激光沉積技術(shù)的案例
德國 Fraunhofer 開發(fā)金屬絲激光沉積技術(shù)，材料利用率可達(dá)100%
德國Fraunhofer 激光技術(shù)研究所正在開發(fā)基于金屬絲激光沉積的創(chuàng)新技術(shù)（wire-based laser metal deposition，LMD-W）。在Formnext 2018展會(huì)期間，F(xiàn)raunhofer 展示了這一技術(shù)。
Fraunhofer 在Formnext展臺(tái)中展示的LMD-W技術(shù)
可制造市場上廣泛使用的焊絲
LMD-W 技術(shù)最初是為提升部件的耐磨性而開發(fā)的。金屬絲材在被激光熔化之后，層層沉積到部件表面。Fraunhofer 還開發(fā)了CAD / CAM軟件，用于控制材料的逐層構(gòu)建過程。
LMD-W 技術(shù)的特點(diǎn)是，材料在完全熔化后被分層沉積到部件表面，通過適當(dāng)?shù)腃AM 支持和多軸過程控制，材料能夠被構(gòu)建在現(xiàn)有的組件上。Fraunhofer表示該技術(shù)的材料利用率可達(dá)100%。
基于LMD-W 技術(shù)的增材制造設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，可以經(jīng)濟(jì)高效的集成到企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)線中。其激光打印頭適用于常見的激光光學(xué)系統(tǒng)，因此不需要復(fù)雜的定制光束引導(dǎo)系統(tǒng)。內(nèi)置傳感器可以檢測到運(yùn)行過程中出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤，因此這些錯(cuò)誤能夠在加工過程中得到分析，設(shè)備的控制系統(tǒng)針對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行補(bǔ)償。
LMD-W 設(shè)備采用橫向送絲方式，金屬絲與光軸成20度角。打印絲材包括多種鋼，以及鎳基和鈦基合金絲材。Fraunhofer 正在研究幾種其他合金絲材的適用性。
3D科學(xué)谷了解到，LMD-W 技術(shù)所使用的金屬絲材為市場上廣泛可用的絲材，填充焊絲、實(shí)芯焊絲和專用于激光沉積的絲材都可應(yīng)用于該技術(shù)，這將降低制造成本。
LMD-W 技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用包括：
刀具維護(hù) - 在制造中，刀具會(huì)受到磨損、粘附，并承受可能導(dǎo)致?lián)p壞的應(yīng)力。
展開 美國Additec：金屬粉末+線材，激光金屬沉積（LMD）3D打印技術(shù)
2019年1月，南極熊報(bào)道了美國金屬3D打印設(shè)備廠商Additec推出的桌面級(jí)金屬3D打印機(jī)μprinter，下面南極熊對(duì)該公司的激光金屬沉積（LMD）技術(shù)做一個(gè)更加詳細(xì)的介紹。
工藝概述：
激光金屬沉積（LMD）是一種焊接工藝，將材料引入由高功率激光產(chǎn)生的熔池中焊接成型，LMD屬于定向能量沉積（DED）工藝的范圍。通常，引入的填充材料是粉末，通過圍繞激光束的錐形環(huán)噴嘴注入。 添加的材料形成焊縫，然后涂覆下面的金屬。 該工藝用于包層應(yīng)用，其中部件的耐磨性增加，在將材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用中，或在復(fù)雜幾何形狀的自由形式制造中（3D打印）。 與其他類型的焊接相比，LMD導(dǎo)致較小的熱影響區(qū)，低稀釋和組件中的低殘余應(yīng)力。
Additec的Wire LMD-WP（線粉）工藝以同樣的方式工作，但是我們使用多個(gè)光纖耦合二極管激光源，而不是讓一個(gè)激光束通過沉積頭的中心進(jìn)入，它們均勻分布在頭部中心軸周圍 。 這釋放了固體填充材料的中心路徑，并允許對(duì)普通MIG焊絲進(jìn)行單向處理。 在線孔周圍，我們的沉積頭還具有錐形粉末噴嘴。 這樣，與傳統(tǒng)的激光熔覆頭相比，沒有功能損失。 此外，還可以同時(shí)沉積線材和粉末以形成兩種組分的新合金。
沉積線材：
在當(dāng)今的工業(yè)中，粉末LMD比線材沉積更常見，因?yàn)槭褂脝蝹€(gè)高功率激光源更容易實(shí)現(xiàn)。然而，加工粉末有許多缺點(diǎn)：
粉末比金屬絲貴得多，這是有問題的，因?yàn)長MD通常用于制造使用大量材料的中型到大型部件。
此外，并非所有通過噴嘴噴射的粉末實(shí)際上都被捕獲在熔池中。對(duì)于自由形式制造，實(shí)際的粉末利用效在20-80％的范圍內(nèi)，并且在很大程度上取決于部分精細(xì)度和工藝參數(shù)。從材料成本的角度來看，這是個(gè)問題，而且從工程角度來看也是如此。
