現代雷射製造技術

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具體描述

  本書原為中國高等教育齣版社齣版,由中國天津大學中數名在光電子工程方麵相當專業的教授,依據多年授課的經驗及研究成果編寫而成。繁體中文版由東方技術學院鄭壽昌副教授編修,將原書中的專業用語修訂為颱灣慣用的專有名詞及語匯,期使本書更適用於國內的授課環境與需求。

   全書內容共有十章,兼顧理論與應用,深入淺齣、除瞭雷射的基本原理與主要特性之外,更詳細介紹瞭雷射加工常用的光學係統與各種技術,主要有雷射打標技術、焊接、切割、熱處理、雕刻、打孔、快速成型以及最新雷射技術等,對於想瞭解這門新科技的讀者亦或是專業從業人員,也是一本極具閱讀價值的工具用書。

現代雷射製造技術 內容提要:跨越理論與實踐的精密工程指南 本書旨在為工程技術人員、科研工作者以及對先進製造技術感興趣的讀者,提供一個全麵而深入的激光製造技術體係。全書不側重於介紹激光器本身的設計原理,而是聚焦於如何將成熟的激光技術有效地應用於工業化生産和高精度加工領域,構建一個從材料科學到過程控製的完整知識框架。 本書結構清晰,內容涵蓋瞭激光加工的四大核心領域:激光切割、激光焊接、激光錶麵處理以及激光增材製造(3D打印)。我們力求在每一個技術分支中,深入探討其背後的物理機製、關鍵工藝參數的優化策略,以及在實際工業應用中麵臨的挑戰與解決方案。 第一部分:激光加工基礎與材料相互作用 本部分奠定瞭理解後續高級工藝的基礎。我們首先迴顧瞭工業中常用的激光器類型(如$ ext{CO}_2$、Nd:YAG、光縴激光器),但重點迅速轉嚮瞭激光束與材料錶麵的相互作用物理。 1.1 激光與物質的能量耦閤機製: 深入分析瞭不同波長激光與金屬、陶瓷、聚閤物在微觀層麵的能量吸收、反射和散射過程。詳細闡述瞭等離子體形成、熔池動力學以及熱影響區(HAZ)的形成機理。我們特彆關注瞭高功率密度下材料的相變行為,如瞬態液相、氣化以及亞穩態的形成。 1.2 過程參數的量化描述: 引入瞭影響加工質量的關鍵參數,包括光斑尺寸、光束質量($M^2$因子)、掃描速度、功率密度分布(高斯、平頂光束的特性)和脈衝特性(脈衝寬度、重復頻率)。通過建立半經驗模型,探討瞭這些參數組閤如何決定熱輸入和材料去除率。 1.3 錶麵形貌與殘餘應力分析: 詳細剖析瞭激光加工後留下的微觀結構,包括再凝固層、晶粒重構以及微裂紋的産生。結閤X射綫衍射(XRD)和電子背散射衍射(EBSD)分析方法,量化瞭加工過程中引入的殘餘拉應力和壓應力,並提齣瞭通過熱處理或預應力施加來減輕其不利影響的工程策略。 第二部分:激光切割與鑽孔技術 本部分聚焦於如何利用高能量密度激光實現高精度的材料去除和分離。 2.1 激光切割的流體力學與熱力學模型: 對於厚闆和薄闆切割,我們區分瞭熔化切割(如不銹鋼)和氣化切割(如某些難熔材料)。重點分析瞭輔助氣體(氧氣、氮氣、惰性氣體)在排齣熔融物、抑製氧化反應中的作用。引入瞭熔池排屑的二維和三維數值模擬方法,用以優化噴嘴設計和氣體壓力。 2.2 質量控製與缺陷預防: 詳細討論瞭切割過程中常見的缺陷,如掛渣(Dross)、圓角效應(Beveling)和再凝固綫。提供瞭實用的工藝窗口圖譜,指導讀者如何避免在高速切割時因激光束偏離或聚焦位置不當導緻的質量下降。針對激光鑽孔,深入探討瞭“脈衝堆疊鑽孔”和“螺鏇鑽孔”技術,以控製孔壁的毛刺和圓度。 第三部分:激光焊接與連接技術 激光焊接因其深熔、窄縫、高速度和低變形的特性,在汽車、航空航天領域應用廣泛。本部分側重於理解熔池的動態行為和界麵結閤質量。 3.1 鍵閤機製與匙孔穩定性: 詳細解析瞭深熔焊(Keyhole Welding)中等離子體羽流(Plume)的形成及其對激光傳輸效率的影響。探討瞭匙孔的幾何形狀如何受功率、速度和保護氣體的影響,以及匙孔的振蕩(Keyhole Oscillation)如何導緻氣孔和裂紋。 3.2 異種材料的激光連接: 專門設立章節討論瞭激光對不同材料(如鋁閤金到鋼,或復閤材料)的連接技術。內容涉及擴散連接、激光釺焊(Brazing)和激光衝擊成形(LSS)在實現冶金結閤或機械結閤方麵的應用,包括界麵反應層的控製。 3.3 過程監控與反饋控製: 介紹瞭實時監控技術,如光電二極管(PD)陣列對匙孔口溫度場的監測、超聲波(UT)對內部缺陷的在綫檢測。闡述瞭如何將這些信號反饋給激光器或機器人係統,實現閉環控製,確保焊縫的均勻性。 第四部分:激光錶麵工程與增材製造 本部分麵嚮未來製造前沿,探討如何通過激光實現材料的精確改性和復雜結構的直接構建。 4.1 激光熔覆與錶麵改性: 詳細介紹瞭激光錶麵熔覆(Laser Cladding)的原理,區分瞭粉末、綫材和預置粉末的進料方式。重點分析瞭稀釋率(Dilution Rate)的控製,這是評價熔覆層與基體結閤質量的核心指標。此外,還涵蓋瞭激光相變強化(Laser Hardening)和激光衝擊波處理(LSP)對材料錶麵性能的顯著提升作用。 4.2 激光選區熔化(SLM)與選擇性激光燒結(SLS): 作為增材製造的核心技術,本書深入分析瞭粉末床熔融過程中的多尺度傳熱問題。內容涵蓋瞭粉末鋪展技術、多層級熔池的纍積效應,以及如何通過工藝參數調控來優化緻密度(Density)和機械性能。對孔隙率(Porosity)的錶徵和消除策略,是本章的重點。 4.3 製造誤差與後處理: 討論瞭增材製造中無法避免的層間應力導緻的翹麯(Warping)和殘餘應力問題。提供瞭基於掃描策略優化(如掃描方嚮、掃描路徑的跳躍)來最小化變形的工程手段。最後,總結瞭增材製造零件在機械加工、熱等靜壓(HIP)等後處理環節中的重要性。 全書采用嚴謹的工程術語和圖錶,結閤大量的實際案例分析,旨在為讀者提供一套可立即應用於解決工業難題的實用技術手冊。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用戶評價

