激光工艺工程师【一】:激光加工工艺手册：关振中
摘自：《激光加工工艺手册》 主编：关振中
概述
标记（Mark）一词时标志、刻标、刻划、记号、刻印、打印、盖印、商标等的同义词，它的
意义有：一个具体的标志记号，用以说明东西的归属、产品的制造者、型号、等级、类别、
质量、大小、时间、计量、检测、审核、检查、公证等。
此外，从现代化生产管理的角度来看，"标记"还有几个作用：
1. 便于对原材料、半成品、在制品、产品进行分类、分级管理、运输、加工、包装、
检验。在现代化的工业生产中，成吨的原料、成万的元器件产生混杂（混型、混等、
混级）的后果时难以想象的，亦无法逐一地把它们挑选出来重新分类、分等、分级。
2. 便于销售。消费者都希望要"名牌货"、"优质产品"，"货真价实"是销售部门的生意经，
如果都是仅有商标，没有型号、没有等级、没有"合格"及出产日期的货物，很难销
售出去。
3. 便于使用。有型号、规格、等级、日期的，使用者能方便地按其性能分别使用，例
如医用温度表无刻度是无法使用的。
4. 防止假冒。一般好的产品都有按国家规定的商标标志，包括图形、文字、色彩等。
为防止假冒，除了采用商标之外，还广为采用机械的、物理的、化学的、电的方法
来对产品打标记，如在产品或包装袋上印上商标、型号、文字说明，打特殊标记，
盖印章，打钢印，钢模压凸形图案，模板印字、印染文字与图案、喷墨打印，橡胶
轮转印、贴印制的布、塑料、金属膜商标，在陶瓷或玻璃上烧出彩色图案或用化学
方法腐蚀出图案，对金属制品进行腐蚀或用电子轰击方法打出文字或图案用镀膜方
法镀上不同色彩的膜层，印制或压制编码符号。自从激光技术及全息技术发展以后，
又采用了激光标记方法刻划标记文字与图案。用先进的科学技术进行标记是必然的
选择。
基本原理
激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的
蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出痕迹，或者是通
过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。
目前，公认的原理是两种：
1. "热加工"具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面
上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或
涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。
2. "冷加工"具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或
周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中
具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生"热损伤"副作用的、打断化学键
的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，
电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开
出狭窄的槽。
不同标记方法的比较
与喷墨打标法相比，激光打标刻槽）的优越性在于：应用范围广，多种物质（金属、玻璃、
陶瓷、塑料、皮革等）均可打上永久的高质量标记。对工件表面无作用力，不产生机械变形，
对物质表面不产生腐蚀（见下表）
激光打标与其它标记技术的比较
标题：激光加工的特点
摘自：《激光加工工艺手册》 主编：关振中
由于激光具有的宝贵特性，因此就给激光加工带来如下一些、其它方法所不具备的可贵特点：
1. 由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的
目的；
2. 它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料；
3. 激光加工过程中无"刀具"磨损，无"切削力"作用于工件；
4. 激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或
影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小；
5. 它可通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；