展開 基片表面傾斜及衍射對(duì)激光會(huì)聚原子沉積條紋的影響
[圖片]
基片表面傾斜及衍射對(duì)激光會(huì)聚原子沉積條紋的影響
張寶武，張超超，劉若男，王道檔，沈小燕，余桂英
［摘要］目的：探究基片對(duì)激光會(huì)聚原子沉積的影響。方法：根據(jù)光學(xué)勢阱中原子運(yùn)動(dòng)的軌跡方程，對(duì)會(huì)聚場的光學(xué)勢阱、原子運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積條紋等進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果：衍射式光學(xué)勢阱使原子軌跡提前會(huì)聚，進(jìn)而與傾斜角一起對(duì)沉積條紋的質(zhì)量參數(shù)產(chǎn)生了影響。在正傾時(shí)，隨著｜ｘ０｜的增大，條紋半高寬增大，條紋峰值減小；在負(fù)傾斜時(shí)，隨著｜ｘ０｜的增大，條紋半高寬保持不變，條紋峰值增大；同時(shí)隨著｜ｘ０｜的增大，沉積條紋的峰值位置相對(duì)于波節(jié)的偏移量趨向單調(diào)增大。在非衍射條件下，偏移量增大４ｎｍ；在衍射條件下，偏移量增大１５ｎｍ。結(jié)論：由于衍射的存在，不管基片表面正傾斜還是負(fù)傾斜，基片表面上方沿著ｚ方向都會(huì)存在一個(gè)直邊衍射式的光學(xué)勢阱。
［關(guān)鍵詞］計(jì)量；激光會(huì)聚；光學(xué)勢能；衍射；傾斜度
展開 
新的理論模型，可預(yù)測激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度
2018年10月10日，南極熊獲悉，澳大利亞和印度的研究人員開發(fā)了一種新的理論模型，可成功預(yù)測激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度。
該模型由印度理工學(xué)院的Ramesh Singh教授團(tuán)隊(duì)與莫納什大學(xué)的Wenyi Yan教授共同開發(fā)，研究了熱機(jī)械行為和通過直接能量沉積技術(shù)（如激光熔覆）進(jìn)行的冶金轉(zhuǎn)化。
激光熔覆廣泛用于汽車和航空航天工業(yè)中零件和結(jié)構(gòu)部件的維護(hù)，修理和大修，因?yàn)樗纳屏瞬牧咸匦浴?“定向能量沉積方法在航空航天部件，模具、模具的維修和再制造方面具有巨大的潛力，這些部件和模具因循環(huán)熱機(jī)械加載而受到損壞，”Singh解釋說。 “但是，沉積層中存在拉伸殘余應(yīng)力會(huì)降低部件的疲勞壽命。在這項(xiàng)協(xié)同工作中開發(fā)的完全耦合的熱機(jī)械和冶金模型已用于確定臨界沉積高度，以確保壓縮殘余應(yīng)力。 沉積層可持續(xù)修復(fù)。“
△用Neutron和X射線衍射測量有限元模型預(yù)測殘余應(yīng)力的比較。圖片來源：澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織（ANSTO）
他們的工作在“Scientific Reports journal”上在線發(fā)表。在該論文中，研究人員報(bào)告說，通過其金屬熱機(jī)械模型預(yù)測的激光熔覆鋼橫截面上殘余應(yīng)力的變化表明存在臨界沉積高度。
沉積的臨界高度對(duì)應(yīng)于層厚度，當(dāng)沉積時(shí)，層厚度將使沉積層和基板中的有益壓縮殘余應(yīng)力最大化。
低于臨界高度的沉積將在界面處產(chǎn)生有害的拉伸殘余應(yīng)力，而高于臨界高度的沉積將導(dǎo)致過度稀釋。
研究還發(fā)現(xiàn)，在沉積的臨界高度，凝固速率最小。
Kowari殘余應(yīng)力衍射儀用于測量H13鋼樣品中的宏觀殘余應(yīng)力，該樣品是用釩含量高的坩堝顆粒冶金鋼粉激光包覆的。
Kowari殘余應(yīng)力的三維測量是高度準(zhǔn)確和非破壞性的。
“一個(gè)模型只有它的驗(yàn)證一樣好。
展開 重磅：剎車盤金屬涂層新規(guī)，激光熔覆金屬3D打印市場有望爆發(fā)
△AM Cube
這種沉積技術(shù)分為線基激光沉積（LMD-W）技術(shù)和粉末基激光沉積（LMD-P）技術(shù)，再搭配AM Cube最多5軸的的機(jī)械臂控制系統(tǒng)和西門子的組件，能夠涂覆和修復(fù)尺寸最大為500毫米的部件、長達(dá)一米的圓柱形部件以及半成品的近凈形生產(chǎn)。
△多軸控制系統(tǒng)
