激光现代制造技术与前沿综述精选文档.ppt

本讲稿第一页，共十七页激光现代制造技术前沿综述激光现代制造技术前沿综述人类文明的进步与制造技术的发展密切相关人类文明的进步与制造技术的发展密切相关石人石人器力器力时制时制代造代造力力加加工工火火焰焰加加工工电电加加工工激激光光加加工工20世纪世纪50年代开始，激光引领着制造技术进入激光制造时代年代开始，激光引领着制造技术进入激光制造时代本讲稿第二页，共十七页激光现代制造技术前沿综述激光现代制造技术前沿综述 激光制造激光制造是以激光光子作为能量的载体，通过光子与材料的相互作用，是以激光光子作为能量的载体，通过光子与材料的相互作用，引起材料一系列的物理和化学变化，从而实现材料的制备、成型、改性和联引起材料一系列的物理和化学变化，从而实现材料的制备、成型、改性和联结等。迄今为止，激光制造技术已形成了激光焊接、切割、打孔、刻槽、标结等。迄今为止，激光制造技术已形成了激光焊接、切割、打孔、刻槽、标记等十几种应用工艺，并且迅速取代传统加工方法，在汽车、电子、航空航记等十几种应用工艺，并且迅速取代传统加工方法，在汽车、电子、航空航天、铁路、船舶等工业部门广泛应用。天、铁路、船舶等工业部门广泛应用。激光制造的益处缩短制造周期，提高加工效率：激光制造的益处缩短制造周期，提高加工效率：传统方法研制开发一代新传统方法研制开发一代新车一般需要车一般需要年年时间，采用计算机辅助设计和辅助制造技术后，新车型的开时间，采用计算机辅助设计和辅助制造技术后，新车型的开发周期缩短到了发周期缩短到了年年，在此基础上应用激光技术，新车型的开发周期缩短到，在此基础上应用激光技术，新车型的开发周期缩短到个月个月。本讲稿第三页，共十七页激光现代制造技术前沿综述激光现代制造技术前沿综述 年美国国家研究理事会发布年美国国家研究理事会发布哈里森计划哈里森计划，指出，指出“除了成功应用在信息领除了成功应用在信息领域外，激光技术对经济最重要的贡献是在制造业和加工业。因此，各个部门应该域外，激光技术对经济最重要的贡献是在制造业和加工业。因此，各个部门应该支持其发展，使光技术成为一个综合性学科，增进美国经济、军事实力。支持其发展，使光技术成为一个综合性学科，增进美国经济、军事实力。”在德国，政府制定了在德国，政府制定了“尤利卡计划尤利卡计划”、“激光激光”、“德国德国光学促进计划光学促进计划”等一系列发展规划，德国总理年指出：电子、等一系列发展规划，德国总理年指出：电子、生物、生物、激光技术激光技术是德国新的科技领域的三大发展重点。是德国新的科技领域的三大发展重点。从激光加工市场比较来看，年的国际产值为从激光加工市场比较来看，年的国际产值为亿美元亿美元（近（近亿元人民币），而国内仅为亿元人民币），而国内仅为亿元人民币亿元人民币，这说明国内传统工，这说明国内传统工业技术改革和新兴工业市场留给激光加工还有很大空间。业技术改革和新兴工业市场留给激光加工还有很大空间。光的诸多优势使其备受发达国家重视光的诸多优势使其备受发达国家重视本讲稿第四页，共十七页激光现代制造技术前沿综述激光现代制造技术前沿综述我国现代激光制造技术在研究上取得显著成果，但从我国现代激光制造技术在研究上取得显著成果，但从应用的水平和规模来应用的水平和规模来看，与国际看，与国际差距很大。产业化方面的情景不容乐观。差距很大。产业化方面的情景不容乐观。差距存在原因：差距存在原因：客观：客观：激光技术虽然先进，但它从诞生到现在毕竟才有几十年的时间，把它激光技术虽然先进，但它从诞生到现在毕竟才有几十年的时间，把它作为能源和工具，从起步、推广、大规模应用乃至产业化需要一个过程，作为能源和工具，从起步、推广、大规模应用乃至产业化需要一个过程，尤其是在我国这样一个工业基础不是很强的国家里尤其是在我国这样一个工业基础不是很强的国家里 主观：主观：我国制造业很大一部分是组装业，引进的几乎是国外即将被转移或我国制造业很大一部分是组装业，引进的几乎是国外即将被转移或被淘汰的设备。