6. 由于激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因
此它是一种极为灵活的加工方法；
7. 生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。
激光加工的上述特点可从下述应用实例中看得很清楚。
例1 美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到4h即可高质量完成，而原来采用电火花加工需9h以上，仅此一项，每台发动机造价就可节省5万美元。
例2 激光可在高硬度、高脆性材料上打出高精度孔，它的加工效率是电火花加工效率的12-15倍，是机械钻孔效率的200倍，而且还便于加工微孔、群孔和异形孔等。
1. 应遵循的原则
如前所述，激光加工技术具有许多宝贵的特点。但是，具体到某个产品到底是否适合采用这一 技术，应遵循以下几点原则：
（1） 用现有其它方法都不能解决，只有用激光加工的方法才能解决的；
（2） 用现有其它加工方法可以解决，但若采用激光加工方法则可大大提高产品质量、提高生产效率和明显增加经济、社会效益的；
（3） 要充分考虑加工流程中同激光加工相关的那些相匹配的环节；
（4） 要重视激光加工与常规加工复合的加工技术的应用，以便充分利用各自的长处；
（5） 在实际应用中，能用国产设备就应尽量采用国产设备。这样做有利于促进民族工业的发展，有利于创新；对应用者本身，则有价格便宜、维修方便且有保障、适合我国国情等优越性。
2. 选用激光器时的具体要求
归纳起来主要有以下五个方面要求：
（1） 激光器输出好的光束质量，包括模式及模的稳定性；
（2） 激光器输出功率稳定，通常要求稳定度为2%，在某些场合则要求1%；
（3） 激光器应具有高可靠性，应能在苛刻的工业加工环境下连续工作；
（4） 激光器本身应具有良好的维护性，有故障诊断和连锁功能，停机时间要短；
（5） 操作简单方便，控制键功能明确，能拒绝非法操作，保护激光器不受损坏。
此外，价格也是要重点考虑的因素。
激光工艺工程师【二】:资深工程师宝贵经验分享：7类常见金属材料的激光切割
资深工程师宝贵经验分享：7类常见金属材料的激光切割
所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段10.6um光束的CO2激光器还是成功的应用于许多金属激光切割实践。
金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时，却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。处于熔融态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高60%~80%。
1.钛及合金。
纯钛能很好耦合聚焦激光束转化的热能，辅助气体采用氧时化学反应激
烈，切割速度较快，但易在切边生成氧化层，不小心还会引起过烧。为稳妥起见，采用空气作为辅助气体比较好，以确保切割质量。
飞机制造业常用的钛合金激光切割质量较好，虽然切缝底部会有少许粘渣，但很容易清除。
2.镍合金。
镍基合金也称超级合金，品种很多。其中大多数都可实施氧化熔化切割。
3.碳钢。
现代激光切割机可以切割碳钢板的最大厚度可达20MM，利用氧化熔化切割机
制切割碳钢的切缝可控制在满意的宽度范围，对薄板其切缝可窄至0.1MM左右。
4.不锈钢。
激光切割对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说是个有效的加工工具。在严格控制激光切割过程中的热输入措施下，可以限制切边热影响区变得很小，从而很有效的保持此类材料的良好耐腐蚀性。
5.合金钢。
大多数合金结构钢和合金工具钢都能用激光切割方法获得良好的切边质量。即使是一些高强度材料，只要工艺参数控制得当，可获得平直、无粘渣切边。不过，对于含钨的高速工具钢和热模钢，激光切割机加工时会有熔蚀和粘渣现象发生。
6.铝及合金。
铝切割属于熔化激光切割机制，所用辅助气体主要用于从切割区吹走熔融产物，通常可获得较好的切面质量。对某些铝合金来说，要注意预防切缝表面晶间微裂缝产生。
7.铜及合金。
纯铜（紫铜）由于太高的反射率，基本上不能用CO2激光束切割。黄铜（铜合金）使用较高激光功率，辅助气体采用空气或氧，可以对较薄的板材进行切割
激光工艺工程师【三】:激光行业发展趋势
激光行业发展现状
