摘 要 激光技术是20世纪一项举世瞩目的科技成就，为人类各项事业的发展做出了突出贡献。近些年，激光技术的应用范围不断扩大，已经渗透到农业、工业、国防、科研等诸多领域。就材料加工领域来说，激光技术凭借自身独特的优势，俨然已经成为其不可或缺的发展元素。然而，由于各种限制因素的影响，激光技术在该领域的应用价值并未得到充分体现，应用潜能也并未得到充分挖掘。
关键词 激光技术；材料加工；发展趋势
近年来，随着计算机技术、自动化技术的快速发展，激光技术逐渐应用到各个领域。激光具有很多的优点，如单色光、高度聚焦，高能量密度；可产生高温，所以现在在材料加工领域应用的越来越广泛，尤其是在快速制模、冲孔、弯曲、焊接、切割、表面处理等领域。
1 激光加工的特点
激光的空间控制性（射束的方向变化、旋转、扫描等）和时间控制性优异，特别适合自动化加工。激光加工系统特别适合采用计算机控制，它与计算机数控技术相结合，可构成自动化加工设备，为优质、高效、低成本的加工开辟了广阔的前景。激光加工技术主要有以下几个特点：
（1）工艺集成性好。同一台机床可完成切割、打孔、焊接、表面处理等多种加工，既可分步加工，又可在几个工位同时进行加工。
（2）适应性强。可加工各种材料，包括高硬度、高熔点、高强度及脆性材料；既可在大气中，又可在真空中进行加工。
（3）加工质量好、精度高。由于能量密度高和非接触式加工，并可在瞬时内完成，工件热变形极小，且无机械变形，对精密小零件的加工非常有利。
（4）加工效率高。在某些情况下，用激光切割可提高效率8～20倍；用激光进行深熔焊接时生产效率比传统方法提高30倍。用激光微调薄膜电阻，可提高工效1000倍，提高精度1～2个量级。用激光强化电镀，其金属沉积率可提高1000倍，金石拉丝模用机械方法打孔，要花24h，用YAG激光器打孔，只需2s，提高工效43200倍。
（5）经济效益高。与其他方法相比，激光器打孔的直接费用可节省25%～75%，间接加工费用可节省50%～75%；与其他切割法相比，用激光切割钢件可降低加工费用[1]。
2 激光快速制模技术
2.1 直接快速制模技术
直接快速制造模具是利用粉末材料选择性激光烧结成形（SLS）直接制造出金属模具。其基本过程是首先将金属粉末进行覆模处理，即利用低熔点有机材料对金属粉末进行表面包覆，然后利用选区激光烧结，在较低的激光功率下对其进行烧结成形，这种烧结件往往是低密度的多孔状结构，可以渗入第二相熔点较低的金属后直接形成金属模具，这种模具可以用作注塑模。還有一种是采用SLS法直接制成模具。利用激光热量直接烧结钢—青铜—镍基混合粉末，这种制模技术需要大功率激光器（200W以上），光斑小（350μm），功率密度大，所制的模具强度可达500MPa，硬度可达60～80HB，可以用来作为冲压模。
2.2 间接快速制模技术
间接激光快速制模技术是首先利用激光快速成形技术加工出一个原型件作母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。
（1）喷涂法———塑料件制造金属模具。先加工一个RP原型，再将雾状金属粉末喷涂到RPM原型上产生一个金属硬壳，将此硬壳分离下来，用填充铝的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制作出精确的注射模具。该方法省略了传统加工工艺中详细画图、机械加工及热处理等三个耗时费钱的过程，模具寿命可达10000次。
（2）硅橡胶软模浇注技术。将原型固定在一个框架上，将硅胶注入框架中，待硅胶固化后，沿着开模线将模具切开，取出原型，然后再将母模重新组合，捆好后使用真空注型设备将PU（聚氨酯）双组分材料分别混合及浇铸入模具里，待材料固化后，取出样件。目前，将激光快速成形技术与其他技术结合来快速制造模具的应用越来越广泛，除了上面阐述的两种间接制模的技术之外，现在还有利用电弧喷涂技术和激光快速成形技术来制造汽车覆盖件冲压模的应用[2]。
3 激光技术在材料加工领域中的主要应用
3.1 激光焊接
激光焊接与常规焊接方法相比，具有如下一系列优点：利用激光的高密度能量，可对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接，也可对非金属材料进行焊接（如玻璃的焊接）；加热速度快，作用时间短，热影响区小，热变形可以忽略；属于非接触焊接，无机械应力和机械变形；激光焊接装置容易与计算机联机；可在大气中焊接，无污染等。因此，激光焊接在工业上获得广泛应用。
3.2 激光打孔和切割
由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量（106～108J/cm2），瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发，因此从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上，激光一经发明，人们首先想到用其来对宝石这类采用常规方法难以加工的材料进行孔加工。目前，激光已经广泛用于各类材料的孔加工和切割，如进行木模板的激光切割和石油管道的激光切缝等。
3.3 激光弯曲成形
激光弯曲是不需要模具的，所以适合于单件小批量弯曲件的成形。其原理是将激光束射向弯曲线，这时该区域在厚度方向会出现一个温度梯度，这种温度梯度导致冷却不均匀而产生不均匀的内应力，当这种内应力超过材料的刚性时就会使板料弯曲。根据不同材料选取不同的激光工艺参数可以得到不同弯曲角[3]。
4 激光技术的发展展望
激光加工技术具有无接触、不需要工模具、清洁、效率较高、便于实行数控、可进行特殊加工等优点，随着该技术的不断进步与完善，人们将能对工艺的自动化和工作效率提出更高的要求。在理论研究的支持和实际需要的配合下，激光技术在工业领域的应用将更为广泛，这也使激光技术有了更加丰富的研究内容和更加广阔的应用前景。以下几个方面将是近期激光技术发展的关键和前沿课题：
（1）研制大功率、高寿命和小型化的激光装置。该研究主要包括制备适用于大功率激光的光学器件材料，提高电源的稳定性和使用寿命，实现大功率激光装置的小型化。
（2）建立简洁且适合于现场控制的数学分析模型，缩短确定最佳工艺参数的时间。
（3）从凝固动力学、结晶学和相变理论出发，系统研究激光快速凝固行为，揭示材料微结构的形成、演化机理及其规律，如探讨凝固过程中溶质的非平衡规律及界面的稳定性，丰富和发展快速凝固理论、相变理论和界面理论。
5 结束语
综上所述，在新时期，加强激光技术在材料加工工艺中的应用是一项非常系统的工程。为了夯实该项工程的基础，增强该项工程的实效，要注意以下几个问题：首先，要对加强激光技术在材料加工工艺中应用的必要性和重要性有一个清晰的认识；其次，要对激光技术在材料加工工艺中的应用现状有一个全面的分析；最后，要对加强激光技术在材料加工工艺中的应用路径有一个科学的把握。只有这样，才能最大限度地发挥激光技术的功效，才能真正实现金属材料加工事业又好又快的发展。
参考文献
[1] 孙栋，郑兆玲.激光技术在材料加工领域的发展及应用[J].工程技术：引文版，2016，（5）：00014.
[2] 钟思颖.激光加工技术的应用与发展前景[J].科技展望，2015， 25（36）：130.
[3] 直妍.激光技术在材料加工中的应用与发展趋势[J].热加工工艺，2014，（1）：22-23.