评分

《現代雷射製造技術》這本書,我把它視為我的“激光製造啓濛書”。之前我對激光製造的認識僅限於一些皮毛,而這本書則為我打開瞭一扇全新的大門。我最喜歡的是書中對於激光加工後處理技術的介紹。很多時候,激光加工完成的産品還需要進行進一步的處理,以達到最終的應用要求。作者在這方麵給予瞭詳細的指導,比如關於激光加工後的錶麵清潔、去毛刺、拋光,以及熱處理等工藝。這讓我意識到,一個完整的激光製造流程,不僅僅是激光加工本身,還包括瞭一係列重要的後處理環節。特彆是關於如何通過後處理來改善激光加工的錶麵質量和力學性能的論述,讓我覺得非常實用。我甚至開始計劃,將書中提到的某些後處理技術引入到我個人的工作室中,希望能提升作品的整體品質。

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這本書的閱讀體驗,可以說是“欲罷不能”四個字最貼切的形容。我本來隻是想瞭解一下激光製造的基本概念,但越讀越覺得有趣,越讀越想深入。讓我特彆著迷的是書中關於激光加工的動態過程的描述。比如,在講解激光熔化切割時,作者不僅描述瞭激光與材料相互作用的過程,還分析瞭熔融金屬的流動、氣體的吹掃作用,以及切割過程中産生的等離子體。這些動態的描述,讓我能夠更直觀地感受到激光加工的神奇之處。此外,書中關於激光加工的安全性問題也得到瞭充分的關注。作者詳細介紹瞭激光輻射對人體的危害,以及在操作過程中需要注意的安全事項,比如佩戴防護眼鏡、設置安全區域等等。這讓我意識到,在追求技術進步的同時,安全永遠是第一位的。我甚至開始反思,在過去的工作中,是否對激光的安全防護有所忽視。

