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第1章 激光加工制造基础 1

1.1 激光产生的基本原理 1

1.1.1 光与物质的关系 1

1.1.2 粒子数反转与光放大 3

1.1.3 光学谐振腔 5

1.1.4 产生激光的过程 6

1.2 激光器的组成及分类 6

1.2.1 激光器的组成 6

1.2.2 激光器的分类 6

1.3 常用激光器的工作原理与结构 8

1.3.1 He-Ne（氦-氖）激光器 8

1.3.2 CO2（二氧化碳）激光器 12

1.3.3 Nd：YAG固体激光器 17

1.4 激光光束传输与聚焦 19

1.4.1 激光光束质量 19

1.4.2 光束光斑质量诊断 21

1.4.3 激光传输系统 23

1.4.4 激光聚焦系统 26

1.4.5 激光热透镜效应 27

1.4.6 激光加工运动系统 27

1.4.7 飞行光束对加工质量的影响 30

1.5 激光与材料的相互作用 30

1.5.1 激光与物质的相互作用 30

1.5.2 材料对激光的吸收及其影响因素 32

1.5.3 激光诱导等离子体 37

第2章 激光切割技术 42

2.1 激光切割技术基础 42

2.1.1 激光切割原理 42

2.1.2 激光切割分类 43

2.1.3 激光切割的主要特点 44

2.1.4 常用工程材料的激光切割 45

2.2 激光切割质量 46

2.2.1 激光切割质量的评判依据 46

2.2.2 激光切割质量的影响因素 46

2.2.3 影响激光切割表面粗糙度的参数 51

2.2.4 激光切割质量的控制 52

2.3 激光器及其输出特性 54

2.3.1 CO2激光器 54

2.3.2 Nd：YAG激光器 57

2.3.3 激光器切割性能的比较 59

2.3.4 激光切割设备的系统构成 60

2.4 金属材料的激光切割 61

2.4.1 CO2气体连续激光切割 61

2.4.2 YAG脉冲激光切割 63

2.4.3 厚钢板激光切割 66

2.5 非金属材料的激光切割 68

2.5.1 有机玻璃片的激光切割 68

2.5.2 木材制品的激光切割 70

2.5.3 熔融石英的激光切割 70

2.6 有色金属的激光切割工艺 71

2.6.1 铝及其合金的激光切割 71

2.6.2 钛及其合金的激光切割 74

2.7 激光切割技术的应用 75

2.7.1 微芯片的激光切割 75

2.7.2 液晶屏短路环的激光切割 75

2.7.3 陶瓷材料的激光切割 75

2.7.4 激光切割在汽车制造中的应用 75

2.8 激光三维切割 77

2.8.1 三维切割的光学系统 77

2.8.2 数控系统与编程方法 78

2.8.3 轿车三维覆盖件的激光切割 80

第3章 激光焊接 82

3.1 激光焊接概述 82

3.1.1 激光焊接原理 82

3.1.2 激光焊接特点 83

3.1.3 激光焊接分类 83

3.2 激光焊接方法 84

3.2.1 激光热导焊 84

3.2.2 激光深熔焊 88

3.2.3 激光填丝焊 93

3.2.4 激光电弧复合焊 94

3.2.5 激光钎焊 97

3.2.6 激光点焊 98

3.3 激光焊接工艺 99

3.3.1 激光功率 99

3.3.2 焊接速度 102

3.3.3 焦点位置 103

3.3.4 保护气性质 103

3.3.5 材料表面状态 105

3.3.6 光束特性 106

3.3.7 激光焊接缺陷 108

3.4 材料的激光焊接 108

3.4.1 钢的激光焊接 108

3.4.2 铝合金的激光焊接 109

3.4.3 钛合金的激光焊接 110

3.4.4 镁合金的激光焊接 112

3.4.5 塑料的激光焊接 112

3.5 激光焊接系统 113

3.5.1 激光器类型及特点 113

3.5.2 激光焊接光学系统 115

3.5.3 激光焊接机头 115

3.5.4 激光加工机床 116

3.6 激光焊接过程的控制 117

3.6.1 声信号检测与控制 118

3.6.2 光辐射信号检测与控制 119

3.6.3 光辐射信号视觉检测 120

3.7 激光焊接模拟 122

3.7.1 激光焊接模拟的解析解 122

3.7.2 激光焊接模拟的数值解 124

3.8 激光焊接应用 127

3.8.1 激光焊接在汽车工业中的应用 127

3.8.2 激光焊接在造船工业中的应用 130

3.8.3 激光焊接金刚石锯片 131

3.8.4 激光焊接在铁路工业中的应用 132

第4章 激光表面工程 134

4.1 激光表面工程基础 134

4.1.1 激光表面工程的原理与分类 134

