激光材料加工之十大里程碑事件（下）

　　这是一项艰巨的任务——评选出在50年激光发展史暨40年工业激光材料加工史中的十大里程碑事件——因为可选的项目很多，且每一项都有被认可、受赞誉之处。但是对于这项工作，如果你抱着这样的信念，即这些里程碑事件曾经并将继续在激光市场的众多应用中发挥重要作用，那么评选工作就能变得简单一点。

评选的准则如下：新应用是否为工业激光加工带来新的突破；在其介入时期，该应用是否创造出主要的商业市场；以及相关激光设备的发展是否衍生了新产品制造技术。

　　6．心血管支架切割

具有良好聚焦能力的激光束在微处理应用方面极具吸引力。在此列举一个不同凡响的例子——该项技术给整个行业带来巨大的变革，随着全球市场需求的增加，从1992年开始它成为了首要的选择——它就是激光支架切割技术（见图6）。1993-1994年间，Lumonics公司生产的低分散度Nd！YAG激光器能成功进行支架切割的次数很有限，随后被Lasag单元所取代，后者成为该项应用中运用最普遍的激光器。

　　

图6、激光切割不锈钢管状支架的放大图
（Synova公司）

　　

心血管支架是一种机加工结构，在球囊血管成形术治疗阻塞的静脉或动脉之后，心血管支架被放置到人体的血管中。通过激光切割薄壁管材而形成了支架，因此尽管通过激光移除了一部分多余的金属，仍然能够承受外力。为了减少残余热效应的影响，以及切割出无毛刺边缘的复杂设计图案，通常会选择一台脉冲固态装置，使用最多的是脉冲Nd！YAG激光器。

现在主要应用在医疗器械行业的支架切割，一直是推动高质量、可靠的工业激光器和运动控制系统发展的动力。闪光灯泵浦Nd！YAG激光器被二极管泵浦激光器所替代，接着碟形激光和光纤激光器抢占市场，后者现已经成为该项技术应用的首选。以先进的激光技术呈现的皮秒和飞秒激光器，正被考虑用来加工新的生物兼容性支架。今天已有成千上万的支架在全球生产。

　　 此应用带来了一系列的进步，如：更高的可靠性，稳定的脉冲间隔，具备更高光束质量的固体激光器，对辅助气体更为成熟的控制，更简单和更强大的处理和控制软件，以及自动化上下料装置。

7．快速成型制造

快速成型或快速制造技术现在被称为添加制造(AM)。追溯到1987年，第一台商用的立体光固化成形装置SLA由美国加州的3D Systems公司推出并申请了专利。在加工过程中，从红外激光发出的光束通过电脑控制扫描，穿过光固化树脂粉末，使粉末熔化并硬化为一整块，这好比在三维零件上进行二维的切割。随着后续的新层建立，最终构成了一个三维的部件（见图7）。

　　

图7、通过快速成型制造的各种部件
（DTM公司）

　　

到1990年，市场出现了若干竞争技术：选择性激光烧结，分层实体制造等，在发展中的工业服务市场相互竞争。最终，原始设备制造商接受了这项技术，特别是在SLS和SLM中应用材料的进步使制造原型零件成为可能。因此，此项技术推动了快速制造的发展，并在业内获得了高度认可。现在技术的进步使用户能够生产塑料零件、金属、陶瓷和复合材料。现在有20多个国际供应商提供激光烧结系统，另外还有一些亚洲公司提供立体光刻系统。据估计，世界各地共安装了数千台快速成型制造设备。

该项技术的业内专家Terry Wohlers曾估计2008年激光添加制造的产品和服务收入总计超过了7亿美元。

而服务供应商是添加制造技术最早的使用者，如今这项工作多是在大型企业的内部工厂生产完成。

Wohlers还估计一些国家每年将会安装至少100台或更多的添加制造设备，这些国家的GDP增长速度达两位数，比如中国（现在已经安装了2400台）、法国、德国和英国。刚开始接受这项新技术的国家，比如巴西、墨西哥和泰国，在2008年安装设备的增长率达到75%-100%。

　　 该应用生产出了稳定、可靠、低成本的固态和低功率CO2激光器，强大的CAD系统与光束和零件移动系统兼容，并催生了新一代的激光可加工聚合物和用于生产此类零件的金属粉末。

8．微孔加工

通孔加工就是在覆盖于多层基板上的厚膜上钻孔，这样可以在层面之间实现电接触。在1971年美国西电公司工程师们发表的论文中，描述了用相干公司CO2激光器在陶瓷上钻小洞、产生传导通路的应用，这便是早期的通孔钻切应用。1974年西电公司在它的一个工厂中安装了Photon Sources生产的CO2小孔钻切系统，主要用于在薄膜双层电路上钻孔。

　　

　　

图8、在多芯片组件上钻出25通孔
（Lumonics公司）

　　

从这个开创性的加工开始，一个新的微孔钻切行业应运而生，数百台CO2、固态和准分子激光钻孔系统被安装于世界各地微电子工厂，每年都要钻上百万个通孔。图8显示了在多芯片组件钻出的25盲孔。

这项成功的应用为以下的技术进步做出了贡献，如：二氧化碳激光分束（从一个激光器中最多可以发射出四道光束），并行处理系统，更稳定可靠的脉冲二氧化碳激光器，用来防止镜片污染的气体辅助喷嘴，提高了生产力的自动上下料设备。这是最早出现的要求每天3班制加工且只需要低级别的技工操作的应用。

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