如今的激光设备市场已经是一个国际列强群雄逐鹿没有国界的战场，未来 激光产业可能有如下几个发展趋势：
① 激光产业界的并购重组将加快，行业巨头开始显露。通过收购和重组， 可以实现资源的优势互补，提升企业整体核心竞争力，加快发展，未来企业间 的并购重组必将加快。美国Coherent（相干公司）是全球最大的激光器制造商，产品涉及科学研究、医疗手术以及工业加工等多个领域，通过购买了几家从事 工业激光产品制造的公司，专注于工业激光领域的技术研究和产品开发；以色 列ESC/Sharplan公司从Coherent相干公司购得医疗激光公司合并组成Lumenis公 司，产品覆盖激光美容、激光眼科、外科激光医疗仪器等，在世界医疗激光领 域中的地位已经是无人能撼；德国的Trumpf（通快公司）是世界上最大的工业 激光设备制造商，高功率CO2激光器和固体激光器制造技术在全球具有领先地 位，通过兼并和重组现有 7 家从事激光产品生产的企业，其中包括知名的哈斯 公司，使通快公司在国际高功率激光器及切割机床领域独树一帜；Rofin-Sinar公司是仅次于Trumpf公司的又一家德国工业激光设备制造商，在高功率CO2激 光器、激光微加工系统、激光打标系统领域具有领先优势，他收购了创立于 2000 年的特种光纤和光纤激光器模块供应商Nufern公司。在国内，大族激光公司这 几年也在不断并购重组进一步巩固其行业龙头地位，2007 年2 月大族激光2250 万元收购泰德激光50.69%股权，2007 年12 月收购武汉金石凯激光25%的股权； 武汉华工激光与团结激光的合并，成立华工团结激光技术有限公司，目标是要 在三到五年内在大功率激光切割机方面进入全球四强。
②激光器研究向固态化方向发展。半导体激光器和半导体泵浦固体激光器 以自身所具有的高光电转换效率、更小的体积以及更优化的激光模式等优势， 应用在工业激光加工、激光医疗等多个领域，成为激光加工设备的主导方向。 它们的最高功率已达到了6kW，逐步实现了设备的小型化和实用化，并将取代 一些传统激光器的应用。
③ 光纤激光器成为激光新技术应用中最耀眼的明星。光纤激光器的切割速 度最高是CO2激光器的五倍，其应用成本相当低廉，在国内前激光器及其系统 整机结构更简单、体积更小，所以使用光纤激光器能够给客户带来巨大的好处。 IPG是第一家全球领先光纤激光器技术公司，自 2002 年以来，该公司的销售额 每年增长 60%，成为唯一能够量产数万瓦光纤激光器的公司。然而，IPG并不 是唯一能够满足日益增长的光纤激光器需求的公司，该领域市场上已有 20 多个 公司在竞争，目前在市场上IPG公司仍然处于支配地位。当前光纤激光器的应 用领域都会出现增长，现在还远远没有饱和，还有其它企业存在的空间。
④ 国外激光厂商将加大在中国设立工厂和据点的力度。中国市场的重要性
日益提高。中国汽车和电子产业的发展需要非常出色的制造技术，中国制造业 的规模给世界各国激光企业提供了广阔的舞台，中国的工业激光市场需求旺盛， 其发展速度也远远超出预期。为此，已有多加国际激光公司在加紧布局中国市 场，如工业激光器制造商之一 GSI 集团公司的激光事业部宣布其设于中国苏州 工业园的制造厂将生产旗舰系列 JK 脉冲Nd：YAG 激光器；德国通快公司宣布要在中国苏州建激光数控机床工厂，这是其在欧美之外创办的第一家机床厂。 随着国外激光巨头的进入，预计国内激光市场的竞争将日趋激烈，只有具备核 心竞争力的企业才能存活下来。
⑤产品与服务中的技术含量提高。激光技术对产品投入产出比和技术基础 的优化作用更加明显，融合在产品与服务中的技术含量越来越高。飞行激光打 标和彩色激光打标机，其控制软件实现了根据不同的颜色要求，控制不同波长 的激光，不同工作时间的输出，提高了激光标记设备的使用范围。德国通快公 司推出的激光打标机，装配了远程监控与测试系统，通过对 270多个探测点的 数据反馈，售后服务工程师可以准确判断设备的运行情况并实施远程诊断，解 决了顾客的后顾之忧。
⑥ 激光技术应用朝两大方向发展。第一个发展方向是激光微加工应用：以 半导体和微电子领域的应用为代表，成为激光行业附加值最高的产品发展方向； 第二个发展方向是高功率焊接和切割应用，如汽车、船舶、飞机等 “大工业” 的发展，不断推动着新技术的应用和发展，在激光技术应用上，基于焊接、切 割需求的高功率激光系统成为高新技术应用的亮点。
二、大族激光SWTO分析