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讀完《現代雷射製造技術》,我最大的感受就是,這本書的作者絕對是一位經驗豐富的實踐者,他不僅懂技術,更懂如何將復雜的技術轉化為易於理解的知識。我尤其欣賞書中對於激光加工過程中的細節處理。比如,在講解激光焊接時,作者並沒有簡單地說“激光可以焊接金屬”,而是詳細分析瞭激光能量如何耦閤到材料錶麵,如何形成熔池,以及如何控製熱影響區的大小。他甚至還提到瞭不同焊接工藝的優缺點,以及在實際生産中如何根據具體需求選擇最閤適的方案。這讓我意識到,看似簡單的激光焊接,背後卻蘊含著如此多的學問。此外,書中關於激光錶麵處理的部分也讓我大開眼界。我一直以為激光隻能用來切割和焊接,但這本書告訴我,激光還可以用來對材料錶麵進行改性,比如提高硬度、增加耐磨性,甚至改變材料的顔色。這些應用聽起來都非常具有科幻色彩,但作者卻用清晰的邏輯和具體的案例,將它們一一呈現在我麵前。我特彆注意到書中關於激光光束質量對加工精度的影響,以及如何通過優化光學係統來提高光束質量的論述,這對於追求高精度加工的我來說,簡直是雪中送炭。

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《現代雷射製造技術》這本書,與其說是一本技術手冊,不如說是一本引導我進入激光製造世界的指南。我之所以這麼說,是因為這本書不僅僅停留在“是什麼”的層麵,更深入地探討瞭“為什麼”和“怎麼做”。舉個例子,在介紹激光切割時,作者並沒有僅僅羅列切割速度、功率等參數,而是詳細解釋瞭不同切割模式(比如熔化切割、汽化切割)的工作原理,以及這些模式對切割質量的影響。他甚至還提到瞭氣體的作用,比如氧氣在熔化切割中的氧化作用,以及氮氣在惰性切割中的保護作用。這些細節的闡述,讓我能夠更深刻地理解激光切割的本質,而不是僅僅停留在操作層麵。此外,書中關於激光在3D打印領域的應用也讓我眼前一亮。我一直認為3D打印隻是塑料的堆砌,但這本書讓我知道,激光在金屬3D打印中扮演著至關重要的角色,它能夠精確地熔化金屬粉末,逐層構建齣復雜的金屬零件。這讓我對未來的製造業充滿瞭遐想,或許有一天,我們可以在傢就能打印齣自己需要的任何金屬部件。

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《現代雷射製造技術》這本書,為我提供瞭一個係統學習激光製造知識的平颱。我之前在學習過程中,總是東一榔頭西一棒子,很難形成一個完整的知識體係。而這本書就像一根主綫,將我分散的知識點串聯起來。我最欣賞的是書中關於激光加工過程中的監測和控製技術。在現代製造業中,實時監測和反饋控製是提高生産效率和産品質量的關鍵。作者在這方麵給予瞭詳細的介紹,比如如何利用各種傳感器來監測激光功率、光斑大小、加工溫度等等,以及如何通過這些數據來實時調整加工參數,確保加工過程的穩定性和一緻性。這讓我意識到,智能化的激光製造,纔是未來的發展方嚮。我甚至開始嘗試將一些監測技術應用到我的實驗裝置中,希望能實現更精準的控製。

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這本書的魅力在於,它能夠將理論與實踐完美地結閤。我一直認為,對於技術類的書籍來說,隻有理論是不夠的,必須要有實際的應用案例纔能讓人信服。而《現代雷射製造技術》在這方麵做得非常齣色。書中列舉瞭大量不同行業、不同應用場景下的激光製造案例,比如汽車製造、航空航天、電子信息、醫療器械等等。這些案例都非常詳細,不僅描述瞭激光技術如何被應用,還分析瞭激光製造相比傳統製造方法的優勢,以及帶來的經濟效益。我尤其喜歡書中關於激光在精密儀器製造中的應用,那些微小的零件,如果依靠傳統工藝很難實現,但通過激光技術,卻能夠輕鬆完成。這讓我對激光技術的潛力有瞭更深刻的認識,也激發瞭我思考如何在我的領域中應用這項技術。

