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yeer

2008-12-15 23:42

激光加工在模具行業(yè)中的應用

在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中，需要大量的模具設計、制造和調試等工作，成本高，周期長，已不能適應日新月異的市場變化。為了提高研發(fā)和生產速度，快速而精確地制作出高質量、低成本的模具和產品，能對市場變化做出敏捷響應，人們作了大量的研究和探索工作。隨著工業(yè)激光器價格的不斷下降和工業(yè)激光加工技術的日益成熟，給模具制造和產品生產工藝帶來了重大變革。本文首先介紹了工業(yè)加工激光器，然后在模具激光制造、模具表面激光強化和替代、模具激光修復、模具激光清洗等幾個方面進行了介紹和分析。

　　工業(yè)加工激光器

　　目前，用于激光加工的工業(yè)激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG激光器為代表;而氣體激光器則以CO2激光器為代表。隨著激光技術的發(fā)展，目前人們也開始在某些加工應用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導體激光器。

　　1) Nd:YAG激光器

　　Nd:YAG 激光器的激光工作物質為固態(tài)的Nd:YAG棒，其激光波長為1.06μm。由于該種激光器的激光轉換效率較低，同時受到YAG棒體積和導熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。但由于Nd:YAG激光器可以通過Q開關壓縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率(108W)，適用于需要高峰值功率的激光加工應用;其另一大優(yōu)點是可以通過光纖傳輸，避免了復雜傳輸光路的設計制作，在三維加工中非常有用。此外，還可以通過三倍頻技術將激光波長轉換為355nm(紫外)，在激光立體造形技術中得到應用。

　　2) CO2激光器

　　CO2激光器的激光工作物質為CO2混合氣體，其主要應用的激光波長為10.6μm。由于該種激光器的激光轉換效率較高，同時激光器工作產生的熱量可以通過對流或擴散迅速傳遞到激光增益區(qū)之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平(萬瓦以上)，滿足大功率激光加工的要求。

　　國內外用于激光加工的大功率CO2激光器，主要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器：橫流激光器的光束質量不太好，為多模輸出，主要用于熱處理和焊接。我國目前已能生產各種大功率橫流CO2激光器系列，可滿足了國內激光熱處理和焊接的需求。②軸流激光器：軸流激光器的光束質量較好，為基模或準基模輸出，主要用于激光切割和焊接，我國激光切割設備市場主要由國外軸流激光器所占領。盡管國內激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多工作，但由于主要配件還需進口，產品價格難以大幅度下降，普及率低。

　　武漢博萊科技發(fā)展有限公司研制了一種旋流CO2激光器，以新型的旋轉氣體流動方式，使旋流CO2激光器同時具有了軸流CO2激光器光束質量好和橫流CO2激光器造價低、體積小的優(yōu)點。該種工業(yè)加工激光器的推廣應用，將對我國激光加工產業(yè)的發(fā)展和普及起到積極的促進作用。

　　模具激光制造

　　1) 激光間接成模工藝

　　① 立體光造形(Stereo Lithography Apparatus，簡稱SLA)工藝是利用紫外激光束逐層掃描光固化膠的方法形成三維實體工件的。1986年美國3D Systems公司推出了商品化樣機SLA-1。SLA工藝的最高加工精度能達到0.05mm。②薄層疊片制造(Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM)工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等，由美國Helisys公司于1986年研制成功。通過反復CO2激光器切割和材料粘貼，得到分層制造的實體工件。LOM工藝的特點是適合制造大型工件，其精度達到0.1mm。③選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)工藝是利用粉末狀材料成形的，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的于1989年研制成功，通過用高強度的CO2激光器逐層有選擇地掃描燒結材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛。