在科技飛速發(fā)展的今天，激光加工技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。從提升材料性能的激光表面處理，到實(shí)現(xiàn)材料成型與制造的激光增材制造，激光加工技術(shù)正以多樣的應(yīng)用形式推動(dòng)著各行業(yè)的發(fā)展與變革。
一、激光表面處理技術(shù)
（一）激光清洗
激光清洗是目前快速發(fā)展的新型表面清潔技術(shù)，其采用高能脈沖激光束照射工件表面，使表面的污物、顆粒或涂層瞬間蒸發(fā)或膨脹剝離，從而達(dá)到潔凈化的工藝過(guò)程。激光清洗主要分為除銹、除油、除漆、除涂層等工藝；主要應(yīng)用于金屬類(lèi)清洗，文物類(lèi)清洗，建筑類(lèi)清洗等。基于其功能全面、加工精準(zhǔn)靈活、高效節(jié)能、綠色環(huán)保、對(duì)基材無(wú)損傷、智能化、清洗質(zhì)量好、安全、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域愈發(fā)受青睞。
（二）激光淬火
激光淬火以高能量激光為熱源，使金屬表面快熱快冷，瞬間完成淬火，獲得高硬度、超細(xì)馬氏體組織，提升金屬表面硬度、耐磨性，形成壓應(yīng)力，增強(qiáng)抗疲勞能力。它具有熱影響區(qū)小、變形量小、自動(dòng)化程度高、選區(qū)淬火柔性好、細(xì)化晶粒硬度高和智能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。例如，激光光斑可調(diào)節(jié)，能對(duì)任意寬度位置淬火；激光頭與多軸機(jī)器人聯(lián)動(dòng)，可對(duì)復(fù)雜零件指定區(qū)域淬火。激光淬火前后工件變形幾乎可忽略，適用于高精度要求零件的表面處理，在汽車(chē)、模具、五金工具、機(jī)械等行業(yè)易損件表面強(qiáng)化中效果顯著。
激光淬火具備以下特點(diǎn)：
（1）激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火，是一種無(wú)污染綠色環(huán)保熱處理工藝，可以很容易實(shí)行對(duì)大型模具表面進(jìn)行均勻淬火；
（2）由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很小；
（3）由于激光束發(fā)散角很小，具有很好的指向性，能夠通過(guò)導(dǎo)光系統(tǒng)對(duì)模具表面進(jìn)行精確的局部淬火；
（4）激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3～1.5mm。
（三）激光退火
激光退火是指利用激光加熱材料表面，將材料曝露于高溫一段很長(zhǎng)時(shí)間后，然后再慢慢冷卻的熱處理制程。主要目的是釋放應(yīng)力、增加材料延展性和韌性、產(chǎn)生特殊顯微結(jié)構(gòu)等，具有調(diào)整基體組織、降低硬度、細(xì)化晶粒和消除內(nèi)應(yīng)力的特點(diǎn)。近年來(lái)，激光退火技術(shù)也成為半導(dǎo)體加工行業(yè)的一種新工藝，可大幅提高集成電路的集成度。
（四）激光沖擊強(qiáng)化
激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術(shù)。它具有無(wú)熱影響區(qū)、能量高效利用、超高應(yīng)變率、可控性強(qiáng)以及強(qiáng)化效果顯著等突出優(yōu)點(diǎn)，還有更深的殘余壓應(yīng)力、更好的微觀組織和表面完整性、更好的熱穩(wěn)定性以及更長(zhǎng)的壽命等特點(diǎn)。
近年來(lái)該技術(shù)獲得了迅速發(fā)展，在航空航天和國(guó)防軍工等領(lǐng)域大有用武之地，常用黑漆和鋁箔等涂層材料保護(hù)工件并增強(qiáng)對(duì)激光能量的吸收。
（五）激光合金化
激光合金化是新型表面改性技術(shù)，針對(duì)航空材料不同服役條件，利用高能密度激光束加熱冷凝速率快的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)件表面制備非晶單一納米晶增強(qiáng)金屬陶瓷復(fù)合涂層，實(shí)現(xiàn)航空材料表面改性。與激光熔覆相比，激光合金化使添加的合金元素和基材表層在液態(tài)下充分混合形成合金化層，而激光熔覆是預(yù)涂層全部熔化，基材表層微熔，熔覆層與基材形成冶金結(jié)合且成分基本不變。二者都用于提高鈦合金表面耐磨、耐蝕和抗極化等性能。
二、激光增材制造技術(shù)
（一）激光熔覆
激光熔覆技術(shù)也是代表表面工程發(fā)展方向和水平的表面改性新技術(shù)之一。激光熔覆技術(shù)因無(wú)污染且制備出的涂層與基材呈冶金結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)代鈦合金表面改性的研究熱點(diǎn)。采用激光熔覆陶瓷涂層或陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料涂層是提高鈦合金表面耐磨性的有效途徑。根據(jù)實(shí)際工況要求選擇合適的材料體系，采用激光熔覆技術(shù)可達(dá)最佳的工藝要求。激光熔覆技術(shù)可以修復(fù)各種失效零部件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。