線基激光金屬沉積 (LMD-W)：借助這項(xiàng)技術(shù)，激光束將基材（在本例中為線材）熔化，然后熔化物融合在一起并固化。由于工件是逐層構(gòu)建的，因此可以創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀。線材的一大優(yōu)勢是高沉積率。激光的靈活性使這項(xiàng)技術(shù)適用于精細(xì)表面和大堆積率。AM Cube中的材料進(jìn)料采用同軸送絲形式，可在所有焊接方向上工作。材料以干凈的方式進(jìn)料，并100%被利用。為防止氧化，沉積過程在密封系統(tǒng)中使用保護(hù)氣體進(jìn)行。
△激光金屬沉積- 線材 (LMD-W)：1. 3光束激光器。2. 保護(hù)氣體噴嘴。3. 線嘴。4.保護(hù)氣區(qū)。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區(qū)。8. 基材。9. 線。
粉末基激光金屬沉積 (LMD-P)：這個(gè)過程也用于AM Cube。在這種情況下，送入熔池的原料是粉末形式，非常適合薄涂層。同軸噴嘴使該過程適用于任何焊接方向。
△激光金屬沉積- 粉末 (LMD-P)：1. 激光束。2. 粉嘴。3. 粉。4.保護(hù)氣區(qū)。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區(qū)。8. 基材。
從“一點(diǎn)”出發(fā)，帶動(dòng)3D打印技術(shù)
或許你會(huì)覺得，這樣一個(gè)小應(yīng)用并不是非常“吸睛”。但是，隨著全球電動(dòng)汽車、飛機(jī)等交通工具的飛速發(fā)展，制動(dòng)系統(tǒng)成了安全必不可缺的一環(huán)，需求量和普及率相當(dāng)可觀。有報(bào)告指出，亞太制動(dòng)系統(tǒng)市場估計(jì)是增長最快的區(qū)域市場。中國、日本、韓國和印度越來越多地采用先進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)。
展開 比SLM速度快10倍的攪拌摩擦沉積金屬3D打印，MELD技術(shù)新突破
從這項(xiàng)技術(shù)中我們可以看到一個(gè)固體進(jìn)料桿（打印材料）被推過一個(gè)空心旋轉(zhuǎn)工具，當(dāng)送料桿接觸到下面的基材時(shí)，它開始涂抹并通過摩擦粘在基材上，發(fā)生塑性變形，但絕不會(huì)熔化。快速旋轉(zhuǎn)的工具具有加熱材料的作用，使其具有足夠的可塑性，從而發(fā)生如此嚴(yán)重的塑性變形。一旦第一層被涂上，送料桿就會(huì)被簡單地抬起并推回，以打印更多的層，直到最后的三維部件完成。
摩擦沉積工藝與各種金屬兼容，如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。MELD的3D打印應(yīng)用主要是在國防領(lǐng)域，包括零件涂層、部件維修、金屬連接和定制金屬基復(fù)合材料坯料。
由于其固態(tài)性質(zhì)，與傳統(tǒng)的激光3D打印相比，增材制造攪拌摩擦沉積技術(shù)具有較低的殘余應(yīng)力和明顯較低的能量需求。它還與那些不容易出現(xiàn)孔隙、熱裂和其他與熔融技術(shù)有關(guān)的問題的材料兼容。
此外，MELD的技術(shù)是一個(gè)單一步驟的過程，所以用戶不必?fù)?dān)心燒結(jié)或熱等靜壓（HIP）等繁瑣的后處理工作流程來提高零件質(zhì)量。
△獲得專利的MELD固態(tài)工藝。照片來自MELD制造。
尺寸和速度的結(jié)合
據(jù)MELD稱，增材攪拌摩擦沉積技術(shù)能夠以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)大型金屬零件。這可以歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即該技術(shù)不限于小型粉末床或真空系統(tǒng)，它是一種可以在開放的大氣環(huán)境下實(shí)施的工藝，不受操作環(huán)境或材料表面條件的限制。MELD公司還聲稱，該技術(shù)的材料沉積速度比粉末床熔融等工藝快十倍以上。
哈德威克補(bǔ)充說："我們能夠制造大尺寸的部件，而這些零件以前只能通過鍛造完成。我們能夠制造出其他3D打印技術(shù)不能打印的合金，而且能夠露天制作，這就消除了規(guī)模上的任何限制。這是一個(gè)令人難以置信的可擴(kuò)展的技術(shù)。"
△前沿作戰(zhàn)基地的MELD增材制造維修概念圖。
展開 Ansys Fluent在化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)中的應(yīng)用
作者：鄧瑞英，上海安世亞太流體工程師
本文為上海安世亞太原創(chuàng)內(nèi)容，若要轉(zhuǎn)載請標(biāo)明出處
研究背景
