激光精密加工技術(shù)介紹
激光材料加工涉及范圍很廣，材料的燒結(jié)、打孔、打標(biāo)、切割、焊接、表面改性和化學(xué)氣相沉積等都已把激光作為一種必不可少的能源。
激光束可以聚焦到很小的尺寸，因而特別適合于精密加工。我們按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求，將目前的激光加工技術(shù)分為三個(gè)層次：
①大型件材料激光加工技術(shù)，以厚板（數(shù)毫米至幾十毫米）為主要對(duì)象，其加工精度一般在毫米或者亞毫米級(jí)；
②精密激光加工技術(shù)，以薄板（0．1～1．0mm）為主要加工對(duì)象，其加工精度一般在十微米級(jí)；
③激光微細(xì)加工技術(shù)，針對(duì)厚度在100μm以下的各種薄膜為主要加工對(duì)象，其加工精度一般在十微米以下甚至亞微米級(jí)。
必須說明的是，在機(jī)械行業(yè)中，精密通常是指表面粗糙度小、各種公差（包括位置、形狀、尺寸等）范圍小。但本文所說的“精密”一詞，是指被加工區(qū)域的縫隙小，意即加工所能達(dá)到的極限尺寸小。在上述三類激光加工中，大型件的激光加工技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，產(chǎn)業(yè)化的程度已經(jīng)非常高，已有不少的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述；激光微細(xì)加工技術(shù)如激光微調(diào)、激光精密刻蝕、激光直寫技術(shù)等也已在工業(yè)上得到了較為廣泛的應(yīng)用，有關(guān)的綜述報(bào)道亦較多；本文將重點(diǎn)對(duì)激光精密加工技術(shù)進(jìn)行討論。為了比較方便，下文所說的精密加工所針對(duì)的加工對(duì)象僅限于薄板（0.1-0.1mm）。
1 激光精密加工與傳統(tǒng)加工方法的比較
隨著技術(shù)的進(jìn)步，精密加工技術(shù)的種類也越來越豐富。
激光精密加工有如下顯著特點(diǎn)：
①激光精密加工的對(duì)象范圍很寬，包括幾乎所有的金屬材料和非金屬材料。而電解加工只能加工導(dǎo)電材料，光化學(xué)加工只適用于易腐蝕材料，等離子加工難以加工某些高熔點(diǎn)的材料。
②激光精密加工質(zhì)量的影響因素少，加工精度高，在一般情況下均優(yōu)于其它傳統(tǒng)的加工方法。
③從加工周期來看，電火花加工的工具電極精度要求高、損耗大，加工周期較長(zhǎng)；電解加工的加工型腔、型面的陰極模設(shè)計(jì)工作量大，制造周期亦很長(zhǎng)；光化學(xué)加工工序復(fù)雜；而激光精密加工操作簡(jiǎn)單，切縫寬度方便調(diào)控，加工速度快，加工周期比其它方法均要短。
④激光精密加工屬于非接觸加工，沒有機(jī)械力，相對(duì)于電火花加工、等離子弧加工，其熱影響區(qū)和變形很小，因而能加工十分微小的零部件。
綜上所述，激光精密加工技術(shù)比傳統(tǒng)加工方法有許多優(yōu)越性，其應(yīng)用前景十分廣闊。
2常用的激光精密加工設(shè)備簡(jiǎn)介
一般用于精密加工的激光器有：CO2激光器，YAG激光器，銅蒸汽激光器，準(zhǔn)分子激光器和CO激光器等，其激光器特性詳見文獻(xiàn)〔6，8，12－16〕。其中大功率CO2激光器和大功率YAG激光器在大型件激光加工技術(shù)中應(yīng)用較廣；而銅蒸汽激光器和準(zhǔn)分子激光器在激光微細(xì)加工技術(shù)中應(yīng)用較多；中、小功率YAG激光器一般用于精密加工。
激光精密打孔
隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的打孔方法在許多場(chǎng)合已不能滿足需求。例如在堅(jiān)硬的碳化鎢合金上加工直徑為幾十微米的小孔；在硬而脆的紅、藍(lán)寶石上加工幾百微米直徑的深孔等，用常規(guī)的機(jī)械加工方法無法實(shí)現(xiàn)。而激光束的瞬時(shí)功率密度高達(dá)108 W／cm2，可在短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，在上述材料上實(shí)現(xiàn)打孔。與電子束、電解、電火花、和機(jī)械打孔相比，激光打孔質(zhì)量好、重復(fù)精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。國外在激光精密打孔已經(jīng)達(dá)到很高的水平。瑞士某公司利用固體激光器給飛機(jī)渦輪葉片進(jìn)行打孔，可以加工直徑從20μm到80μm的微孔，并且其直徑與深度之比可達(dá)1∶80。激光束還可以在脆性材料如陶瓷上加工各種微小的異型孔如盲孔、方孔等，這是普通機(jī)械加工無法做到的。
激光精密切割
與傳統(tǒng)切割法相比，激光精密切割有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，它能開出狹窄的切口、幾乎沒有切割殘?jiān)?、熱影響區(qū)小、切割噪聲小，并可以節(jié)省材料15％～30％。由于激光對(duì)被切割材料幾乎不產(chǎn)生機(jī)械沖力和壓力，故適宜于切割玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體等既硬又脆的材料，加上激光光斑小、切縫窄，所以特別適宜于對(duì)細(xì)小部件作各種精密切割。瑞士某公司利用固體激光器進(jìn)行精密切割，其尺寸精度已經(jīng)達(dá)到很高的水平。
激光精密切割的一個(gè)典型應(yīng)用就是切割印刷電路板PCB（Printed circuits Boards）中表面安裝用模板（SMTstencil）。傳統(tǒng)的SMT模板加工方法是化學(xué)刻蝕法，其致命的缺點(diǎn)就是加工的極限尺寸不得小于板厚，并且化學(xué)刻蝕法工序繁雜、加工周期長(zhǎng)、腐蝕介質(zhì)污染環(huán)境。采用激光加工，不僅可以克服這些缺點(diǎn)，而且能夠?qū)Τ善纺０暹M(jìn)行再加工，特別是加工精度及縫隙密度明顯優(yōu)于前者，制作費(fèi)也由早期的遠(yuǎn)高于化學(xué)刻蝕到現(xiàn)在的略低于前者。但由于用于激光加工的整套設(shè)備技術(shù)含量高，售價(jià)亦很高，目前僅美國、日本、德國等少數(shù)國家的幾家公司能夠生產(chǎn)整機(jī)。
激光精密焊接
激光焊接熱影響區(qū)很窄，焊縫小，尤其可焊高熔點(diǎn)的材料和異種金屬，并且不需要添加材料。國外利用固體YAG激光器進(jìn)行縫焊和點(diǎn)焊，已有很高的水平。另外，用激光焊接印刷電路的引出線，不需要使用焊劑，并可減少熱沖擊，對(duì)電路管芯無影響，從而保證了集成電路管芯的質(zhì)量。
