内容简介
《激光制造技术与工业应用》系统阐述了激光加工的基本原理与各类激光器件，详细介绍了激光加工材料的去除加工（如切割、打孔等）、激光焊接技术的原理与应用、表面加工（如表面熔覆、淬火等）、激光3D打印技术（如选择性光固化、选择性激光烧结等）、精密微细加工（如准分子激光微细加工、超短激光微细加工等）、其他激光加工技术（如清洗、抛光等）等各种激光加工方法的工艺、设备和应用、发展等。本书还总结了国内外激光加工的最新技术成果，为未来激光加工技术的研究和发展指出了方向，是一部既有理论基础，又有先进技术和工艺实践的综合性书籍。
本书可作为机械制造、精密仪器、光机电一体化、自动化等专业的教材或教学参考用书，也可供从事激光加工的工程技术人员、设备操作技术工人等学习参考。
目录
第1章激光制造技术理论基础001
1.1激光产生的机理001
1.1.1电磁辐射特性001
1.1.2激光产生的必要条件002
1.2激光束特性005
1.2.1激光的方向性005
1.2.2激光的单色性005
1.2.3激光的高强度005
1.2.4激光的相干性006
1.3激光束的聚焦与传输特性007
1.3.1激光束聚焦007
1.3.2激光束聚焦深度009
1.3.3像差009
1.3.4热透镜效应010
1.3.5激光束的准直与整形010
1.3.6激光束传输013
1.3.7激光束扫描015
1.3.8激光的合束与分束技术016
1.4激光器光学元件与聚焦镜018
1.4.1激光器输出窗口和透镜材料018
1.4.2反射镜018
1.4.3镀膜技术019
1.5激光束质量019
1.5.1激光束质量标准019
1.5.2光束参数乘积（BPP）评价方法021
1.5.3光束质量因子M2的测量方法022
1.6材料的吸收和反射特性023
1.6.1材料的吸收特性023
1.6.2材料反射率025
1.7激光与固体材料相互作用025
1.7.1激光束加热过程025
1.7.2表面效应025
1.7.3内部效应026
1.7.4非线性效应027
1.7.5激光诱导等离子体027
1.8激光加工的热源模型027
1.8.1热物理常数027
1.8.2激光打孔中的热源模型028
1.8.3激光焊接热源模型029
1.8.4激光切割的热传递030
1.8.5激光热处理中的热量传递031
参考文献031
第2章激光器件与技术032
2.1固体激光器系统032
2.1.1固体激光器的基本结构032
2.1.2用于激光加工的几种常用固体激光器033
2.1.3半导体二极管激光泵浦YAG激光器033
2.1.4掺钛蓝宝石飞秒激光器035
2.2气体激光器035
2.2.1CO2激光器系统035
2.2.2横流CO2激光器036
2.2.3轴流CO2激光器037
2.2.4扩散冷却CO2激光器038
2.2.5准分子激光器039
2.2.6高功率CO 激光器039
2.3高功率半导体激光器040
2.4光纤激光器040
2.4.1光纤激光器的基本结构041
2.4.2光纤激光器的特点041
2.4.3光纤激光器的种类042
2.4.4高功率光纤激光器（HPFL）042
2.4.5超快光纤激光器043
2.5其他激光器043
2.5.1化学激光器043
2.5.2染料激光器044
参考文献044
第3章激光去除加工技术046
3.1激光打孔046
3.1.1激光打孔的原理及特点046
3.1.2激光打孔的分类046
3.1.3激光打孔的加工系统047
3.1.4激光打孔工艺047
3.1.5典型材料的激光打孔048
3.2激光切割049
3.2.1激光切割的特点049
3.2.2激光切割的方式049
3.2.3影响切割质量的因素052
3.2.4常用工程材料的激光切割054
3.3激光打标、雕刻055
3.3.1激光打标055
3.3.2激光雕刻056
参考文献056
第4章激光焊接技术057
4.1激光焊接原理与方法057
4.1.1激光焊接基本原理057
4.1.2激光焊接模式概述058
4.1.3基本激光焊接特性065
4.1.4激光焊接设备与应用071
4.2先进激光焊接工艺与应用073
4.2.1激光填丝焊接073
4.2.2激光电弧复合焊接075
4.2.3双光束激光焊080
4.2.4激光热丝焊接082
4.2.5激光感应热源复合焊接083
4.2.6激光钎焊084
参考文献084
第5章激光表面改性技术086
5.1激光熔覆技术086
5.1.1激光熔覆基本原理086
5.1.2激光熔覆工艺与方法092
