摘要：本文介紹了激光在表面處理及三維建模中的幾個典型應用，激光熱處理技術解決了其它表面處理方法無法解決或不好解決的材料強化問題，激光三維建模技術有效地解決了無人自動化生產線上元件三維信息的獲取問題，另外，激光在智能識別、快速成型、焊接、熔覆涂層、微加工中也得到了廣泛的應用。 關鍵詞：激光應用、激光表面熱處理、激光焊接、激光熔覆涂層、三維建模、智能識別、快速成型、 微加工。 Key words: laser; three-dimensional modeling; heat treatment; intelligenti dentification; rapid-process modeling; jointing; fusing coat; micro process 1．前言 激光技術在信息領域、制造業(電子、半導體、機械、汽車、飛機等制造行業)、軍事領域、智能化識別及醫療儀器等方面都具有重要應用，特別是激光微細加工向普通的微機械加工提出了巨大的挑戰。 隨著激光技術的進一步發展和市場的不斷擴大，光制造技術將在所有制造領域內取代傳統的機械制造，激光微制造技術使微精密元件成為可能，并使微系統朝著多樣化和智能化方向發展，最終在汽車、醫療和環保領域得到更廣泛的應用，在國民經濟和工業發展中起著日益重要的作用。下面對激光在機械制造中的典型應用的核心內容予以介紹。 2. 激光在熱處理方面的應用 激光熱處理技術是近二十年來發展起來的一種新形材料表面處理技術，近些 年來，大功率激光器和輔助設備的制造技術日益提高，各種表面處理技術日益成熟，使得激光熱處理技術的工業應用和深入研究異常活躍。 激光熱處理技術的原理基于激光的穿透能力極強，當把金屬表面加熱到僅低于熔點的臨界轉變溫度時，其表面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強化，即激光相變硬化。 激光熱處理技術可以解決其它表面處理方法無法解決或不好解決的材料強化問題。經過激光處理后，鑄層表層強度可達HRC60度以上，中碳及高碳鋼，合金鋼的表層硬度可達HRC70度以上，從而提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕、防氧化等性能，延長其使用壽命。 3．激光在焊接方面的應用 激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一，該技術具有熱影響區窄，焊縫小，大氣壓力下進行不要求保護氣氛，不產生X射線，在磁場內不會出現束偏移等特點，又加之其焊速快、與工件無機械接觸、可焊接磁性材料，尤其可焊高熔點的材料和異種金屬，并且不需要添加材料，因此很快在電子行業中實現了產業化。國外利用固體YAG激光器進行縫焊和點焊，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，對電路管芯無影響。日本自九十年代以來，在電子行業的精密焊接方面已實現了從點焊向激光焊接的轉變。目前，激光深熔焊接在粉末冶金材料加工領域中的應用也越來越多。 總之，與普通焊接方法相比，激光深熔焊接具有焊接速度快、焊縫深寬比大、熱影響區和熱變形? ⒑阜燁慷雀?、易又o迪腫遠扔諾?，因此栽彜业中得到广泛应又? 4．激光在熔覆涂層方面的應用 激光熔覆又稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術，它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，在基材表面形成與冶合金結合的填料熔覆層。 由于激光熔覆可將高熔點的的材料熔覆在低熔點的基材表面，而且材料的成分亦不受通常的冶合金熱力學條件的限制，因此所采用的熔覆材料的范圍是相當廣泛的，包括鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復合合金材料以及陶瓷材料等，其中合金材料和碳化物復合材料的激光熔覆較為成熟，并已獲得實際應用。