01引言

激光技術(shù)自1960年代問世以來，因其高能量密度、良好的方向性和可控性，在工業(yè)制造領(lǐng)域迅速發(fā)展為關(guān)鍵工具。與傳統(tǒng)機(jī)械加工方法相比，激光加工具備非接觸、高精度、自動(dòng)化程度高等顯著優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于材料切割、焊接、打標(biāo)、鉆孔、及增材制造等的工業(yè)制造中。根據(jù)激光器類型及其工藝特性，工業(yè)激光加工主要分為激光切割、激光焊接和激光增材制造三大類，每種工藝方式均具有獨(dú)特的作用機(jī)制和適用范圍。

02激光切割

激光切割是最成熟的工業(yè)激光應(yīng)用之一，利用高功率激光束熔化、汽化材料，并配合輔助氣體吹走熔渣，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的切割。CO?激光器和光纖激光器是目前主流設(shè)備，適用于碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材料的中薄板切割。該技術(shù)的優(yōu)勢在于切縫窄、熱影響區(qū)小、無需模具且可快速更換加工路徑，特別適用于汽車制造、鈑金加工與航空航天等高要求行業(yè)。

（1）在汽車制造中，激光切割用于生產(chǎn)從車身面板到發(fā)動(dòng)機(jī)的各種部件。例如，光纖激光器用于高精度切割高強(qiáng)度鋼部件，從而實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。

（2）航空航天工業(yè)也受益于激光切割技術(shù)，特別是在生產(chǎn)由鈦和復(fù)合材料等先進(jìn)材料制成的復(fù)雜部件方面。例如，超快激光可用于切割形狀復(fù)雜的鈦合金部件，同時(shí)最大程度地減少熱損傷，確保部件的結(jié)構(gòu)完整性，顯著提高了航空航天部件的性能和安全性。

圖1.?激光切割原理圖

03激光焊接

激光焊接依靠激光束高速熔化金屬材料實(shí)現(xiàn)連接，具備熔深大、速度快、熱輸入低的特點(diǎn)。常見焊接模式包括連續(xù)激光焊接和脈沖激光焊接，適用于薄板精密焊接及深熔焊場景。相較于電弧焊接，激光焊縫強(qiáng)度高、變形小，適用于動(dòng)力電池封裝、不銹鋼器件焊接及核電結(jié)構(gòu)件制造等領(lǐng)域。特別是在電池制造中，激光焊接已成為主流連接方式。

（1）在汽車行業(yè)中，激光焊接用于連接車身面板、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和其他關(guān)鍵部件。例如，光纖激光器用于高精度焊接高強(qiáng)度鋼部件，從而形成堅(jiān)固耐用的接頭。

（2）電子行業(yè)在電子行業(yè)中，激光焊接用于高精度連接小而精密的部件。例如，二極管激光器用于焊接鋰離子電池中的電池片，確保電氣連接的可靠性。

（3）在航空航天工業(yè)中，波音787夢幻客機(jī)采用激光焊接工藝連接鈦合金與復(fù)合材料，大幅減少了鉚釘數(shù)量，降低了機(jī)身重量，提高了燃油效率。

圖2.?激光填絲焊接原理圖

04激光增材制造

激光增材制造（即激光3D打?。┩ㄟ^逐層熔化粉末或絲材實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的逐層堆積，代表了制造方式從“減材”向“增材”的變革?；诩す獾脑霾闹圃旃に?，例如選區(qū)激光熔化和直接金屬沉積，能夠生產(chǎn)具有高精度和高強(qiáng)度的復(fù)雜金屬部件。相比傳統(tǒng)加工，激光增材制造可在保持材料強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體成型與輕量化設(shè)計(jì)。

（1）在汽車制造中，法拉利F1賽車的鈦合金部件使用激光增材制造技術(shù)制造，提高了零部件的耐熱性和強(qiáng)度，優(yōu)化了賽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。

（2）醫(yī)療行業(yè)在醫(yī)療行業(yè)中，基于激光的增材制造用于生產(chǎn)定制植入物和假肢。

（3）在航空航天工業(yè)中，基于激光的增材制造被用于生產(chǎn)渦輪葉片和燃油噴嘴等復(fù)雜部件。

圖3.?3D打印技術(shù)發(fā)展歷史。

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05結(jié)論

激光技術(shù)作為先進(jìn)制造的重要支撐，正在不斷拓展其工業(yè)應(yīng)用邊界。當(dāng)前，激光加工也正向更高功率、更高精度和多工藝復(fù)合方向發(fā)展，例如激光-電弧復(fù)合焊、激光超快微加工、激光智能監(jiān)測系統(tǒng)等。未來，隨著高功率半導(dǎo)體激光器、智能控制系統(tǒng)和綠色制造理念的不斷推進(jìn)，激光加工將持續(xù)在智能制造、個(gè)性化產(chǎn)品與極端材料加工等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