化學(xué)氣相沉積技術(shù)主要是利用含有薄膜元素的氣相物質(zhì)在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學(xué)氣相沉積技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中有著比較廣泛的應(yīng)用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD），等離子技術(shù)可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進(jìn)行。
圖1 薄膜太陽能電池
研究目的
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對(duì)太陽能電池的性能產(chǎn)生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測量的方法獲得薄膜的生長規(guī)律、氣流流動(dòng)特性、復(fù)雜的氣相和表面化學(xué)反應(yīng)過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預(yù)測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規(guī)律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應(yīng)器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應(yīng)氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中加有電離場，反應(yīng)氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經(jīng)過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經(jīng)過化學(xué)吸附過程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2 PECVD反應(yīng)器示意圖
圖3 PECVD反應(yīng)器原理圖
為減少計(jì)算量，采用反應(yīng)器對(duì)稱的一半?yún)^(qū)域做計(jì)算。
展開 看通過FDM熔融沉積技術(shù)3D打印陶瓷是如何實(shí)現(xiàn)的？
目前，陶瓷3D打印的技術(shù)主要有，激光掃描固化成型技術(shù)（SLA）、數(shù)字光處理技術(shù)（DLP），粘結(jié)劑噴射技術(shù)（3DP）、FDM熔融沉積技術(shù)。陶瓷作為一種傳統(tǒng)的無機(jī)材料，已經(jīng)有上千年的歷史。但是對(duì)于3D打印領(lǐng)域來說，卻是一個(gè)新興的材料。由于陶瓷材料本身的脆性，所以在3D打印領(lǐng)域一直鮮有人涉足。
還有一種陶瓷制造技術(shù)叫做Robocasting，通過擠出陶瓷漿料來3D打印陶瓷制品。不過陶瓷漿料粘度隨著擠出過程的剪切而下降。一旦糊料被擠出，材料上的剪切應(yīng)力就會(huì)降低，粘度會(huì)升高，使擠出物返回到稠厚的糊狀稠度。雖然機(jī)器人可以產(chǎn)生中空蜂窩等幾何構(gòu)造，但是3D打印陶瓷制品的分辨率是粗糙的，難以獲得高密度的陶瓷。
更強(qiáng)更致密
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，美國的大型國防合約商雷神公司（Raytheon Company）正在探索通過FDM熔融沉積技術(shù)來實(shí)現(xiàn)陶瓷產(chǎn)品的3D打印。
在長寬比為至少2：1的陶瓷中使用添加劑以制成長絲，然后通過FDM技術(shù)進(jìn)行3D打印使得陶瓷產(chǎn)品具有紋理化的微結(jié)構(gòu)和表面，并可以增強(qiáng)自然界中不存在的物理和化學(xué)性質(zhì)。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，這種方法可以合成具有自然界中不存在的新型材料，通過利用陶瓷的各向異性特性，這種方法可以獲得單晶材料。此外，還可以通過纖維增強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的微結(jié)構(gòu)。這其中，添加劑可包括任何結(jié)晶材料，合成材料或聚合物材料。合適的添加劑包括白榴石，二硅酸鋰，氮化硅，玻璃（例如二氧化硅）或其任何組合。
此外，還可以通過HIP熱等靜壓過程來進(jìn)一步減少或消除可能殘留的任何殘余孔隙。HIP過程降低了孔隙率并增加了陶瓷材料的密度，此外，HIP過程還可以改善陶瓷產(chǎn)品的機(jī)械性能。
