還有不到半小時(shí)，很多人已經(jīng)守在電視機(jī)旁。我們不妨在開始之前，以盤點(diǎn)與大會(huì)相關(guān)的部分激光應(yīng)用技術(shù)來迎接此次大會(huì)。很多人可能沒有意識(shí)到，你或許已經(jīng)在某種程度上參與了這次大會(huì)的籌備。

 

打標(biāo)

對于槍支彈藥等軍械，需要通過外觀良好的標(biāo)記對其進(jìn)行區(qū)別及追溯。大部分金屬材料對近紅外波長的光纖激光的吸收良好，在光束質(zhì)量良好、具有寬泛靈活的脈沖寬度、重復(fù)頻率和峰值功率參數(shù)的條件下，我們可以對脈沖進(jìn)行調(diào)頻和調(diào)幅，對每一個(gè)脈沖進(jìn)行獨(dú)立精確的控制，提高打標(biāo)對比度、更高的加工質(zhì)量和速度，在金屬高反材料上進(jìn)行永久性的標(biāo)記。

 

 

雕刻

紀(jì)念幣是國家為紀(jì)念政治、歷史、文化等方面的重大事件、杰出人物、 名勝古跡等特定主體而發(fā)行的法定貨幣，一般為精制，限量發(fā)行。紀(jì)念幣的紀(jì)念意義要通過圖案的寓意、文字的表達(dá)來充分表現(xiàn)出來。模具設(shè)計(jì)是制造紀(jì)念幣工藝中的重要環(huán)節(jié)。通過復(fù)雜高超的精雕細(xì)刻，才能把設(shè)計(jì)寓意表現(xiàn)于模具，最終使紀(jì)念幣正背面浮雕均起位清晰。針對具體的貴金屬紀(jì)念幣，還會(huì)使用激光實(shí)現(xiàn)隱形雕刻等防偽工藝（圖2）。

 

 

激光雕刻具有很高的靈活性，可以大幅降低設(shè)置成本、縮短雕刻時(shí)間、精確設(shè)定圖文，還可以實(shí)現(xiàn)曲面上的深雕。激光雕刻性價(jià)比高，適用于航天、汽車等多種工業(yè)行業(yè)的機(jī)器和模具。

 

 

文物表面清除

人民英雄紀(jì)念碑是新中國成立后首個(gè)國家級公共藝術(shù)工程，也是中國歷史上最大的紀(jì)念碑，鐫刻了170多位人物形象，每一個(gè)人物的背后都有真實(shí)的故事。這塊浮雕上，年邁的老母親鄧玉芬送了6位親人上戰(zhàn)場（圖3）。幾十年甚至幾百年以后，我們的后代是否還有機(jī)會(huì)在這漢白玉雕前駐足仰望？

 

近年來針對藝術(shù)品與建筑方面保護(hù)的激光清潔技術(shù)得到了發(fā)展，適用于金屬、母材、石材和混凝土及符合材料，利用激光脈沖等聯(lián)合作用脫離表面的附著物。相對于精細(xì)的石雕、石刻和年代久遠(yuǎn)的古石質(zhì)文物，激光清潔相對于許多傳統(tǒng)清潔工藝具有很多優(yōu)勢。對于位于紐約中央公園之內(nèi)、有3000多年歷史的古埃及克婁巴特拉方尖碑，就經(jīng)過了文物保護(hù)者對于化學(xué)、微波、激光等多種方法的對比，然后采用光纖激光器進(jìn)行了良好的表面清理。

 

 

武器表面清除——F-16和C-130的全機(jī)身修復(fù)

美國國防部負(fù)責(zé)對美國軍隊(duì)擁有的所有武器系統(tǒng)和支持設(shè)備進(jìn)行維修、檢測和再制造。對于大型武器，要定期進(jìn)行涂層清除和重新維護(hù)。采用傳統(tǒng)的化學(xué)試劑等方法費(fèi)用高昂，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易損傷武器系統(tǒng)自身的材料，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，帶來高昂的清理成本和環(huán)境監(jiān)管部門的審查。傳統(tǒng)除漆方式產(chǎn)生的廢棄物包括液體涂劑，化學(xué)處理的沖洗廢水，以及采用的各種噴砂工序產(chǎn)生的中間廢物。

激光涂層清除是一種適用于多種基材，包括金屬、聚合物、塑料以及玻璃的燒蝕過程。激光能量聚焦于物體表面并被表層的涂漆吸收以后，使涂漆分解和清除，卻僅使基材增加一點(diǎn)溫度。美國國防部采用的激光清除具有如下優(yōu)勢：無需接觸，而且不會(huì)因?yàn)槭褂锰幚韯┒a(chǎn)生廢棄物。20多年來，美國國防部一直傾向于使用激光涂層清除技術(shù)來降低成本、減少廢棄物并使被維修的武器能快速重新投入使用。在這一過程中激光清除技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。早期的系統(tǒng)都是同一種模式，需要特殊的零部件和很高的維護(hù)成本。伴隨著越來越多的實(shí)際應(yīng)用，激光器的體積和成本降低、穩(wěn)定性提升，激光清洗系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)型。