5.1.3激光熔覆的应用099
5.2激光表面合金化105
5.2.1激光表面合金化原理105
5.2.2激光表面合金化工艺与方法106
5.2.3激光表面合金化的应用108
5.3激光冲击强化109
5.3.1激光冲击强化原理109
5.3.2激光强化工艺参数111
5.3.3激光冲击强化的应用113
5.4激光淬火技术113
5.4.1激光淬火技术原理113
5.4.2激光淬火工艺与方法115
5.4.3激光淬火技术应用116
参考文献117
第6章激光3D 打印技术127
6.13D打印技术概述127
6.1.13D打印技术的概念127
6.1.23D打印技术的发展史128
6.1.33D打印技术的工作原理128
6.1.43D打印技术的特点和优势129
6.23D打印技术的全过程129
6.2.1工件三维CAD模型文件的建立129
6.2.2三维扫描仪130
6.2.3三维模型文件的近似处理与切片处理130
6.33D打印机的主流机型131
6.3.1立体光固化打印机131
6.3.2选择性激光烧结打印机132
6.3.3选择性激光熔化打印机132
6.3.4熔丝制造成形打印机
前言/序言
激光制造技术作为21世纪最具潜力的先进加工技术之一，凭借其高精度、高效率、灵活性强的特点，在现代工业制造中占据了举足轻重的地位。
激光技术是20世纪60年代诞生的新光源技术。其基本原理是通过泵浦能量激发特定物质（如晶体、原子等）中的电子，使其达到高能态，并在受激辐照到低能态时释放光子，形成强烈的单色、定向光束。激光因其方向性好、亮度高、单色性好等特点，被广泛应用于加工、测量、科研等多个领域。
随着全球工业化的深入发展，特别是新型工业化的推进，制造业对高精度、高效率、智能化的加工技术需求日益增长。激光制造技术以其独特的优势，成为推动制造业转型升级的重要力量。在“中国制造2025”“工业4.0”等战略背景下，激光制造技术正加速与数字化、网络化、智能化技术融合，推动工业制造向更高水平迈进。
激光制造技术具有的显著特点：①高精度，激光束可以聚焦到微米级光斑，实现精密加工；②高效率，非接触式加工，热影响区小，加工速度快；③灵活性强，适用于多种材料（金属、非金属、塑料等）的加工，且加工方式多样（切割、焊接、打孔、雕刻等）；④自动化程度高，易于与计算机数控技术结合，实现自动化生产。
激光制造技术在工业中的应用领域极为广泛，包括但不限于：①汽车制造，用于车身、发动机等部件的切割、焊接和打标；②航空航天，复杂构件的制造和修复，如飞机、火箭的零部件；③电子制造，电路板、半导体等精细加工。
近年来，激光制造技术在多个方面取得了核心技术突破：①激光器性能提升：通过优化光腔结构、增强聚焦效果和提高输出功率，激光器的性能显著提升。②激光切割技术：实现了高精度、高效率的切割，特别是在薄板切割和复杂形状切割方面表现出色。③激光焊接技术：激光焊接具有焊缝纯净、热影响区小、焊接强度高等优点，广泛应用于精密制造领域。④激光增材制造技术：通过逐层累加材料构建三维物体，为复杂结构件的制造提供了新途径。
激光制造技术具有显著的节能环保优势：①节能：激光加工为非接触式加工，能量利用率高，相比传统加工方式能显著降低能耗。②环保：激光加工过程中产生的废料少，且易于回收处理，对环境污染小。③清洁：激光束聚焦精确，加工部位周围材料受影响小，保持了加工面的清洁度。
随着全球制造业的快速发展和智能化转型的加速推进，激光制造技术的市场需求持续增长。据相关报告预测，未来几年内，激光设备制造行业将继续保持高速增长态势，主流应用场景如汽车、电子、航空航天等领域对激光制造技术的需求将进一步扩大。同时，随着技术的不断进步和成本的降低，激光制造技术的应用领域将进一步拓展，为更多行业带来革命性的变化。
综上所述，激光制造技术作为现代工业制造的重要支撑技术，以其独特的优势和广泛的应用前景，正引领着制造业向更高水平迈进。未来，随着技术的不断创新和市场需求的持续增长，激光制造技术必将为人类社会的进步和繁荣做出更大贡献。
本书将从激光制造技术理论基础、激光器件与技术、激光去除加工技术、激光焊接技术、激光表面改性技术、激光3D打印技术、激光微细加工技术以及其他激光加工技术等八个方面，全面探讨激光制造技术在工业中的应用及其深远影响。
本书由苏州大学王明娣、赵栋、赵圣斌编著。丁尧臣、汤雨晴为本书编写提供很多帮助，深表感谢。同时，感谢国家自然科学基金、江苏省自然基金等项目的资助。
限于编者水平和时间，书中不足之处，请广大读者批评指正。
编著者