展開 實(shí)例詳解 Ansys Fluent在化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)中的應(yīng)用
鄧瑞英
上海安世亞太公司
化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）主要是利用含有薄膜元素的氣相物質(zhì)在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學(xué)氣相沉積技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中有著比較廣泛的應(yīng)用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD），等離子技術(shù)可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進(jìn)行。
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對(duì)太陽能電池的性能產(chǎn)生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測量的方法獲得薄膜的生長規(guī)律、氣流流動(dòng)特性、復(fù)雜的氣相和表面化學(xué)反應(yīng)過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預(yù)測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規(guī)律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應(yīng)器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應(yīng)氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中加有電離場，反應(yīng)氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經(jīng)過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。
展開 革命性創(chuàng)新：連續(xù)激光輔助3D打印技術(shù)，噴射粘度高3000倍卻不會(huì)堵頭
導(dǎo)讀：隨著科技的發(fā)展與3D打印行業(yè)逐漸被人們關(guān)注，越來越多的新興3D打印技術(shù)逐漸問世。2021年6月，總部位于英國的電子制造初創(chuàng)公司IoTech Group Limited表示，已經(jīng)推出了世界上第一個(gè)用于半導(dǎo)體到PCB電子制造的連續(xù)激光輔助沉積(Continuous Laser Assisted Deposition，C.L.A.D.) 技術(shù)。（南極熊提醒：這個(gè)技術(shù)的名字和著名的連續(xù)液面高速光固化3D打印技術(shù)Continuous liquid interface production（CLIP）是不是有點(diǎn)類似？）
△連續(xù)激光輔助3D打印機(jī)
△世界上首個(gè)連續(xù)激光輔助沉積(C.L.A.D.) 技術(shù)面世
連續(xù)激光輔助沉積3D打印技術(shù)（CLAD）
南極熊注意到，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工具已經(jīng)達(dá)到極限，電子制造領(lǐng)域迫切需要尖端制造技術(shù)之際。IoTech將LAD視為一種突破性的電子增材制造技術(shù)。這項(xiàng)工藝包含三個(gè)步驟：涂覆、噴射和后處理。
在金屬薄片上涂上一層完美光滑和精細(xì)的微層。
將脈沖激光以快速、微米級(jí)精度噴射到基板上。
使用多功能內(nèi)聯(lián)后處理，例如激光燒結(jié)，紫外線固化或加熱。導(dǎo)電層和層壓層被涂覆、噴射和燒結(jié)或固化。孔隙被填充，形成致密結(jié)構(gòu)。
IoTech稱，LAD噴射標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)材料粘度比噴墨材料高3000倍，且沒有任何堵塞風(fēng)險(xiǎn)。工藝的另一個(gè)巨大好處是，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)阻焊層被沉積在同一體系，確保完美對(duì)齊和電路板精確涂覆。
△CLAD電子電路制造
打印一層只需幾秒鐘，多層打印電路板則在幾分鐘內(nèi)就能打印完成，充分發(fā)揮了激光速度來制造印刷電路板。組裝時(shí)，相機(jī)會(huì)定位焊盤。
展開 