美國國防部對手動(dòng)及自動(dòng)激光清洗系統(tǒng)的成功實(shí)施和應(yīng)用驗(yàn)證，以及在應(yīng)用中大幅度節(jié)省成本、減少環(huán)境污染的需求，使人們開始考慮適用于飛機(jī)全機(jī)身涂漆清除的激光系統(tǒng)。

 

美國空軍制造了一套完整的機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)單元組成，單元的數(shù)量取決于被清洗的飛機(jī)體積。所有的單元進(jìn)行同步清洗，可進(jìn)行單一控制點(diǎn)下、無需進(jìn)行重新定位的機(jī)身兩側(cè)同步清洗。每一個(gè)單元由若干部分組成，包括激光發(fā)生器、振鏡、粒子捕獲系統(tǒng)、移動(dòng)底座（MBU）、光纖跟蹤系統(tǒng)以及機(jī)械臂，激光發(fā)生器選用功率為6 kW的光纖激光器。單元構(gòu)成則取決于飛機(jī)外表面常用的涂漆類型，清除率必須要達(dá)到能否維持目前飛機(jī)的正常飛行水平以及對光束傳輸?shù)竭_(dá)涂漆清除表面所要求的靈活性。每個(gè)單元的機(jī)械臂的數(shù)量基于可用于商業(yè)的MBU平臺(tái)、工業(yè)機(jī)械臂和自動(dòng)控制系統(tǒng)（圖5）。每個(gè)單元的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)基于對機(jī)身基質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的自動(dòng)化表面成份分析，以及用來自動(dòng)適應(yīng)機(jī)械臂基于機(jī)身表面條件進(jìn)行處理的激光工藝控制程序。

 

該系統(tǒng)的原型用于2012年起開始陸續(xù)退役的F-16戰(zhàn)斗機(jī)（用于改造成作戰(zhàn)訓(xùn)練的無人機(jī)）并已通過美國空軍驗(yàn)收。目前，用于處理美國奧格登空軍后勤中心的F-16和C-130的該系統(tǒng)的正式產(chǎn)品正在進(jìn)行生產(chǎn)。F-16系統(tǒng)將由位于機(jī)身兩側(cè)同步工作的兩個(gè)機(jī)械臂組成，而C-130則將由4個(gè)同步工作的機(jī)械臂組成（圖5）。這些系統(tǒng)將于2015年在美國奧格登空軍后勤中心進(jìn)行安裝。

軍用需求推動(dòng)了激光除漆技術(shù)和應(yīng)用，對激光除漆系統(tǒng)的不斷投入和驗(yàn)證使激光除漆技術(shù)從有限范圍內(nèi)的個(gè)別應(yīng)用演變?yōu)樯虡I(yè)級、配件標(biāo)準(zhǔn)可靠、易于維護(hù)的工程系統(tǒng)，并成為主流應(yīng)用。采用激光器進(jìn)行除漆降低了維修、測試、再制造武器系統(tǒng)及構(gòu)件的成本，并縮短了這些武器系統(tǒng)重返作戰(zhàn)狀態(tài)的時(shí)間。隨著軍事上激光除漆需求的增加以及商業(yè)公司對該項(xiàng)應(yīng)用認(rèn)識(shí)的逐漸清晰，激光除漆應(yīng)用將在未來獲得更多應(yīng)用。

 

 

切割與焊接

準(zhǔn)連續(xù)（QCW）激光器可以以連續(xù)模式高速切割薄板或者以脈沖模式切割厚板；高功率多模激光器可以廣泛用于多種材料、最大厚度為40 mm的2D與3D切割。在配合特制激光加工頭的情況下，30 kW多模摻鐿光纖激光器可以切割厚度為100 mm的不銹鋼（圖6）。

 

除了鈑金切割、汽車車身零件的3D切割，光纖激光切割應(yīng)用領(lǐng)域還包括用于航空的鋁及鈦合金、造船和鋼鐵行業(yè)的厚鋼板切割等等，同時(shí)光纖激光器可以對銅、鋁等高反材料進(jìn)行切割，也可以實(shí)現(xiàn)在全功率范圍內(nèi)的切割與焊接雙重應(yīng)用。

 

光纖激光器如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種金屬厚板的焊接。與傳統(tǒng)CO2激光焊接工藝相比，光纖激光焊接工藝具有明顯的優(yōu)勢，這主要得益于金屬材料對波長為1070 nm光纖激光更好的吸收率。高功率光纖激光器在焊接鋁、銅等高反射系數(shù)金屬材料時(shí)具有極其明顯的優(yōu)勢。

 

 

鉆孔

在航空航天業(yè)中，一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中多達(dá)數(shù)百萬個(gè)孔用于在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中及時(shí)散熱（圖7）。孔的厚度、角度、直徑、形狀各不相同。對于航空航天領(lǐng)域的鉆孔，新型光纖激光器為使用者提供了更快、更靈活、更穩(wěn)定也更具成本優(yōu)勢的選擇。