從原理上說，激光能適應任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工制造方面起著無可替代的作用。本文綜合評述了激光制造系統(tǒng)的發(fā)展以及激光制造技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的地位。在分析國外研究動向的基礎(chǔ)上，指出激光制造技術(shù)的發(fā)展趨勢將重點定位在微結(jié)構(gòu)、微刻蝕、微工具以及多功能性微技術(shù)、微工程的研究與開發(fā)上。可以預測，三維微納尺度的激光微制造技術(shù)必將成為新世紀的主流制造技術(shù)。 pYZmz  
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    前 言 Cazocq5  
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    自1960年第一臺激光器問世以來，激光的研究及其在各個領(lǐng)域的應用得到了迅速的發(fā)展。其高相干性在高精密測量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、信息存儲及通信等領(lǐng)域得到了廣泛應用。激光的高單色性，可在光化學領(lǐng)域?qū)σ恍┫嗑嗪芙�的能級作選擇激發(fā)，進行重金屬的同位素分離；激光的高方向性和高亮度可廣泛應用于加工制造業(yè)（大到航天器、飛機、汽車工業(yè)，小到微電子、信息、生物細胞分離等微技術(shù)）。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應工藝的不斷革新與優(yōu)化，尤其是近20年來，激光制造技術(shù)已滲入到諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，并開始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工行業(yè)。 @]%IK
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    激光制造技術(shù)包含兩方面的內(nèi)容，一是制造激光光源的技術(shù)，二是利用激光作為工具的制造技術(shù)。前者為制造業(yè)提供性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的激光器以及加工系統(tǒng)，后者利用前者進行各種加工和制造，為激光系統(tǒng)的不斷發(fā)展提供廣闊的應用空間。兩者是激光制造技術(shù)中不可或缺的環(huán)節(jié)，不可偏廢。激光制造技術(shù)具有許多傳統(tǒng)制造技術(shù)所沒有的優(yōu)勢，是一種符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造技術(shù)。例如，材料浪費少，在大規(guī)模生產(chǎn)中制造成本低；根據(jù)生產(chǎn)流程進行編程控制（自動化），在大規(guī)模制造中生產(chǎn)效率高；可接近或達到“冷”加工狀態(tài)，實現(xiàn)常規(guī)技術(shù)不能執(zhí)行的高精密制造；對加工對象的適應性強，且不受電磁干擾，對制造工具和生產(chǎn)環(huán)境的要求低；噪聲低，不產(chǎn)生任何有害的射線與殘剩，生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染小等等。因此，為適應21世紀高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、滿足宏觀與微觀制造的需要，研究和開發(fā)高性能光源勢在必行。目前正在積極研制超紫外、超短脈沖、超大功率、高光束質(zhì)量等特征的激光，尤其是能適應微制造技術(shù)要求的激光光源更是倍受關(guān)注，并已形成國際性競爭。可以預言，激光制造技術(shù)必將以其無可替代的優(yōu)勢成為21世紀迅速普及的高新技術(shù)。 TOB-aAO  
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    1 激光制造系統(tǒng)發(fā)展 S]e|"n~@  
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    用于制造業(yè)中的激光系統(tǒng)即激光制造系統(tǒng)，一般由激光器、激光傳輸系統(tǒng)、激光聚焦系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)組成，其核心為激光器。 eCDev}  
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  激光作為熱源或光源（能量）是激光制造中的“刀具”或“工具”。該“刀具”或“工具”的質(zhì)量直接影響著加工制造的結(jié)果。激光光束質(zhì)量的好壞可以采用光束遠場發(fā)散角、光束聚焦特征參數(shù)值kf和衍射極限倍因子m2(m)或光束傳輸因子k值來表示。對小功率激光器，工作物質(zhì)均勻穩(wěn)定，一般可以實現(xiàn)基模輸出，其光束橫截面能量分布為高斯分布，且在傳輸過程中保持不變，光束質(zhì)量較好；對于大功率激光器，一般不易得到基模輸出，輸出的往往為多模激光束，激光光束質(zhì)量變差（如圖1）。目前工業(yè)上常用的大功率激光器有co2激光器和yag激光器兩種。大功率激光器的工業(yè)應用領(lǐng)域很廣，激光切割、激光焊接都需要優(yōu)良的光束質(zhì)量，而追求高光束質(zhì)量的大功率激光是工業(yè)用激光器不斷發(fā)展的目標。 _ @NL;w:!  
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    從1964年第一臺co2激光器出現(xiàn)到現(xiàn)在，經(jīng)過近四十年的發(fā)展，從封離式co2激光器、慢速軸流co2激光器、橫流co2激光器，到高頻羅茲泵型快速軸流、射頻turbo型快速軸流以至目前出現(xiàn)的擴散型slab　co2激光器的發(fā)展中可以看到,一方面激光輸出功率不斷提高，體積不斷縮小，另一方面激光器的效率不斷提高，光束質(zhì)量越來越好。擴散型slab co2激光器光束橫截面上光強分布接近高斯分布（如圖2），具有極好的光束質(zhì)量，在加大的激光加工工作區(qū)焦點的漂移很小，非常有利于大范圍激光傳輸與聚集，這對大尺寸工件的切割應用非常重要。 +s,=lL  
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    工業(yè)用固體yag激光器也經(jīng)歷了從小功率燈泵浦（棒狀）、燈泵浦（板條）、雙燈泵浦（多棒）到光纖泵浦（棒狀）、半導體泵浦（棒狀）和片狀固體激光器的過程。由于受工作物質(zhì)熱物理性質(zhì)的制約，yag激光光束質(zhì)量模式相對較差。如何提高光束質(zhì)量和激光功率，仍是yag激光器面臨的主要問題。 [2!w_Iw'  
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    值得注意的是近年來發(fā)展起來的半導體激光器。半導體激光器具有小型化、頻率極高、與光纖良好耦合、易于調(diào)制等優(yōu)良特性，因而具有廣闊的應用前景。 DZ'P@f)]  
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    要在不同產(chǎn)業(yè)中廣泛應用激光制造技術(shù)，很大程度上要依賴于激光加工系統(tǒng)的性能與工藝。歐、美、日一些國家在新光源、加工系統(tǒng)及工藝等方面的研究與開發(fā)就從未降溫過。隨著激光工作物質(zhì)的研究與開發(fā)、器件與單元技術(shù)的改進和創(chuàng)新，以高性能、寬波段、大功率為特征的激光取得了蓬勃的發(fā)展，如紫外光輸出的krf、arf準分子激光器、倍頻激光器等。尤其是高功率光纖激光的出現(xiàn)，使激光制造的移動式定位加工變得更加便利。 S}m)OmrmA  
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