目前对传统工艺的更新换代、对新工艺的设计的权利很难被淘汰的设备。目前对传统工艺的更新换代、对新工艺的设计的权利很难掌握在我们自己手里。同时，许多厂家知道激光制造好处有很多，但真的掌握在我们自己手里。同时，许多厂家知道激光制造好处有很多，但真的敢于投资、应用激光技术，敢于投资、应用激光技术，做做“第一个吃螃蟹的人第一个吃螃蟹的人”的厂商却非常少的厂商却非常少 激光制造技术的激光制造技术的突破点突破点：“1”，其中的，其中的指研究所，另一个指研究所，另一个指强有力的工业伙伴，中间的指强有力的工业伙伴，中间的“1”则是指政府，政府在激光技术的推广中起着则是指政府，政府在激光技术的推广中起着月老月老的作用。的作用。我国的激光现代制造技术现状我国的激光现代制造技术现状 WHO做做“第一个吃螃蟹的人第一个吃螃蟹的人”本讲稿第五页，共十七页国家产学研中心学科带头人国家产学研中心学科带头人左铁钏：左铁钏：全国政协委员，教授，博士生导师，全国政协委员，教授，博士生导师，京工京工业大学激光工程研究院院长，国家产学研激光技术中心业大学激光工程研究院院长，国家产学研激光技术中心副主任兼总工程师，中国光学学会激光加工专业委员会副主任兼总工程师，中国光学学会激光加工专业委员会常务理事。常务理事。1964年毕业于清华大学机械系，年毕业于清华大学机械系，1986至至1991年在德国年在德国不来梅射线技术研究所（不来梅射线技术研究所（BIAS）从事激光加工技术的研）从事激光加工技术的研究，完成了究，完成了13项欧共体和德国研技部的科研项目。项欧共体和德国研技部的科研项目。左铁钏教授左铁钏教授1991年回国，年回国，1994年在国家经济贸易委员年在国家经济贸易委员会的支持下组建了会的支持下组建了“国家产学研激光技术中心国家产学研激光技术中心”，并先后主持了国家自然科学基金重点项目、，并先后主持了国家自然科学基金重点项目、973计划项目等计划项目等36项重要课题，其项重要课题，其中中“大功率激光三维制造技术大功率激光三维制造技术”、“大功率激光光束光斑质量诊断技术研究大功率激光光束光斑质量诊断技术研究”的研究成果达到了国际先进的研究成果达到了国际先进水平。鉴于多年来左教授在我国汽车、钢铁、电子以及国防领域所做出的突出贡献，水平。鉴于多年来左教授在我国汽车、钢铁、电子以及国防领域所做出的突出贡献，2001年年9月北京市国际月北京市国际科学技术协会授予左教授特别贡献奖。从科学技术协会授予左教授特别贡献奖。从1996年左教授开始筹划创建一个国际级的研究基地年左教授开始筹划创建一个国际级的研究基地“中德激中德激光技术中心光技术中心”，2001年年7月该项目获得中德双方政府部门的正正式批准，月该项目获得中德双方政府部门的正正式批准，中心建筑面积中心建筑面积5000平米，将装备价平米，将装备价值值3000多万元的国际先进水平的激光加工设备。多万元的国际先进水平的激光加工设备。左教授获得省部级科技进步奖左教授获得省部级科技进步奖4项，发表学术论文项，发表学术论文100余篇，出版专著余篇，出版专著1部，先后培养博士后部，先后培养博士后1名、博名、博士生士生7名、硕士生名、硕士生8名。名。本讲稿第六页，共十七页国家产学研中心简介（国家产学研中心简介（NCLT）中心经国家经济贸易委员会、国家教育部和中国科学院联合批准立中心经国家经济贸易委员会、国家教育部和中国科学院联合批准立项，得到国家经济贸易委员会支持，于项，得到国家经济贸易委员会支持，于1995年年9月成立。月成立。中心现有工作人员中心现有工作人员30余人，其中教授、副教授、高级工程师余人，其中教授、副教授、高级工程师15人，博人，博士后、博士、硕士士后、博士、硕士18人。现在有人。现在有10名博士生，名博士生，78名硕士生在此攻读学位。名硕士生在此攻读学位。中心拥有国际一流的激光加工设备及测试手段，目前拥有中心拥有国际一流的激光加工设备及测试手段，目前拥有2000m2的实验室和实验大厅。