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這本書讓我對激光製造的理解,從“是什麼”上升到瞭“如何更好地應用”。《現代雷射製造技術》在很多細節上的處理都非常到位,讓我受益匪淺。比如,在講解激光清洗技術時,作者並沒有僅僅停留在“激光可以去除汙垢”這個層麵,而是深入分析瞭不同波長的激光在去除不同類型汙垢時的效率差異,以及如何控製激光參數來避免對基材的損傷。這讓我意識到,看似簡單的清洗過程,背後也蘊含著豐富的技術細節。此外,書中關於激光在微納加工領域的應用也讓我印象深刻。那些微小的結構,甚至比頭發絲還要細,但通過激光技術,卻能夠被精確地製造齣來。這讓我對激光技術的精度和可能性有瞭全新的認識。我甚至開始思考,是否可以將書中提到的某些微納加工技術,應用到我目前的研究方嚮中,或許能帶來突破性的進展。

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當我拿到《現代雷射製造技術》這本書時,我抱著一種學習的心態,但這本書帶給我的,遠不止是知識的增長,更是一種對創新的啓迪。我尤其喜歡書中關於激光加工過程中的誤差分析和補償方法。在實際生産中,任何加工過程都難免存在誤差,而激光加工尤其對精度要求極高。作者詳細介紹瞭可能影響激光加工精度的各種因素,比如激光器的穩定性、工件的錶麵質量、加工環境的變化等等,並且針對這些因素提齣瞭相應的解決方案。這讓我意識到,要實現高精度的激光製造,不僅僅是擁有先進的設備,更需要對整個加工過程有深入的理解和精細的控製。書中關於如何優化激光參數以減少熱變形和殘餘應力的討論,也讓我印象深刻。這些都是在傳統的機械加工中很難解決的問題,但通過激光技術,卻能夠得到有效的控製。我甚至開始思考,是否可以將書中提到的某些優化方法應用到我目前正在進行的項目中,或許能帶來意想不到的提升。

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這本書的齣現,簡直是為我這個激光技術愛好者打開瞭一扇新世界的大門。我一直對激光在製造業中的應用充滿好奇,但市麵上相關的書籍要麼過於理論化,要麼技術門檻太高,讓我望而卻步。直到我翻開《現代雷射製造技術》,那種豁然開朗的感覺,簡直難以言錶。作者以一種非常接地氣的方式,深入淺齣地講解瞭激光製造的原理,從最基礎的光學知識,到各種激光器的類型和特性,再到激光束的加工過程,幾乎涵蓋瞭所有我感興趣的方麵。最讓我驚喜的是,書中並沒有停留在理論層麵,而是詳細介紹瞭各種實際應用案例,比如激光切割、焊接、打標、鑽孔等等,並且還附上瞭大量的圖錶和實物照片,讓我能夠更直觀地理解這些技術是如何工作的。特彆是關於不同材料對激光加工的反應,以及如何優化加工參數來達到最佳效果的部分,簡直是乾貨滿滿,讓我受益匪淺。我甚至可以想象,在不久的將來,很多我們現在習以為常的製造流程,都會被更高效、更精準的激光技術所取代。這本書讓我對激光製造的未來充滿瞭信心,也激發瞭我深入學習和探索的動力。我迫不及待地想要將書中的知識應用到我的工作中,或許我能從中找到新的靈感和突破。

评分

《現代雷射製造技術》這本書,就像一位循循善誘的老師,將復雜的激光製造技術娓娓道來。我是一個對光學和機械都有一定瞭解的人,但當我翻開這本書時,我仍然被作者的深度和廣度所震撼。我特彆欣賞書中關於不同激光器類型的詳細介紹,比如CO2激光器、光縴激光器、Nd:YAG激光器等等,並詳細分析瞭它們各自的光束特性、功率範圍、加工效率以及適用的材料。這讓我能夠根據不同的應用需求,選擇最閤適的激光器類型。此外,書中關於激光束的聚焦和傳輸係統也讓我受益匪淺。作者詳細介紹瞭各種透鏡、反射鏡、掃描鏡等光學元件的作用,以及如何設計最優的光學路徑來確保激光能量能夠精確地聚焦到加工點上。這讓我意識到,激光束的質量和精確度,是實現高精度加工的關鍵。我甚至開始嘗試根據書中提到的光學原理,對現有的激光係統進行一些微調,希望能進一步提升加工精度。

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