4.1.2 激光表面工程的技术特点 134

4.1.3 激光表面工程加工系统 134

4.1.4 激光与材料的相互作用 142

4.1.5 激光表面工程缺陷 145

4.1.6 激光表面工程数值模拟 146

4.2 激光淬火 148

4.2.1 激光淬火原理 148

4.2.2 激光淬火工艺 149

4.2.3 激光淬火的组织性能 150

4.2.4 激光淬火的应用 151

4.3 激光熔凝 154

4.3.1 激光熔凝原理 154

4.3.2 激光熔凝材料 155

4.3.3 激光熔凝的应用 158

4.3.4 激光毛化原理 158

4.3.5 激光毛化设备 159

4.3.6 激光毛化工艺 160

4.3.7 激光毛化的应用 160

4.4 激光合金化 161

4.4.1 激光合金化原理 161

4.4.2 激光合金化工艺 161

4.4.3 激光合金化组织 162

4.4.4 激光合金化的应用 164

4.5 激光熔覆 164

4.5.1 激光熔覆原理 164

4.5.2 激光熔覆材料 164

4.5.3 激光熔覆工艺 167

4.5.4 激光熔覆的组织性能 170

4.5.5 激光熔覆的监测与控制 173

4.5.6 激光熔覆的应用 173

4.6 激光冲击强化 174

4.6.1 激光冲击强化的概念和特点 174

4.6.2 激光冲击强化的传热过程 174

4.6.3 激光冲击波的形成机制 175

4.6.4 激光冲击强化的约束和非约束模型 176

4.6.5 吸收层和约束层材料的选择 177

4.6.6 激光冲击强化工艺参数的影响 180

4.6.7 激光冲击处理对组织和性能的影响 182

4.6.8 激光冲击强化的应用 182

第5章 激光快速成型与直接制造 184

5.1 快速成型技术基础 184

5.1.1 快速成型技术原理 184

5.1.2 快速成型信息处理 185

5.1.3 反求工程 188

5.1.4 实体测量技术 189

5.1.5 激光快速成型分类 190

5.2 光固化成型（SLA） 191

5.2.1 光固化成型的概念和过程 191

5.2.2 光固化成型法的设备组成及扫描方式 193

5.2.3 光固化树脂的材料特性要求 194

5.2.4 光固化成型精度 195

5.2.5 SLA的应用 196

5.3 分层实体制造（LOM） 198

5.3.1 分层实体制造原理及工艺 198

5.3.2 分层实体制造的特点 199

5.3.3 分层实体制造的变形和精度 201

5.3.4 分层实体制造的成型效率 203

5.3.5 分层实体制造的应用 203

5.4 选择性激光烧结（SLS） 204

5.4.1 SLS系统组成及其原理 204

5.4.2 SLS成型过程 205

5.4.3 SLS粉末材料 207

5.4.4 SLS的扫描方式 208

5.4.5 SLS工艺及其影响因素 209

5.4.6 SLS技术的应用 211

5.5 激光直接制造技术 212

5.5.1 激光直接制造原理和现状 212

5.5.2 激光直接制造方法 214

5.5.3 激光直接制造的材料特性 220

5.5.4 激光直接制造设备与控制 223

5.5.5 激光塑性成型技术 226

第6章 激光快速成型的软件开发 230

6.1 激光快速成型分层切片软件 230

6.2 基于机器手的激光快速成型软件开发 235

6.2.1 从CAD模型中提取成型数据 237

6.2.2 机器人语言和自动生成可执行文件 242

第7章 激光微加工 246

7.1 激光微加工 246

7.1.1 材料去除式微加工技术 246

7.1.2 材料添加式微加工技术 248

7.2 微纳粉的输送 253

7.2.1 国内外常用送粉器 253

7.2.2 送粉器的特性分析 255

7.2.3 微纳粉输送的关键技术 256

7.2.4 转刷式送粉器的设计 258

7.3 激光与微纳粉材料相互作用规律研究 259

7.3.1 金属粉末材料对激光能量吸收的差异 259

7.3.2 粉末在激光微成型中的3种状态 260

7.3.3 激光微成型粉层温度场的数值模拟 262

7.4 激光微成型工艺参数的变化对成型质量的影响 265

7.4.1 激光微成型工艺参数的分析 265

7.4.2 工艺参数的变化对粉末激光微成型的影响 267

7.5 微加工用激光器 269

7.5.1 飞秒激光器 269

7.5.2 准分子激光器 273

7.5.3 光纤激光器 275

第8章 激光加工安全防护 280

8.1 大功率激光器的安全隐患 280

8.2 激光加工的安全防护 281

8.3 不同类别的激光产品所使用的安全防护 283

参考文献 284