的实验室和实验大厅。本讲稿第七页，共十七页国家产学研中心简介（国家产学研中心简介（NCLT）中心的宗旨是中心的宗旨是“走产学研结合之路，走国际合作之路走产学研结合之路，走国际合作之路”。中心将成为激光加工技术研发中心，激光加工工程示范展示中心，中心将成为激光加工技术研发中心，激光加工工程示范展示中心，激光加工技术服务中心，激光加工系统成套组装中心，激光加工学术激光加工技术服务中心，激光加工系统成套组装中心，激光加工学术交流和技术培训中心。交流和技术培训中心。中心将推动激光加工技术在我国中心将推动激光加工技术在我国工业界工业界的广泛应用，成为加速的广泛应用，成为加速我国激光加工技术产业化发展的技术基地。我国激光加工技术产业化发展的技术基地。本讲稿第八页，共十七页2000m2的试验大厅的试验大厅本讲稿第九页，共十七页国家产学研中心设备国家产学研中心设备激光器激光器板条板条CO2Nd：YAGKrF准分子准分子波长（波长（m）10.61.06248nm模式模式接近接近TEM00高阶模高阶模高阶模高阶模重复频率重复频率15KHz01KHz1 50Hz功率功率1000/2500/3500/6000/20000550/1000/33004000万瓦万瓦加工范围加工范围3m2m1mm120n360 n360 光纤长光纤长10米米120 mm120 mm 5 mm本讲稿第十页，共十七页激光加工激光加工二维精细切割二维精细切割1不锈钢厚不锈钢厚1mm铝合金铝合金0.8mm厚，小孔直径厚，小孔直径0.7 mm单晶硅厚单晶硅厚0.7 mm不锈钢厚不锈钢厚4 mm本讲稿第十一页，共十七页激光加工激光加工三维精细切割三维精细切割2大功率电子管栅极大功率电子管栅极钼厚钼厚300微米，直径微米，直径300微米微米航空发动机叶形孔航空发动机叶形孔不锈钢厚不锈钢厚1mm，孔，孔100微米微米切割陶瓷厚切割陶瓷厚1.7mm色片工装色片工装铝合金厚度铝合金厚度4mm本讲稿第十二页，共十七页激光加工激光加工焊接焊接锅炉用钢管盒体铝合金厚盒体铝合金厚3mm锅炉用钢管厚锅炉用钢管厚7mm汽车齿轮（汽车齿轮（16MnCr5）纸浆过滤器不锈钢纸浆过滤器不锈钢本讲稿第十三页，共十七页激光加工激光加工熔覆与热处理熔覆与热处理航空发动机叶片修复航空发动机叶片修复熔覆层宽熔覆层宽2mm，厚，厚1mm曲轴花键槽修复曲轴花键槽修复（曲轴花键槽修复（18Cr2Ni4W）熔覆层宽熔覆层宽4mm，厚，厚0.5mm线材轧辊修复，线材轧辊修复，熔覆层熔覆层8mm8mm导轨表面强化导轨表面强化(材料材料:高强钢高强钢)本讲稿第十四页，共十七页激光加工激光加工生物芯片生物芯片多种激光器联合制作具有复杂流路的生物芯片多种激光器联合制作具有复杂流路的生物芯片20个循环个循环PCR微流控芯微流控芯毛细管微流控芯毛细管微流控芯本讲稿第十五页，共十七页国家产学研中心和企业合作简况国家产学研中心和企业合作简况一汽加长红旗轿车车身焊接后备箱的切割一汽加长红旗轿车车身焊接后备箱的切割宝钢科研项目：激光高速在线打孔打标技术研究宝钢科研项目：激光高速在线打孔打标技术研究宝钢科研项目：大功率激光电工钢刻痕技术研究宝钢科研项目：大功率激光电工钢刻痕技术研究企业科研项目：激光打孔切割系统的研究与开发企业科研项目：激光打孔切割系统的研究与开发企业科研项目：企业科研项目：200W声光调声光调Q激光深雕刻系统研究与开发激光深雕刻系统研究与开发 企业科研项目：超临界电站锅炉耐热钢激光焊接技术企业科研项目：超临界电站锅炉耐热钢激光焊接技术企业科研项目：激光熔覆外围技术与系统企业科研项目：激光熔覆外围技术与系统企业科研项目：钢与黄铜异种材料的激光焊接性及工艺技术企业科研项目：钢与黄铜异种材料的激光焊接性及工艺技术”企业科研项目：汽车发动机减振器激光焊接技术等等企业科研项目：汽车发动机减振器激光焊接技术等等本讲稿第十六页，共十七页本讲稿第十七页，共十七页