机的切割质量好。切口宽度窄(一般为0.1--0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1--0.4mm,轮廓尺寸误差0.1--0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12.5--25μm)，切缝一般不需要再加工即可焊接。

激光切割穿孔技术
任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基该方法：
⑴爆破穿孔：（Blast drilling），材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆，不宜在要求较高的零件上使用（如石油筛缝管），只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。
⑵脉冲穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还需要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法有以下三种：⑴改变脉冲宽度；⑵改变脉冲频率；⑶同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，*⑶种效果好。
关键技术三
高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是如今工业生产中切割手扳常用的工艺参数。*二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。
综上所述，CO2激光器切割技术正在中国工业生产中得到越来越多的应用,国外正研究开发更高切割速度和更厚钢板的切割技术与装置。为了满足工业生产对质量和生产效率越来越高的要求，必须重视解决各种关键技术及执行质量标准，以使这一新技术在中国获得更广泛的应用。

激光加工在锂电池生产中的应用
与传统的机械加工相比，激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
而锂电池因为其优异的性能，被广泛应用于电子品消费、机动车和能源市场，它的生产技术革新显得尤为重要。
锂电池的生产步骤是典型的“roll-to-roll”过程，需经历两道加工步骤——薄膜到单个电池、以及单个电池组装成电池系统。典型的锂电池有三层薄膜——阳膜、隔离膜和阴膜，如下图所示。
电镀层厚度通常为100 μm，而隔离膜为50 μm。阳膜是镀石墨的铜膜，阴膜是镀锂金属氧化物的铝膜，隔离膜则由聚丙烯和聚乙烯构成。锂电池生产过程：
由于对性、可控性和加工机器的质量要求较高，金属箔分切（foil slitting），金属箔切割（foil cutting），标签清洗（tab cleaning）和隔离膜切割（separator foil cutting）等环节更适合使用激光进行加工。与传统的机械加工相比，激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
金属箔分切（foil slitting）
金属箔分切环节是指根据电池的设计，将一卷金属箔沿长边切成细长条。适用于该环节的是红外脉冲激光，可以高速高质量地分切电镀层。如果对分切宽度和质量有更精密的要求，也可以考虑脉冲绿光和紫外光。
金属箔切割（foil cutting）
金属箔切割环节是指参照电池的设计，将细长条状的阳膜和阴膜切割成需要的形状。根据电池设计不同以及金属箔卷是否完整镀膜，可以选择或调整光束使之切割镀层或仅切割金属箔。该环节适用的激光器与铝箔分切环节相同。
标签清洗（tab cleaning）
特定情况下，需要移除石墨和锂金属氧化物以显露出裸铜或铝箔标签。该步骤的关键在于移除镀膜材料的同时不损害其下方的金属箔。脉冲红外激光适合该环节。
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