激光加工是利用高能量密度的激光束通过光热效应对材料进行非接触式加工的先进技术,其核心原理是通过透镜聚焦将激光能量集中在极小区域,瞬间使材料熔化或气化,实现切割、焊接、钻孔等工艺。关键优势包括精度高(可达微米级)、适用材料广(金属、陶瓷、复合材料等)、无机械应力且自动化程度高,广泛应用于工业制造、电子和医疗领域。
激光加工的过程可分为四个阶段:激光束聚焦在材料表面,自由电子吸收光子能量并转化为热能,使局部温度迅速升高;材料表层达到熔点或气化点,形成熔融层或蒸气,同时热影响区向内部延伸;随后,高压蒸气或熔融物在冲击波作用下从加工区喷出,完成材料去除;喷射物在周围区域冷却凝固,形成新的表面结构。这一过程通过精确控制激光功率、脉冲频率和聚焦位置来适应不同加工需求。
根据作用机理,激光加工分为热加工和冷加工两类。热加工依赖光热效应,如切割和焊接,需功率密度达;冷加工则利用紫外激光的光化学作用,直接破坏材料化学键,适用于精密微加工,如半导体光刻。典型应用包括:激光切割通过调整气体类型(氧气或惰性气体)实现不同质量切口;激光焊接以深熔焊技术提升连接强度;激光打孔可加工直径仅10微米的微孔;表面处理如硬化或熔覆能显著提升材料耐磨性。
未来,随着高功率激光器和智能控制系统的发展,激光加工将向更高效率、更复杂工艺集成方向演进,例如结合3D打印实现金属部件快速成型。需要注意的是,加工效果受材料吸光性、环境清洁度等因素影响,需针对性优化参数。这一技术持续推动制造业向精密化、绿色化升级。