激光表面合金化與激光表面熔覆不同之處在于，激光表面合金化是使添加的合金元素和基材表層在液態(tài)下充分混合而形成合金化層；而激光表面熔覆則是使預(yù)涂層全部熔化而基材表層微熔，從而使熔覆層與基材材料形成冶金結(jié)合而保持熔覆層的成分基本不變。激光合金化和激光熔覆技術(shù)主要用來(lái)提高鈦合金的表面耐磨、耐蝕和抗級(jí)化等性能。
目前，激光熔覆技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬表面的修復(fù)改性，但傳統(tǒng)激光熔覆雖然有柔性加工、異形修復(fù)、自定義增材等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，但工作效率偏低，對(duì)于部分生產(chǎn)領(lǐng)域中所要求的大規(guī)模快速生產(chǎn)加工需求，仍無(wú)法滿足。為了滿足大批量高速生產(chǎn)需求，提高熔覆工作效率，高速激光熔覆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
高速激光熔覆技術(shù)可實(shí)現(xiàn)致密無(wú)缺陷的熔覆層，熔覆層表面質(zhì)量致密，與基材呈冶金結(jié)合，無(wú)開(kāi)口性缺陷，表面光滑平整。不僅能夠在回轉(zhuǎn)體上進(jìn)行加工，也能在平面和復(fù)雜曲面上進(jìn)行加工。通過(guò)持續(xù)的技術(shù)優(yōu)化，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、海洋平臺(tái)、造紙、民用家電、汽車(chē)、船舶、石油、航空航天行業(yè)，成為可替代傳統(tǒng)電鍍技術(shù)的一種綠色再制造工藝。
（二）激光雕刻
激光雕刻加工以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高能量激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使材料表面瞬間熔化和氣化，實(shí)現(xiàn)清晰圖案加工。激光雕刻就是運(yùn)用激光在物件上面刻寫(xiě)文字，這種技術(shù)刻出的字無(wú)刻痕，物體表面光滑平整，字跡不易磨損。具有安全可靠、精確細(xì)致（精度可達(dá) 0.02mm）、節(jié)約環(huán)保、高速快捷、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。
（三）激光 3D 打印
該工藝采用激光熔覆技術(shù)，使用激光照射噴嘴輸送的粉末流，直接熔化單質(zhì)或合金粉末，在激光束離開(kāi)后，合金液體快速凝固，實(shí)現(xiàn)合金快速成型。已廣泛應(yīng)用于工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域。
三、激光電鍍技術(shù)
激光電鍍是新興的高能束流電鍍技術(shù)，它對(duì)微電子器件和大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補(bǔ)具有重大意義。目前，雖然激光電鍍?cè)怼⒓す庀凇⒌入x子激光沉積和激光噴射等方面仍處于研究階段，但其技術(shù)已在實(shí)際應(yīng)用中得以運(yùn)用。當(dāng)一種連續(xù)激光或脈沖激光照射在電鍍池中的陰極表面時(shí)，不僅能大幅提高金屬的沉積速度，而且可用計(jì)算機(jī)控制激光束的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而得到預(yù)期的復(fù)雜幾何圖形的無(wú)屏蔽鍍層。
激光電鍍應(yīng)用于實(shí)際主要基于以下兩種特征：
（一）在激光照射區(qū)域的速度比在本體的電鍍速度高得多（約103倍）；
（二）激光的控制能力強(qiáng)，可使材料的必要部分析出所需的金屬量。普通電鍍發(fā)生在整個(gè)電極基體上，電鍍速度慢，難以形成復(fù)雜和精細(xì)的圖案。采用激光電鍍可把激光束調(diào)節(jié)到微米大小，在微米尺寸上進(jìn)行無(wú)屏蔽描圖。對(duì)于電路設(shè)計(jì)、電路修復(fù)和在微電子連接器部件上的局部沉積，這類(lèi)型的高速描圖愈來(lái)愈有實(shí)際意義。
與普通電鍍相比，其優(yōu)點(diǎn)是：
（1）沉積速度快，如激光鍍金可達(dá)1μm/s，激光鍍銅可達(dá)10μm/s，激光噴射鍍金可達(dá)12μm/s，激光噴射鍍銅可達(dá)50μm/s；
（2）金屬沉積僅發(fā)生在激光照射區(qū)域，無(wú)需采用屏蔽措施便可得到局部沉積鍍層，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝；
（3）鍍層結(jié)合力大大提高；
（4）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；
（5）節(jié)約貴金屬；
（6）節(jié)省設(shè)備投資和加工時(shí)間。
