激光快速成形（堆积） 修复磨损损失部位
激光熔覆再制造应用举例
激光熔覆再制造应用举例
激光熔覆再制造应用举例
Laser shock peening
约束层 吸收层
激光冲击波效应 产生塑性变形
•增加位错密度 •造成残余压应力
激光表面抛光与织构化
Laser polishing
• evaporation of surface material
退火
正火
回火
激光相变硬化关键技术
1、 激光能量的利用率 • 表面预处理 粗糙化处理、氧化、涂层… • 偏振光 • 短波长激光：YAG激光、半导体激光
2、 激光能量的均匀化及光斑变换
• 积分镜
变换前光束强度分布
变换后光束强度分布
• 波导匀光器
• 可变形镜
•透射式棱锥积分镜 透射式棱锥积分镜为等边棱锥，产生正方形光斑。光斑
Mechanisms • flowing or flattening of softening and melting material
under the effect of surface tension
Q-switch Nd:YAG laser: Pa=250W, tp=650ns, df=70um, v=35mm/s
时效处理对铝合金激光重熔硬化层的影响
激光重熔应用举例
பைடு நூலகம்
预覆层
激光熔覆
激光束 加工头 熔覆层
基材
激光束 加工头 送粉喷嘴 熔覆层 基材
熔覆层形貌及稀释率
稀释率
基体熔化面积 涂层面积 基体熔化面积
100%
A2 A1 A2
100%
激光熔覆应用举例
激光局部熔覆 激光大面积熔覆
激光熔覆再制造
磨损损失
激光直接快速制造（Directed Laser Manufacturing）
激光熔融堆积（Directed Metal Deposition，DMD） 选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）
激光变形制造（Laser Forming）
激光熔融堆积成形
F/A-l8E/F翼根吊环
作用时间(s) 0.01~1 0.01~1 0.01~1 0.01~1 10-7~10-6 10-7~10-6
Fe — Fe3C相图
奥氏体 铁素体 马氏体 贝氏体 珠光体
渗碳体 莱氏体
钢的连续冷却转变（CCT）图
0.37%C-0.39%Si-0.85%Mn-0.73%Cr-0.26%Mo
淬火
900mm长×300mm宽×150mm高
XXXX高空高速反导导弹部件
大型钛合金零件—Aeromet公司
超音速巡航导弹部件
选区激光熔化成形
飞秒激光微纳制造
飞秒强激光微制备与加工
为材料制备和研究提供了新技术和新手段 突出优点：
极短作用时间 超高光强
无热影响 破坏区域小 高阶非线性 三维微加工
A drilling in steel produced by 3.3ns pulses. A strong blur formation occurs and solidified droplets stick on the surface. Note the heataffected zone around the hole .
A drilling in steel produced by 200-fs pulses. Pulses energy is decreased by nearly one order of
magnitude.
线性相互作用 单光子过程 I
难于作用于材料内部
高阶非线性相互作用 多光子过程 In
树脂
飞秒激光双光子聚合
焦点
物镜
飞秒激光束
Nature, Vol. 412, 697.2001
（ H.B. Sun et al )
a. 原始状态 b. 伸展状态
820nm,19mW 3pN k = 8.2nN/m
c. 阻尼振荡恢复曲线
激光快速成形
CAD 模型 要建零件
分层
层数据转化 为生产过程
激光快速成形原理
激光快速成形分类
激光快速原型制造（Rapid prototype）
立体光刻（Stereo Lithography，SL） 分层实体制造（Laminated Object Manufacturing, LOM） 选区激光烧结（Selective Laser Sintering, SLS）
激光加工工艺简介
激光表面改性
汽化
激光表面改性 熔化
冲击强化
非晶化 熔覆
合金化 重熔
相变硬化
固相加热
几种典型表面改性所需的激光功率密度和作用时间
工艺方法 相变硬化
重熔 合金化
熔覆 非晶化 冲击强化
功率密度(W/cm2) 103~104 104~106 104~106 104~106 106~108 108~1010
尺寸可由调节透镜位置而发生改变。
• 双光束处理系统
激光相变硬化应用举例
吸
收
铁
率
%
入射角
激光相变硬化应用举例
激光重熔、合金化、熔覆示意图
重熔层
合金化层
熔覆层 合金粉未
合金粉未
重熔
合金化
熔覆
ZL108铝合金激光重熔硬化
ZL108合金激光重熔前后的组织
合金的主要化学成份：11.0~13.0%Si, 1.0~2.0%Cu, 0.4~1.0%Mg, 0.3~0.9%Mn， 属于共晶成份合金。铸造组织为典型的金属－非金属共晶，显微组织为在Al 基体上紊乱地分布着Si的枝晶。采用激光重熔处理后组织比处理前的铸造组 织细化了几十倍，显微组织形态也变成了Al-Si共晶包围着-Al基固溶体树枝 晶的亚共晶组织，其中相所占的体积达40%左右 。
德国亚琛夫琅霍费激光所（ILT, Willenborg, E. ）
微流体器件微通道准分子激光抛光
100m
北京工业大学激光工程研究院
荷叶表面结构
Laser texturing
激光熔池振荡法表面织构化
Laser lithography
激光干涉法表面织构化
Particle lens
飞秒激光辐照钛表面微纳结构
laser fluence 2.5 Jcm−2, number of laser shots 280, (a) Vacuum (∼1mbar) (b) air (atmospheric condition) (c) 100mbar SF6 (d) 100 mbar He
Nayak1. Appl. Phys. A 90, 399–402 (2008)
高光强、作用于材料内部
作用区域可 远小于波长
作用区 }
Fused silica ： absorption bandgap is ~9eV,
IR fs laser beam: 800nm (~1.55eV) multiphoton process
Femtosecond Laser Micromachining workstation was used to direct-write localized index-ofrefraction changes within a glass substrate, creating a three-dimensional optical waveguide.