激光加工技術(shù)的分類(lèi)與應用
激光加工是激光應用技術(shù)中發(fā)展最快、用途最廣也最具發(fā)展潛力的領(lǐng)域，目前已開(kāi)發(fā)出的具有代表性的激光加工技術(shù)就多達二十余種，它們多應用于工業(yè)材料的加工和微電子等行業(yè)的特種材料與器件的加工。其中已較為成熟的激光加工技術(shù)主要有激光切割技術(shù)、激光打標技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光雕刻技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光表面強化技術(shù)、激光調阻技術(shù)、激光劃線(xiàn)技術(shù)、激光直寫(xiě)技術(shù)、激光快速成形技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光微細加工技術(shù)以及激光修復技術(shù)等。近年來(lái)，這些技術(shù)已得到了廣泛的應用，特別是激光切割和激光打標技術(shù)的應用市場(chǎng)份額較大，兩者之和超過(guò)總量的50%。此外，激光快速成形、超短脈沖激光加工、短波長(cháng)微細加工等新興激光加工技術(shù)發(fā)展勢頭強勁，其工藝也日漸成熟，將逐步占據激光加工市場(chǎng)更重要的位置。下面對上述激光加工技術(shù)特點(diǎn)做一簡(jiǎn)要的介紹。
1.激光切割
激光切割適用于各種金屬或非金屬材料的加工，與傳統的加工方法相比在提高加工效率和加工精度，降低加工成本等方面均具有明顯的優(yōu)勢。從原理上講，大多數的激光加工是利用激光對材料產(chǎn)生的熱效應實(shí)現的，而激光切割則是應用激光聚焦后所產(chǎn)生的高功率密度能量實(shí)現的，與傳統的材料加工方法相比，激光切割具有更高的切割質(zhì)量、更高的切割速度、更好的柔性（可隨意切割任意形狀）和廣泛的材料適應性等優(yōu)點(diǎn)。激光切割是當前各國應用最多的激光加工技術(shù)，在國外許多領(lǐng)域，如汽車(chē)制造業(yè)和機床制造業(yè)都廣泛采用激光切割進(jìn)行各種鈑金零部件的加工。隨著(zhù)大功率激光器光束質(zhì)量的不斷提高，激光切割的加工對象范圍不斷擴大，幾乎包括了所有的金屬和非金屬材料。例如，可以利用激光對高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的金屬材料進(jìn)行形狀復雜的三維立體零件切割，這也正是激光切割的優(yōu)勢所在。
2.激光打標
激光打標是最成功的激光加工技術(shù)之一，也是截至目前涉及面最廣的激光應用領(lǐng)域。激光打標是指利用高能量密度激光對工件進(jìn)行局部照射，使材料表層發(fā)生氣化或變色的化學(xué)反應，從而留下永久性標記的一種標記方法。激光打標可打出各種文字、符號和圖案等，標記的大小可從毫米到微米量級，這對某些產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。針對不同的材料可采用不同的激光器，目前最常用的是CO2激光器和Nd：YAG激光器，光纖激光打標發(fā)展勢頭強勁，市場(chǎng)占有量逐年提升，而準分子激光打標則是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項新型打標技術(shù)，特別適用于金屬材料的打標，由于其處于紫外的短波段，可實(shí)現更為精細的亞微米級尺度的打標，并已廣泛用于微電子行業(yè)和生物工程。
3.激光打孔
