现代制造技术山颖资料课件

,现代制造技术,第一章 现代制造技术概述,第二章,CAD,、,CAE,、,CAPP,与,CAM,第三章 数控技术,第四章 柔性制造,第五章 虚拟制造,第六章 快速原型制造,第七章 敏捷制造,第八章,CIMS,：现代集成制造系统,第九章 智能制造与网络制造,第十章 激光技术,第十一章 绿色制造,第十章 绿色制造,第一节,激光技术基础,一、激光原理及产生过程,二、激光器的结构和种类,第二节 激光加工技术及其应用,一、激光加工技术简介,二、激光加工技术的应用,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,二、我国激光技术和产业的应用与创新,教学目标,应知：,1,了解什么是激光技术及其应用；,2,了解激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,应会：,通过网络了解激光技术的新发展。,重点：,了解激光技术现状及其发展趋势。,难点：,了解激光技术现状及其发展趋势。,第十章 激光技术,第一节,激光技术基础,一、激光原理及产生过程,二、激光器的结构和种类,第二节 激光加工技术及其应用,一、激光加工技术简介,二、激光加工技术的应用,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第一节 激光技术基础,激光,60,年代的新光源。,特点,方向性好、亮度高、单色性好等特点，波长范围从软,X,射线到远红外。,激光器,可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。,广泛的应用单元技术有共振腔设计与,选模、倍频、调谐、,Q,开关、锁模、稳频和放大技术,等。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,1,激光原理,:,激光（,LASER,）于,1960,年面世，,LASER,是英文的,“,受激放射光放大,”,的首字母缩写。激光就是一种因,刺激,产生辐射而,强化,的光。,在电管中以,光或电流的能量,来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，,原子就会射出光子,，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，,激发更多的原子产生光子，,引发一连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。因此强的激光甚至可用作切割钢板！,激光原理示意图,第一节 激光技术基础,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,1,激光特征,激光有以下,三大特性,：,（,1,）,单色波长：,激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频,率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。,（,2,）,同调性：,激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个,“,波列,”,。,（,3,）,平行光束：,激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,3,激光的产生过程,第一：激发。,把基态上的粒子激发到高能级去，从低能级高级去的过程称为激发或抽运。,第二：辐射。,被激发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，放出激发时所吸收的能量，从高级回到低能级去的过程称为跃迁。,（,1,）自发跃迁,原子内部运动规律所导致的跃迁称为自发跃迁。,（,2,）受激跃迁,由于入射光子的感应或激励，导致激发原子从高能级跃迁到低能级去，这个过程称为受激跃迁或感应跃迁。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,3,激光的产生过程,第三：粒子数反转和激光的形成,当光子通过某一介质时，它可能被原子（或离子、分子）所,吸收,，从而使原子从低能级激发到高能级去，此过程称为,“,共振吸收,”,或称光的受激吸收。另外，入射光也能引起处于高能级的原子发生受激辐射。人为地施加一定能量，使高能级上具有较多的粒子数分布，,产生粒子数反转,的物质就称为活性物质。,第四：光学共振腔,激光所以具有良好的单色性、方向性以及较高的亮度，主要是取决于光学共振腔的作用。于,工作物质的两端加上两快相互平行的反光镜,，其中一块是全反射镜，另一块是半反射镜，这就是光学共振腔的主要结构。,1,激光器的结构,激光工作介质、激励源和谐振腔三个部分。,（,1,）激光工作介质：,可以是气体、液体、固体或半导体，可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。,（,2,）激励源：,一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。,（,3,）谐振腔：,光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。,。,二、激光器的结构和种类,第一节 激光技术基础,2,激光器的种类,按介质分固体激光器（红宝石、玻璃、钇铝石榴石）、气体激光器（氦氖、,co,2,）、液体激光器（氦氖、氩离子）和半导体激光器（砷化镓）。,激光输出方式的不同又可分为连续激光器和脉冲激光器。,二、激光器的结构和种类,第一节 激光技术基础,红宝石激光器,co,2,激光器,氦氖激光器,半导体激光器,激光：受激辐射的光放大。,发展方向：优质、高效、低成本、节能和环保。,组成：,气体激光发射器,CO,2,激光器,固体激光发射器,灯泵浦,激光泵浦,光纤激光器,发展方向,蝶形激光器,半导体激光器,第一节 激光技术基础,第一节 激光技术基础,固体激光器的结构示意图,第十章 激光技术,第一节,激光技术基础,一、激光原理及产生过程,二、激光器的结构和种类,第二节 激光加工技术及其应用,一、激光加工技术简介,二、激光加工技术的应用,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,二、我国激光技术和产业的应用与创新,一、激光加工技术简介,第二节 激光加工技术及其应用,激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料,(,包括金属与非金属,),进行,切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及作为光源，识别物体等的一门技术,，传统应用最大的领域为激光加工技术。