激光加工：现代制造的“光之刃”，四大分类全景解析
一束光在1毫米厚的不锈钢板上每秒打出8个精细小孔，这样的场景正在中国工厂里日常上演。
在济南邦德激光的生产车间里，一台新型激光设备正以惊人的速度加工金属板材。一束激光在1毫米厚的不锈钢板上每秒打出8个精细小孔，这样的高效率场景已成为现实。作为全球激光切割机销量冠军，邦德激光2024年销量突破8000台，其自主研发的激光器功率已达12千瓦，合束器突破20千瓦，成为中国激光技术崛起的缩影。
从航空发动机涡轮叶片上微米级的气膜孔加工，到汽车车身的高强度焊接，再到半导体芯片的精密制造，激光加工技术凭借其无可比拟的精度和效率，已成为现代制造业的核心工具。根据最新数据，2022年中国激光加工设备市场规模已达876亿元，并持续高速增长。
01 光与物质的作用，激光加工的科学基础
激光加工的本质是利用高能量密度激光束与物质相互作用产生的物理化学变化实现加工目的。当激光束聚焦于材料表面，光斑处的功率密度可达10⁷-10¹²瓦/平方厘米，瞬间产生上万摄氏度高温，使材料熔化甚至气化。
激光器作为激光加工的核心，主要有三大类型：气体激光器（如CO₂激光器）、固体激光器（如YAG激光器）和光纤激光器。不同激光器因波长特性适用于不同材料加工：
CO₂激光器
（波长10.6μm）擅长加工非金属材料 YAG激光器
（波长1.06μm）适合金属加工 光纤激光器
因光束质量高、维护简便，已成为市场主流
激光加工相比传统机械加工具有革命性优势：它是非接触式加工，无“刀具”磨损问题；可加工任何金属和非金属，特别是高硬度、高脆性及高熔点的材料；密闭容器内的工件可用透明介质加工；机器人可用于恶劣环境下的激光加工。
02 去除与切割，激光减法制造技术
激光材料去除加工是最早应用的激光加工技术，主要包括打孔、切割和雕刻等工艺。
激光打孔的技术演进
定点冲击法
：早期方法，在一个位置连续脉冲直至打穿 旋切钻孔法
（Trepanning）：利用旋转光学头或CNC生成圆轨迹加工 飞行打孔法
（Drilling on the fly）：工件在激光脉冲间隙快速移动，实现每秒数十至500孔的加工速度
在航空领域，环形燃烧室冷却孔加工是飞行打孔的典型应用。高速飞机的层流翼套由1mm厚钛合金板制成，表面分布1200万至10亿个锥孔，外表面孔径仅0.06mm，内表面0.1mm，这样的超高密度微孔只能通过激光飞行打孔实现。
激光切割的物理原理
根据材料与激光相互作用的物理形式，激光切割分为四类：
汽化切割：功率密度达10⁸W/cm²，材料直接汽化，适用于木材、碳素材料等 熔化切割：功率密度约10⁷W/cm²，用辅助气流吹除熔融物，适合铝等材料 反应熔化切割：利用氧气与材料发生放热反应，所需激光能量仅为汽化切割的1/20 控制断裂切割：通过热梯度使脆性材料可控断裂
现代激光切割技术采用高压吹气（压力达1.6-2.0MPa），用3.4kW CO₂激光切割5-6mm铝板，切口光滑无熔渣。激光复合切割技术如CO2+KrF激光复合切割，比单束激光效率提高30%以上。
03 连接与构建，激光增材制造革命
激光材料增材加工主要包括焊接和快速成型技术，正在改变传统制造模式。
激光焊接的工业突破
在航空航天领域，激光焊接解决了高温合金、钛合金和铝镁等难焊合金的连接难题。大型客机发动机短舱吊挂采用2.5kW CO₂激光焊接；发动机压缩机静子用2kW YAG激光焊接，速度达7m/min。
汽车工业中，激光焊接已成标准工艺。法国SCIAKY公司的6kW CO₂激光加工站，通过分光镜将激光分配到12个工位同时点焊，5秒完成一件，节省6-12台机器人，并使车身减重56kg。
激光快速成型（3D打印）技术
将三维数据快速转化为实体的技术，主要方法包括：
液相树脂固化法（SL）：紫外激光扫描光敏树脂固化成型，表面光滑但强度低 选区烧结法（SLS）：CO₂激光烧结粉末材料，精度达±0.1mm，可直接制造金属零件 叠层粘接法（LOM）：激光切割特殊处理后纸材叠加成型，适合大尺寸零件
激光3D打印技术已从研发走向实际应用，在模具制造、医疗植入物等领域显示出巨大潜力。采用600W YAG激光直接烧结铜、镍或铝粉（颗粒度22.5-90μm），可快速制造复杂金属零件。
04 表面蜕变，激光改性加工技术
激光材料改性技术通过改变材料表面性能，大幅提升零部件寿命。
激光表面热处理
采用高能量激光作为热源，使金属表面快热快冷，获得高硬度、超细马氏体组织。激光淬火的硬化层深度达0.3～1.5mm，热影响区小，变形量几乎可忽略。在汽车工业中，缸套、曲轴、活塞环等零部件通过激光热处理寿命显著延长。
激光熔覆与合金化
激光熔覆技术无污染且涂层与基材呈冶金结合，可修复航空发动机叶片等昂贵零部件。日本新制铁公司开发的LPVD技术，结合CO₂激光和离子束制备超硬立方氮化硼薄膜，开辟了表面改性新途径。
激光清洗技术
利用高能脉冲激光使表面污物瞬间蒸发或剥离，相比传统方法具有功能全面、加工精准、绿色环保等优势，特别适用于半导体器件、激光陀螺等超净表面的清洁。
05 微观世界，激光微细加工技术
激光微细加工起源于半导体制造，加工尺寸在微米级范围，纳米级则称为超精细加工。
在电子产业中，皮秒激光因超短脉宽和超高峰值功率，成为加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料的理想工具。从智能手机指纹识别模组到PCB板钻孔，皮秒激光正引领3C产业加工新方向。
准分子激光在微细加工领域表现突出。材料对紫外波吸收率高，准分子激光脉宽窄，功率密度极高。它采用掩模法直接在工件上生成图案，加工尺寸达亚微米量级，精度取决于掩模，效率取决于激光功率。这种技术加工的孔、切割或刻划都是直壁尖角，无热影响区。
06 未来之路，激光加工技术趋势展望
激光加工技术正向更高水平发展，呈现出五大趋势：
核心部件国产化加速
1-3kW
光纤激光器国产化率达97.3% 6-10kW
国产渗透率达58.6% 10kW
以上高端市场国产率从2018年5.7%跃升至2022年64.1%
技术参数持续突破向高功率、短波长、窄脉宽方向发展：
更高功率提升加工速度和强度 更短波长使光束集聚性更好 更窄脉宽降低工件表面损伤
数字化智能化升级
激光设备与工业互联网技术结合，实现生产计划管理、设备在线监控、故障诊断等功能。数控系统协调整条生产线运行，减少人力成本同时提升效率和品质。集成化柔性化发展
功能单一的激光设备逐渐被集成切割、折弯、焊接、熔覆等多工序的柔性生产线取代。邦德激光打造“激光切割+”生态矩阵，满足大幅面批量加工与小幅面精密加工等多样化需求。应用领域持续拓展
从汽车制造、航空航天到医疗美容、光电子领域，激光加工渗透范围不断扩大。激光技术与其它技术融合，催生更多创新应用。