激光打孔是得到實(shí)際應用最早的一項激光加工技術(shù)，它具有精度高、適應性強、效率高、成本低和經(jīng)濟效益顯著(zhù)等優(yōu)點(diǎn)，現已成為諸多制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。激光打孔特別適合于高硬度材料的加工。在此技術(shù)出現之前，人們只能用硬度較大的物質(zhì)在硬度較小的材料上打孔，因此要在硬度最大的金剛石上打孔，是極為困難的事。隨著(zhù)電子產(chǎn)品朝著(zhù)便攜式、小型化的方向發(fā)展，對電路板小型化提出了越來(lái)越高的要求，提高電路板小型化水平的關(guān)鍵就是越來(lái)越窄的線(xiàn)寬和不同層面線(xiàn)路之間越來(lái)越小的微型通孔及盲孔的加工。傳統的機械鉆孔最小的尺寸僅為100μm，這顯然已不能滿(mǎn)足要求，取而代之的是一種新型的激光微型通孔加工方式。通常用CO2激光器加工在工業(yè)上可獲得的通孔直徑達到30～40μm，用紫外（ultraviolet，UV）激光加工通孔直徑可達到10μm左右。目前在世界范圍內激光在電路板微孔制作和電路板直接成型方面的研究已成為激光加工應用的熱點(diǎn)之一。利用激光制作微孔與其他加工方法相比其優(yōu)越性更為突出，具有極大的商業(yè)價(jià)值。
4.激光雕刻
激光雕刻技術(shù)是一種以數控技術(shù)為基礎，激光束為加工刀具，通過(guò)加工材料在激光照射下瞬間熔化和氣化的物理變性，使材料局部去除的加工方法。其特點(diǎn)是與材料表面無(wú)接觸，不受機械運動(dòng)影響，工件表面不會(huì )變形，一般無(wú)需固定，不受材料的彈性與柔韌性影響，加工精度高，速度快，應用領(lǐng)域廣泛。激光雕刻其實(shí)就和使用電腦打印機打印文字一樣，過(guò)程非常簡(jiǎn)單。不同的是打印是將墨粉印到紙張上，從而制作出圖像和文字，而激光雕刻是將激光照射到木制品、亞克力、塑料板、金屬板以及石材等材料上，從而雕刻出所需要的圖像和文字。
5.激光焊接
激光焊接技術(shù)是激光加工技術(shù)的重要領(lǐng)域，已成為金屬焊接的重要手段并得到廣泛應用。激光焊接過(guò)程與傳統的焊接一樣，也屬于熱傳導型，激光輻射到工件表面后，表面熱量迅速通過(guò)熱傳導向內部擴散，可通過(guò)控制激光的脈沖寬度、能量、功率和重復頻率等參數使工件熔化，形成熔池。由于其獨特的優(yōu)點(diǎn)，已成功地應用于其他焊接方法難以實(shí)現的微、小型零件的焊接中。與其他焊接技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是焊接速度快、變形小、深度大，可在室溫或特殊的條件下進(jìn)行焊接，設備操控性好，無(wú)污染。同時(shí)，激光焊接具有熔池凈化效應，能純凈焊縫金屬，還可用于不同金屬材料之間的焊接。此外，由于激光焊接具有能量密度高的特點(diǎn)，對于高熔點(diǎn)、高反射率、高導熱率和物理特性相差較大的金屬焊接具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
6.激光表面強化
激光表面強化技術(shù)是激光加工技術(shù)中的一個(gè)重要方向，所涉及的技術(shù)內容也相對較多，根據技術(shù)原理和特點(diǎn)的不同又被細分為激光淬火技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、激光表面重熔技術(shù)以及激光表面沖擊強化技術(shù)等，這些技術(shù)已成為改善和提高金屬材料表面性能（包括機械性能、耐熱性和耐腐蝕性等）的重要技術(shù)途徑。其中，激光淬火（也稱(chēng)為激光相變硬化）是激光表面強化技術(shù)中研究最早，應用最廣泛的一種激光表面強化處理工藝，適用于大多數金屬材料，特別是異形零件不同部位的強化處理，顯著(zhù)地提高工件表面的耐磨性和疲勞強度，已成為在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家在汽車(chē)制造等行業(yè)中保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。激光熔覆技術(shù)是激光加工技術(shù)中的另一個(gè)研究熱點(diǎn)，也是當今工業(yè)部門(mén)中獲得廣泛應用的重要的表面強化技術(shù)之一，可大幅提高金屬材料或工件的機械性能和抗腐蝕性，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。激光重熔技術(shù)是進(jìn)行材料表面強化的一個(gè)新方法，可以實(shí)現材料表面化學(xué)成分的調整，進(jìn)而實(shí)現材料表面顯微組織和性能的改善，也是一項極具應用潛力的表面強化技術(shù)，可廣泛用于航空航天、汽車(chē)制造等行業(yè)中對表面性能有特殊要求的零件制造和修復。激光沖擊強化技術(shù)能顯著(zhù)改善金屬材料的機械性能，特別是對于阻止材料裂紋的產(chǎn)生和擴展，提高鋼、鋁、鈦及其合金等材料的抗疲勞性能具有獨特的效果。