（1）大族激光行业地位分析 近年来，国内激光技术应用得益于中国制造 业的发展的强劲需求，一直保持高速增长趋势。随着激光设备市场的日渐成熟， 国内激光市场的竞争也日显激烈，如今已形成由数家国内激光企业垄断市场的 态势：除了作为行业领军企业的大族激光以外，还包括华工激光、楚天激光和 团结激光等企业；而国际型的激光公司则在全球汽车、微电子等高端制造领域 具有较大的市场份额。
由于激光加工应用领域分散，国内大的激光企业可谓各有所长。比如大族激光的打标设备产销量世界第一，国内市场占有率达 70-80%；楚天长于医疗设 备，国内市场占有率约 50%；华工激光和团结激光则长于切割设备。在国际工业激光界的著名企业有：德国的Trumpf（通快公司）和Rofin-sina（罗芬公司）， 美国的Coherent（相干公司）、IPG公司、GSI公司、Excel公司，2008 年GSI收 购Excel公司，意大利Laservall（镭射沃公司），中国的Hanslaser（大族激光公 司）和韩国EO公司等。2006 年，大族激光公司已经跻身国际工业激光公司的 8强，销售业绩位居第7 位，如图 3-7 所示，2008 年上升到第5 位。多年来公司 稳据亚洲激光公司的最高国际排名。
2008年全球主要激光公司销售情况 (亿美元)
2
0 Trumpf Coherent GSI Rofin Hans大族 IPG 图3-7 2008年国际激光公司销售额排行
（2）企业发展具备的优势 大族激光发展成为了亚洲最大、国际知名的激 光公司，在行业内的具备一定竞争优势：
① 规模化生产和产品总成本领先优势。在国内激光行业的竞争中，大族激 光公司对市场上成熟的激光加工产品实施总成本领先策略，通过国际化采购、 标准化建设、量产平台、产品直销等手段，经过多年经营和开拓市场，已强势 占领国内激光打标机的市场。目前世界上只
有两家激光公司打标机的年销售量 超过千台，大族激光2000 多台，德国Rofin-sina公司为1000 多台。
② 地理区位优势。中国是全球最具活力和潜力的制造业市场，给那些有实 力的中小企业提供了一个靠内需即可达到世界规模的机会。大族激光凭借此地 理区位优势，为国内制造业企业提供本地化的激光产品和服务，在国内激光应 用行业还没来得及与世界接轨的时候，大族激光已成为激光打标机产销量的世 界第一。
③ 投资和融资能力优势。大族激光曾经凭借引入风险投资，使企业的发展突破了资金瓶颈，率先实现了国内激光企业的规模化生产，也使公司具有较强 的融资和风险评估的能力。2004 年公司在深交所成功上市，随后进行了两次增 发，融资总额达到 15 亿元，为企业的后续发展提供了保障。
④ 品牌优势和营销网络优势。大族激光公司采取产品直销模式，早在 2004年前后，即建成了全国设立 8 家分公司以及遍布近百个大、中城市的办事处， 常驻技术支持和售后服务工程师，为客户提供快速响应的服务。2006 年，国际 排名前五位激光公司中，有几家向大族激光伸出了橄榄枝，有的要求合作、有 的要求交叉持股，有的要求合并。这些国际激光巨头实际上希望，利用大族激 光良好的市场形象和品牌优势，获得大族激光在国内完善的销售服务平台，通 过此台使自己的激光产品全面占领庞大的中国市场。
⑤ 逆向研发机制优势。应客户需求为直接导向的研发模式是公司维持行业 优势的重要举措，这是一种逆向研发模式。在国内激光企业中，单就科研能力 而言，华工激光背靠华中科大，其激光科研技术水平应在大族激光之上，但其 销售收入却远远不如大族激光，这充分反映了公司现有研发模式的独到之处。
（3）运用波特竞争力模型进行的行业竞争分析。①国外激光厂商将加大在中国设立工厂和据点的力度。我国制造业的大规模发展需要有新技术和新工艺的支持，尤其在汽车和电子制造产业的发展需要 非常出色的制造技术，中国制造业的规模化发展给世界各国的激光企业提供了 广阔的舞台，中国市场的重要性日益提高。近年来，国内工业激光市场需求旺 盛，其发展速度也远远超出预期。为此，已有多加国际激光公司在加紧布局中 国市场，如工业激光器制造商之一GSI 集团公司的激光事业部宣布其设于中国 苏州工业园的制造厂将生产旗舰系列 JK 脉冲Nd：YAG 激光器；德国通快宣布要在中国苏州建激光数控机床工厂，这是其在欧美之外创办的第一家机床厂。 随着国外激光巨头的进入，预计国内激光市场的竞争将日趋激烈，只有具备核 心竞争力的企业才能获得竞争优势。此外，国内的竞争者也不断在一些细分市 场上获得一定的经验和业绩，并试图蚕食公司的市场份额，行业进入者日渐增 多。
http://m.zhuodaoren.com/tuijian607499/
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