激光技術(shù)運(yùn)用普及，半導(dǎo)體激光體備受關(guān)注
a) 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)； (b) 能帶
(c) 折射率分布； (d) 光功率分布
半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用
01
在激光光譜學(xué)中的應(yīng)用
激光光譜是以激光為光源的光譜技術(shù)，主要用于分子光譜、等離子物理、高階諧波產(chǎn)生的科學(xué)應(yīng)用及大氣污染的監(jiān)測和癌癥的診斷等。而選用半導(dǎo)體激光器作為激光光譜學(xué)的光源中有較多優(yōu)勢，它體積小，輸入能量低，壽命長，可協(xié)調(diào)性強(qiáng)且價(jià)格低廉。例如圖即為“SPECDILASV—763—OXY"VCSEL所探測的氧氣的吸收光譜(半導(dǎo)體激光器的工作溫度為Top=10℃,Iset=4.6mA,加32Hz,10.6mV的鋸齒波,256次平均)。可以看出,通過改變工作電流很容易地得到氧氣的兩個(gè)吸收峰,無模式跳躍。
用760nmVCSEL激光器測得的氧氣吸收光譜
02
在光固化成型技術(shù)中的應(yīng)用
光固化成型法（Stereo lithography Appearance，簡稱SLA）是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝，由于它成型過程自動(dòng)化程度高、制作原型表面質(zhì)量好、尺寸精度較高且能夠?qū)崿F(xiàn)比較精細(xì)的尺寸成型，在單件小批量精密鑄造、概念設(shè)計(jì)的交流、產(chǎn)品模型、快速工模具及直接面向產(chǎn)品的模具等諸多方面廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電器、消費(fèi)品以及醫(yī)療等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。其成型原理如圖2所示,用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點(diǎn)到線,由線到面順序凝固,完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè),然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度,再固化另一個(gè)層面.這樣層層疊加直至構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。
而紫外半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，為SLA提供了最好的光源，在電光效率、成本、體積、壽命和可靠性等指標(biāo)上堪稱最優(yōu)，在光譜、譜線寬度、功率等性能方面也完全符合其工藝要求，因此現(xiàn)在進(jìn)行這種新型光源的研究已成為現(xiàn)實(shí)。
展開 激光位移傳感技術(shù)解析：工業(yè)激光傳感新方案
尤為突出的一點(diǎn)是，這種技術(shù)能實(shí)現(xiàn)三角法無法完成的深孔測量。
深孔檢測示意圖
此外，MX－G系列激光同軸振動(dòng)傳感器可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的遠(yuǎn)距準(zhǔn)確測振，測振頻率范圍及振幅靈敏度可與常用LDV相當(dāng)，具有光收發(fā)一體、同軸測量、安裝方便、抗干擾性強(qiáng)，不受粉塵或測量面光強(qiáng)度變化影響等特點(diǎn)，可用于喇叭振幅檢測、軸承振動(dòng)檢測、車床振動(dòng)監(jiān)測、汽車振動(dòng)檢測等方面。
振動(dòng)檢測示意圖
如文章開頭介紹，此類傳感器在測位移模式下可以直接進(jìn)行透明物體（如薄膜，玻璃板或玻璃鏡頭）厚度的測量，而測振模式下（也是一種相位測量模式）則可以進(jìn)行玻璃彎曲度的快速檢測。可以說，摯感光子的新型傳感技術(shù)和傳感平臺(tái)代表了我國在工業(yè)級(jí)激光傳感器技術(shù)方面的一個(gè)創(chuàng)新力。具體的技術(shù)細(xì)節(jié)可通過他們的官網(wǎng)去了解。
資本涌入 前景廣闊
總體而言，我國傳感器技術(shù)相對(duì)落后，但近年來我國陸續(xù)制定有利于傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，并建立了多個(gè)傳感技術(shù)、機(jī)器人國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。此外資本市場（包括政府的基金） 也加大了對(duì)激光傳感行業(yè)的投入，良好的政策土壤與資本關(guān)注將為傳感器企業(yè)帶來良好的生存環(huán)境。