7.激光調阻技術(shù)
激光調阻技術(shù)是激光加工技術(shù)在電子制造業(yè)中最成功的應用之一，它是指利用激光對特定電阻的阻值進(jìn)行自動(dòng)的精密微調，其加工精度達0.01%～0.002%，與傳統的加工方法相比，加工精度和效率均有大幅度地提高，使電阻器件生產(chǎn)的成本明顯降低。激光微調可實(shí)現薄膜電阻（0.01～0.6μm）和厚膜電阻（20～50μm）的微調，同時(shí)還可實(shí)現電容和混合集成電路的微調。
8.激光劃片
激光劃片技術(shù)是集成電路生產(chǎn)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。它是利用激光可聚焦成極小光斑的特點(diǎn)，在制作集成電路的硅片上劃出高精度的細線(xiàn)（通常線(xiàn)寬為15～25μm，槽深5～200μm），其加工速度快（達200mm／s），成品率高（99.5%以上）。集成電路的生產(chǎn)過(guò)程中，為了在一塊基片上制備上千個(gè)電路，在封裝前需將其分割成單個(gè)的管芯。傳統的分割方法是利用金剛石砂輪切割，常常會(huì )因受力使硅片表面產(chǎn)生輻射狀的裂紋。而采用激光劃片的方法是將激光束聚焦在硅片表面，使材料局部溫度急速升高而汽化形成溝槽。通常的方法是通過(guò)精確控制刻槽的深度，使硅片很容易沿溝槽整齊斷開(kāi)，另一種方法是進(jìn)行多次割劃而將其直接切開(kāi)。由于激光劃線(xiàn)的熱影響區極小，刻劃50μm深的溝槽時(shí)，在距溝槽邊25μm的區域內溫升不會(huì )影響有源器件的性能。由于激光劃片屬于非接觸加工，硅片不會(huì )因受機械力而產(chǎn)生裂紋，因此可大大提高硅片利用率、成品率和切割質(zhì)量。此外，激光劃片還可用于多晶硅、單晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池的劃片及鍺、硅、砷化鎵和其他半導體襯底材料的劃片與切割。
9.激光快速成形
激光快速成形技術(shù)是一種典型的激光制造技術(shù)，它集成了激光技術(shù)、CAD／CAM技術(shù)以及材料技術(shù)的最新成果。其基本過(guò)程是根據零件的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料按順序逐層固化，精確地堆積成設計形狀的樣品。這種不需要刀具和模具即可快速精確地制造出形狀復雜零件的辦法，特別適合于小型復雜工件的快速制造。此技術(shù)已廣泛用于汽車(chē)、電子和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的零件制造中。
10.激光直寫(xiě)
激光直寫(xiě)技術(shù)是隨著(zhù)大規模集成化電路的發(fā)展于二十世紀八十年代提出來(lái)的。所謂激光直寫(xiě)，就是利用強度可變的激光束對涂在基片表面的抗蝕材料變劑量曝光，顯影后在抗蝕層表面形成所要求的浮雕輪廓。因其一次成形無(wú)離散化近似，器件的衍射效率和制作精度相對傳統半導體工藝套刻制作的器件有較大提高。
11.激光去重平衡
激光去重平衡技術(shù)的原理是利用激光作用于材料上使其氣化蒸發(fā)，以去除高速旋轉部件上不平衡的過(guò)重部分，達到使部件的慣性軸與旋轉軸重合，實(shí)現旋轉部件動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。通常激光去重平衡系統均兼具去重和測量雙重功能，因此可同時(shí)進(jìn)行旋轉部件不平衡量的測量和校正，具有非常高的工作效率。激光去重平衡技術(shù)特別適合于高精度轉子的動(dòng)態(tài)平衡，其平衡精度可得到成倍的提高，質(zhì)量偏心值平衡精度可達到千分之幾微米或1%。該技術(shù)在陀螺制造領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。