激光在制造业中发挥新的作用

    大体上，任何带有接触表面的系统都会发生摩擦应变，例如浮动圈等，可以采用诸如高级陶瓷或金属等材料制成激光构成件。激光改性的功能表面主要是微细台阶组成的区域，带有重现性的、有规则的均匀微型润滑子L隙。用户可以让这些孔的直径、深度以及分布与加在零件上的负载相适应。例如对于陶瓷滑动环密封，尺寸恰当并分布恰当的凹凸点可大大降低摩擦及磨损。在此过程中的加工速度取决于激光的种类，一般为每秒1000个孔。

    工业上已经采用CO。以及NdzYAG大功率激光作为加工手段。但由于激光和激光系统很复杂、成本高，还涉及尺寸方面的问题，小型公司难以采用激光加工。也许这种情形不久会发生改观。

    最初，二极管激光器提供小于50W的输出功率。材料处理(钎焊、雕刻、表面硬化以及塑性或导热焊接）所需要的功率，显然远远高出该数值。大功率二极管激光器(HPDL)，将高性能与紧凑的结构结合为一体。它们由大量的单个二极管组成，这些二极管层迭在一个鞋盒般大小的外壳里。功率累积值(最大为2．5kW)以及光束质量足以进行材料处理。Fraunhofer研究所用HPDL进行的测试表明，它可以硬化经回火的钢以及焊接钢板和铜板。

    一个HDPL能发射0．84μm—0．94μm波长的光，而C04)激光器在10．6μm的波长上操作，Nd：YAG激光器在1．064μm的波长上操作。由于波长较短，因此，从HDPL提供的能量与从其它激光器发出的光相比，其能量更易被目标所吸收。亚琛市Fraunhofer生产技术研究所的研究者们按照工业研究合同已经在机床、制造机械以及机器人上集成装入了三种不同的HDPL(功率范围高达2．5kW)进行工业研究。

    利用激光二极管进行焊接，可为用户提供较好的灵活性以及成本效益。对被接合零件的几何形状与尺寸没有限制，焊接速度高达1．0m／min。

    激光几乎可以焊接各种热塑件。这种工艺可以避免粘接问题，因为与工件不接触。此外，激光焊接还减少了塑料上的热负载，降低了可能出现的胀裂。许多用肉眼看来呈现出五颜六色的颜料，对近红外光而言是透明的(包括黑色)，HPDL可以对带有这类颜色的塑料进行焊接。实验表明，用二极管激光器进行的焊接、其强度可以与采用较传统的塑料焊接技术所牛成的强度娘美。

    受控的金属堆积(CMB)工艺将激光沉积焊接与高速铣削结合为一体。通过激光沉积焊接工序。可以生成接近成品形状的金属材料堆积。由于金属粉木在高能量的激光光束中保持在—个规定的路径上，因此，系统可以一个路径接着一个路径地组构某个零件、直至达到所需要的轮廓为止。要生成一个空隙、仅需短时中断激光光束和粉末进给即可。

    该技术采用的是熔融金属。因而在工具表面出现堆积，在工具的拐角和边缘会形成圆边。

    为处理这种情况，Fraunhofer研究所(与一家德国机床厂合作)制作了一台机床，它将高速铣削与沉积加工结合为一体。通过铣削加工出一个平整表面，以确保材料沉积均匀，与边缘的尖锐度以及零件的形状和尺寸精度符合要求。所有的操作全部由—台机床完成，因此操作员可以安排好工艺步骤使机床自动运行。在铣削过程中，激光沉积焊接喷嘴自动地积出加工区，以免发生碰撞危险，并保护刀具和零件不受切屑影响。

    原则上，用户可以采用任何能焊接的金属进行CMB工艺，从钢、铜到硬合金材料。铜电极可以采用CMB工艺自动制作，而以前只用耐磨保护层材料能够用来制作整个零件。

    加工的沉积层只有十分之几mm厚。由于在生成每一层之后，随之进行的是轮廓铣削，因此，铣削刀具的突出长度小于2mm，接下来、可以采用直径小于1mm的铣刀进行加工。利用这些小型切削刀具，可以形成窄而深的沟槽、其拐角半径保持在喷射注塑模具许可的范围内。

    激光辅助的热态加工(LAM)是面向材料的，在经济上也可行的。激光加工与车削、铣削以及旋压成形法相结合、能优化难切削和难成形材料的加工。

    在激光辅助的热加上和旋压成形加工中，由激光系统在切削或成形操作中对材料进行局部加热。温度的上升会软化材料、使它较易加工并成形。研究者在钛、灰铸铁以及高强度钢上进行了激光铺助的铣削操作、发现铣削力下降了30%-70%(用高速钢)、刀具磨损下降了约90%。在某此情况卜、激光辅助加工可以大大提高铣削速度。