在未來，以激光位移傳感器為代表的的各類激光傳感器需求總體將保持快速增長的態(tài)勢，而隨著國內(nèi)各項(xiàng)鼓勵(lì)政策的落實(shí)，激光技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新進(jìn)步和激光位移傳感器產(chǎn)品性能的不斷提升，我國激光位移傳感器的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用將很快成為現(xiàn)實(shí)。
展開 技術(shù)｜激光焊接技術(shù)
激光焊接技術(shù)作為一項(xiàng)激光加工技術(shù)，早在1964年就應(yīng)用在薄小零件的焊接中。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展及人們需求的不斷提高，為滿足安全、環(huán)保和節(jié)能等要求，并實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化、柔性化與智能化發(fā)展，從20世紀(jì)80年代開始，激光焊接技術(shù)開始應(yīng)用于汽車車身制造領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家50%～70%的汽車零部件都是用激光加工完成的，其中主要以激光焊接和切割為主，激光焊接在汽車生產(chǎn)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。
工藝原理
激光的含義：LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation(通過誘導(dǎo)放出實(shí)現(xiàn)光能增幅)。
LASER
L - Light 光線
A - Amplification by 放大
S - Stimulated 激勵(lì)
E - Emission of 發(fā)光
R - Radiation 輻射
激光焊接的原理是由激光發(fā)生器發(fā)出的激光束，聚焦在焊絲表面上加熱，使焊絲受熱熔化，潤濕車身上的鋼板，填充鋼板接頭的間隙，形成焊縫最終實(shí)現(xiàn)良好的連接。焊接后形成銅焊絲與鋼板之間的釬焊連接，銅焊絲與鋼板分別為不同元素，其形成的焊接層，為兩種不同元素高溫后形成的融合。相較于傳統(tǒng)的點(diǎn)焊，這種焊接方式焊接質(zhì)量更好，速度更快，焊接部位強(qiáng)度更高。
圖1 激光焊接原理圖
以下為TRUMPF激光焊接視頻展示：
工藝優(yōu)缺點(diǎn)
激光焊接的優(yōu)點(diǎn)如下：
熱影響區(qū)小。可將輸入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)小，因此熱變形亦最小。
非接觸式。
展開 激光技術(shù)在電子業(yè)的技術(shù)應(yīng)用值得分享
說起激光設(shè)備與應(yīng)用技術(shù)范圍還是比較廣泛的，例如激光醫(yī)療設(shè)備，激光家具雕刻，激光切割，激光束武器，激光芯片設(shè)備，激光焊接，激光打標(biāo)，激光航道，激光警示，激光相機(jī)，激光測量，激光美白，激光恢復(fù)視力，激光雷達(dá)等行業(yè)。
編輯這個(gè)文章時(shí)我個(gè)人感覺對(duì)激光技術(shù)還蠻有緣的，也想找機(jī)會(huì)想聊聊這方面的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展方向，近期看到朋友發(fā)布了相關(guān)的文章，于是整理了這篇文章揭開激光技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，小編先來聊一聊從業(yè)來遇到的相激光技術(shù)，最早主編接觸激光技術(shù)是在十年前，設(shè)備外觀與功能大概如下圖：
那么第一次接觸的激光設(shè)備用途：不僅可以金屬焊接還可以表面金屬雕刻字，屬于金屬機(jī)加方面的激光焊接技術(shù)作用示意圖如下：
8年前接觸半自動(dòng)激光鐳射雕刻二維碼，此技術(shù)為汽車電子車燈外殼雕刻追溯二維碼，替代標(biāo)簽與噴墨二維碼追溯的概念，（節(jié)約成本與耗材，追溯有效性唯一性）設(shè)備外觀大概如下，半自動(dòng)人工按開始后拿著組裝好的車燈外殼放到激光鐳射頭雕刻二維碼，當(dāng)時(shí)用的紫外的激光鐳射頭，此技術(shù)為塑料表面鐳射技術(shù)，二維碼可識(shí)別的平面與弧度彎曲面塑料產(chǎn)品。
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