,热加工和冷加工,均可应用在金属和非金属材料，进行,切割，打孔，刻槽，标记等。,热加工金属材料进行焊接,，表面处理，生产合金，切割均是极有利的。,冷加工则对光化学沉积，,激光快速成形技术，激光刻蚀和氧化,等都很合适。,激光雕刻,激光焊接,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,2,激光切割,3,激光焊接,4,激光雕刻,5,激光打孔,6,激光蚀刻,7,激光手术,8,激光武器,9,激光能源,激光快速成形,激光切割,激光焊接,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,2,激光切割,3,激光焊接,4,激光雕刻,5,激光打孔,6,激光蚀刻,7,激光手术,8,激光武器,9,激光能源,激光雕刻,激光打孔,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,激光蚀刻,激光手术,钬激光碎石,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,激光手术,激光武器（,烧蚀、激波、辐射,效应）,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,1,激光快速成形,2,激光切割,3,激光焊接,4,激光雕刻,5,激光打孔,6,激光蚀刻,7,激光手术,8,激光武器,9,激光能源,10,激光热处理,2,激光切割,3,激光焊接,4,激光雕刻,5,激光打孔,6,激光蚀刻,7,激光手术,8,激光武器,9,激光能源,激光能源,激光热处理,第十章 激光技术,第一节,激光技术基础,一、激光原理及产生过程,二、激光器的结构和种类,第二节 激光加工技术及其应用,一、激光加工技术简介,二、激光加工技术的应用,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,二、我国激光技术和产业的应用与创新,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,世界上第一台小型的激光发生器,激光武器在电影中的幻想,玩具火车全息图,(,三维激光,),七彩激光图,激光器和五美元钞票大小的对比图,激光被用来作为钻头,一、激光技术发展,50,年：从无用到无尽可能,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,激光进行眼内手术展示,美国国家点火实验设施,从最初被发明时的,“,无用武之地,”,，到成为互联网光纤骨干网及清洁聚变能研究的基础，激光技术经过了,50,年的发展，却仍然是个充满潜能的,“,未来派,”,。,以上的,8,幅图展示了激光技术这,50,年来的演变历史。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,世界上第一台激光器诞生于,1960,年,，我国于,1961,年,研制出第一台激光器，,40,多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。,比如,光电,技术，,激光医疗,与光子生物学，激光加工技术，,激光检测,与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。,这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。,世界上第一台小型的激光发生器,光纤激光器,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,1,我国早期激光技术的发展,1961,年夏，在王之江主持下，我国第一台红宝石激光器研制成功。,信息传输方面：,1964,年,9,月用激光演示传送电视图像，,1964,年,11,月实现,3,30,公里的通话。,工业方面：,1965,年,5,月激光打孔机成功地用于拉丝模打孔生产，获得显著经济效益。,医学方面：,1965,年,6,月激光视网膜焊接器进行了动物和临床实验。,国防方面：,1965,年,12,月研制成功激光漫反射测距机（精度为,10,米,/10公里），1966,年,4,月研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。,在起步阶段我国的激光技术发展迅速，无论是数量还是质量，都和当时国际水平接近。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,2,重点项目带动激光技术的发展,1964,年，我国第一所,，也是当时世界上第一所激光技术的专业研究所,中国科学院上海光学精密机械研究所（简称,“,上海光机所,”,）成立。,（,1,）建成了具有工程规模的,大口径（,120,毫米）振荡,放大型激光系统,，最大输出能量达,32,万焦耳；改善光束质量后达,3,万焦耳。,（,2,）实现了系统技术集成，成功地进行了,打靶实验,，室内,10,米处击穿,80,毫米铝靶，室外,2,公里距离击穿,0.2,毫米铝耙，并系统地研究了强激光辐射的生物效应和材料破坏机理。,（,3,）第一次揭示了强光对激光系统本身的,光损伤现象和机制,。,（,4,）第一次深入和理解激光光束质量的重要性和物理内涵，采用了一系列,提高光束质量的创新性技术,，如万焦耳级非稳腔激光器、片状激光器、振荡,扫瞄放大式激光系统、尖劈法光束质量诊断等。,（,5,）,激光元器件和支撑技术,有了突破性提高，如低吸收高均匀性钕玻璃熔炼工艺、高能脉冲氙气、高强度介质膜、大口径（,1.2,米）光学精密加工等。,（,6,）培养和造就 了一批技术骨干队伍。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,2,重点项目带动激光技术的发展,军用激光研究是,1966,年,12,月开始。,（,1,）靶场激光距技术初试成功：,采用重复频率为,20,赫兹的,YAG,调,Q,激光器，测距精度优于,2,米，最远测量距离达,660,公里，加在经纬仪上，可实现对飞行目标的单站定轨。这一成果为以后完成洲际导弹再入段轨迹测量创造了必要条件。,（,2,）红宝石激光人造卫星测距：,成功地对美国实验卫星,Expl-27,号、,29,号 和,36,号进行了测量、最远可测距离为,2300,公里，精度,2,米左右。这是第一