又由于激光束的高能密度所產生的近似絕熱的快速加熱過程，激光熔覆對基材的熱影響較小，引起的變形也較? ？刂萍す獾氖淙肽芰?，还可以将基材的稀释作用限制栽偒低的程洱xㄒ話鬮?%-8%），從而又保持了原熔覆材料的優異性能。 因此該技術以提高材料表面的耐磨、耐蝕等性能為目的，主要用于大型貴重零件磨損后的修復及增強新制造的零件性能。 5.激光在微細加工中的應用 90年代初，隨著微機械制造技術和微型機電系統MEMS（Micro Electric Mechanical System）的研究與應用，激光加工的新興分支，“激光微加工”正在蓬勃的興起。激光微加工一般是指特征尺寸小于100μm的加工，是微機械制造的一種主要加工技術。 激光加工的實質是激光將能量傳遞給被加工材料，被加工材料發生物理或化學變化，使其達到加工的目的。激光微細加工工藝既能加工出較為復雜的微型結構，且所要求的條件又不像異性刻蝕和LIGA技術那么苛刻，在實驗室和工廠較容易實現，又由于激光具有高時間及高空間分辨率，使之有可能在需要高精密加工的場合（如電子、半導體、通訊等行業）得到進一步推廣和應用，所以激光微細加工向普通微機械加工提出了巨大的挑戰。 6.激光在物體三維建模及智能識別方面的應用 現代化高新技術產業中，無人化生產線（簡稱Line）上的元件，諸如電子元件、電子插接件、金屬零件及非金屬零件，特別是一些具有放射性或有毒的元器件，通常需要對其進行在線實時動態識別或檢測、判定其形狀、狀態、精度。利用激光及動態定位技術則可以很容易的實現以上功能。 激光三維信息的采集方式是利用激光照射掃描Line元件，通過兩個以上攝象機配之以瞬時動態定位系統，按Line元器件特點，采用特征識別模式方法建立編制智能識別軟件，利用模糊數學原理編制數據處理及建模，編輯智能示教軟件，根據Line元件形狀復雜程度，相應增加攝象機及激光掃描器的數量，最終實現激光動態識別Line元件的形狀及狀態。 Line元件的瞬時動態定位原理，在Line上設定識別區，當元件運行進入識別區時瞬間發指令，激光器開始掃描采集元件的形狀信息，優先遴選元件的基本定位特征數據及尺寸，確定瞬間定位“線”或“面”，最有效的選法是以Line元件的外廓的最長線作為定位線，以Line元件的外廓的最大面積作為定位面，以此作為二次瞬時采樣時的定位基準，為元件的三維形狀及狀態的動態在線采集與識別提供了前提條件。 激光掃描物點三維坐標數學模型，有效地解決了Line元件三維信息獲取問題。瞬時動態定位方法的應用，較好的實現了Line元件的動態在線采集與識別。特征識別模式的建立，為Line元件形狀及狀態的視覺識別提供了新途徑，它使識別軟件容易實現而成為實際應用系統。 7．激光在快速成型制造技術中的應用 快速成型是制造技術的一次飛躍，以其特有的快捷性，敏捷性和低成本等特點迅速推廣開來，已在工業及醫療領域得到了廣泛的應用。 激光選區燒結是快速成型制造中的重要工藝方法之一。該技術采用逐層材料添加的原理，首先對三維實體模型進行切片分區處理生成激光燒結的掃描路徑，然后通過X-Y激光掃描儀使激光束沿掃描路徑掃描，逐層燒結固化固體粉末材料，如塑料粉，尼龍粉，蠟，陶瓷或金屬與粘結劑的混合粉，金屬粉等經過預熱，經層層疊加后，最終形成所需的三維工件。 這種制造方法具有成型速度快、精度高、表面質量好、后置處理簡單、省時等特點，是一個具有生命力的技術，為制造技術的發展創造了一個新方法。 8．結論 激光熱處理技術解決了其它表面處理方法無法解決或不好解決的材料強化問題，激光三維建模技術有效地解決了無人自動化生產線上元件三維信息的獲取問題，另外，激光在智能識別、快速成型、焊接、熔覆涂層、微加工中也得到了廣泛的應用。隨著激光技術的進一步發展和市場的不斷擴大，激光技術必將在更寬更廣的領域中得到更充分的應用。 作者單位： 1(河北工業大學機械學院，天津 300130) 2(天津大學精密儀器與光電子工程學院 激光與光電子研究所光電信息技術科學教育部重點實驗室. 天津 300072)