由于激光具有方向性好、高能量和单色性好等一系列优点，自60年代初问世以来，就受到科研领域的高度重视。激光技术推动了诸多领域的迅猛发展，应用范围越来越广，在加工领域中的应用成果尤为显著。

学术分类

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为以下9个方面：

1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统；

2.激光加工工艺。包括焊接、表面处理、打孔、打标、微调等各种加工工艺；

3.激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器；

4.激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器；

5.激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器；

6.激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体打孔用YAG激光器的平均输出功率已由400w提高到了800w至1000w。国内比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器；

7.激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主；

8.激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主；

9.激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。

加工系统

激光加工的组成

激光加工有四部分组成，分别是激光器、电源、机械系统。

工作原理

激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔,切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。

到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、

高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。

从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达10(～10(瓦/厘米(，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器和气体激光器。

技术特性

激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在最短的时间内得到新产品的实物。

1、光点小，能量集中，热影响区小；

2、不接触加工工件，对工件无污染；

3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便；

4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。

5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。

6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。

7、精确细致：加工精度可达到0.1mm

8、效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致。

9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。

10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。

11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。

12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。

13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。

应用范围

激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术

，它的范围一般可分为：

1．激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2．激光加工工艺。

发展现状

激光技术与原子能、半导体及计算机一起，是二十世纪最负盛名的四项重大发明。

激光作为上世纪发明的新光源，它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点，已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计，从高端的光纤到常见的条形码扫描仪，每年与激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。我国激光产品主要应用于工业加工，占据了40%以上的市场空间。

激光加工作为激光系统最常用的应用，主要技术包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔、微加工及光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

激光加工设备就是利用激光加工技术改造传统制造业的关键技术设备之一，主要产品则包括各类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等。这类产品已经或正在进入各工业领域。

从全球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%;通信行业排名第二，其所占比重为30.6%;另外，数据存储行业占据第三位，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，对高档汽车车壳与底座、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。

据《中国激光加工设备制造行业产销需求预测与转型升级分析报告前瞻》数据显示近十年来，随着工业激光应用市场在不断扩大，激光加工领域也不断开拓，由传统的钟表、电池、衣扣等轻工行业向机械制造业、汽车制造业、航空、动力和能源以及医学和牙科仪器设备制造业等应用领域拓展，将有效拉动激光加工设备的需求。

2011年，全球激光工业加工设备销售额获得了强劲的两位数增长。据《工业激光解决方案》(ILS)的数据显示，2011年全球激光系统销售收入70.60亿美元，同比增长16%，其中，激光器销售收入19.56亿美元，同比增长18%。

发展应用

激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力，专家们认为，电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。

激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

激光加工技术的应用

已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。

激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。

激光切割技术可广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。准分子激光打标发展起来的一项新技术，特别适用于金属打标，可实现亚微米打标，已广泛用于微电子工业和生物工程。

激光去重平衡技术是用激光去掉高速旋转部件上不平衡的过重部分，使惯性轴与旋转轴重合，以达到动平衡的过程。激光去重平衡技术具有测量和去重两大功能，可同时进行不平衡的测量和校正，效率大大提高，在陀螺制造领域有广阔的应用前景。对于高精度转子，激光动平衡可成倍提高平衡精度，其质量偏心值的平衡精度可达1%或千分之几微米。

激光蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.125～1微米宽的线，非常适合于超大规模集成电路的制造。

激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%～0.002%，比传统加工方法的精度和效率高、成本低。激光微调包括薄膜电阻(0.01～0.6微米厚)与厚膜电阻(20～50微米厚)的微调、电容的微调和混合集成电路的微调。

激光存储技术是利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的一种技术，是信息化时代的支撑技术之一。

激光划线技术是生产集成电路的关键技术，其划线细、精度高(线宽为15～25微米，槽深为5～200微米)，加工速度快(可达200毫米/秒)，成品率可达99.5%以上。

激光清洗技术的采用可大大减少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。

激光热、表处理技术包括：激光相变硬化技术、激光包复技术、激光表面合金化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、激光强化电镀技术、激光上釉技术，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。

激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺,适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲劳强度,国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。

激光包复技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一,具有很好的经济性,可大大提高产品的抗腐蚀性。

激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法,是未来应用潜力最大的表面改性技术之一,适用于航空、航天、兵器、核工业、汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。

激光退火技术是半导体加工的一种新工艺,效果比常规热退火好得多。激光退火后,杂质的替位率可达到98%～99%,可使多晶硅的电阻率降到普通加热退火的1/2～1/3,还可大大提高集成电路的集成度,使电路元件间的间隔缩小到0.5微米。

激光冲击硬化技术能改善金属材料的机械性能,可阻止裂纹的产生和扩展,提高钢、铝、钛等合金的强度和硬度,改善其抗疲劳性能。

激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度,速度比无激光照射快1000倍,对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大义意。使用改技术可使电度层的牢固度提高昂100～1000倍。

激光上釉技术对于材料改性很有发展前途,其成本低,容易控制和复制,有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术,在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。

二、激光加工技术的发展趋势

1.数控化和综合化

把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。

2.小型化和组合化

国外已把激光切割和模具冲压两种加工方法组合在一台机床上，制成激光冲床，它兼有激光切割的多功能性和冲压加工的高速高效的特点，可完成切割复杂外形、打孔、打标、划线等加工。

3.高频度和高可靠性

国外YAG激光器的重复频度已达2000次/秒，二极管阵列泵浦的Nd：YAG激光器的平均维修时间已从原来的几百小时提高到1～2万小时。

市场展望

与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要表现为:高档激光加工系统很少，甚至没有;主力激光器不过关;微细激光加工装备缺口较大;而这些领域我国的生产企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。

预测今后2-3年内，我国销售额将会由2004年的15亿人民币上升翻一倍，也就是说会达到30亿元产值。其原因:

1、国家重视，各级政府部门都在积极关注、规划、立项，多方面资金正在注入。特别是国家强调立项主体由大专院校，科研部门料转到以企业为主，这就促进了企业产品的自主创新，技术升级。

2、国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，采用它可达到“敏捷制造”的水平，满足市场对“个性化”产品的要求。

3、国内已逐步形成了产业群体激光零部件配套企业慢慢补齐，各类具有特色的激光加工系统制造商纷纷建立，国内已形成四个激光加工装备制造的产业带，它们主要分布在华中;珠江三角洲;长江三角洲和京津环渤海经济发达地区。

4、国际上知名的激光加工制造商有的在华投资建厂;有的以国内合资生产，总趋势是纷纷进入，形成国际竞争国内化。

5、国内在主力激光器方面逐步过关，进入市场应用。如大功率轴流CO2激光器，中小功率金属腔射频CO2激光器，半导体泵浦全固态激光器、光纤激光器、及倍频DPL、大功率二极管模块等，正蓄势待发，进入产品化初期，进入市场。为国产激光加工的升值开拓新应用创造条件。

在国内已创立的一片大好形势下，我们殷切期望业内各企业努力创造具有自主创新的产品，尽力避免低价位、低利润率的竞争，使国产设备走上越来越健康发展局势。

就业优势

本专业毕业生面向先进制造、激光成型领域的产品设计、开发、制造和管理，主要从事激光设备（SLS）操作、加工、维护以及激光加工产品销售等工作。既可服务激光设备操作与加工岗位，也可成长为制造工艺师、图形设计师及手板制造工程师等。

随着第三次工业革命“3D”打印技术的到来，激光加工技术作为“3D”打印技术的核心在未来制造行业中起到了举足轻重的作用，对人才的需求也会越来越多。