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第1章 激光加工制造基础1

1.1 激光产生的基本原理1

1.1.1 光与物质的关系1

1.1.2 粒子数反转与光放大3

1.1.3 光学谐振腔5

1.1.4 产生激光的过程6

1.2 激光器的组成及分类6

1.2.1 激光器的组成6

1.2.2 激光器的分类6

1.3 常用激光器的工作原理与结构8

1.3.1 He-Ne（氦-氖）激光器8

1.3.2 CO2（二氧化碳）激光器12

1.3.3 Nd：YAG固体激光器17

1.4 激光光束传输与聚焦19

1.4.1 激光光束质量19

1.4.2 光束光斑质量诊断21

1.4.3 激光传输系统23

1.4.4 激光聚焦系统26

1.4.5 激光热透镜效应27

1.4.6 激光加工运动系统27

1.4.7 飞行光束对加工质量的影响30

1.5 激光与材料的相互作用30

1.5.1 激光与物质的相互作用30

1.5.2 材料对激光的吸收及其影响因素32

1.5.3 激光诱导等离子体37

第2章 激光切割技术42

2.1 激光切割技术基础42

2.1.1 激光切割原理42

2.1.2 激光切割分类43

2.1.3 激光切割的主要特点44

2.1.4 常用工程材料的激光切割45

2.2 激光切割质量46

2.2.1 激光切割质量的评判依据46

2.2.2 激光切割质量的影响因素46

2.2.3 影响激光切割表面粗糙度的参数51

2.2.4 激光切割质量的控制52

2.3 激光器及其输出特性54

2.3.1 CO2激光器54

2.3.2 Nd：YAG激光器57

2.3.3 激光器切割性能的比较59

2.3.4 激光切割设备的系统构成60

2.4 金属材料的激光切割61

2.4.1 CO2气体连续激光切割61

2.4.2 YAG脉冲激光切割63

2.4.3 厚钢板激光切割66

2.5 非金属材料的激光切割68

2.5.1 有机玻璃片的激光切割68

2.5.2 木材制品的激光切割70

2.5.3 熔融石英的激光切割70

2.6 有色金属的激光切割工艺71

2.6.1 铝及其合金的激光切割71

2.6.2 钛及其合金的激光切割74

2.7 激光切割技术的应用75

2.7.1 微芯片的激光切割75

2.7.2 液晶屏短路环的激光切割75

2.7.3 陶瓷材料的激光切割75

2.7.4 激光切割在汽车制造中的应用75

2.8 激光三维切割77

2.8.1 三维切割的光学系统77

2.8.2 数控系统与编程方法78

2.8.3 轿车三维覆盖件的激光切割80

第3章 激光焊接82

3.1 激光焊接概述82

3.1.1 激光焊接原理82

3.1.2 激光焊接特点83

3.1.3 激光焊接分类83

3.2 激光焊接方法84

3.2.1 激光热导焊84

3.2.2 激光深熔焊88

3.2.3 激光填丝焊93

3.2.4 激光电弧复合焊94

3.2.5 激光钎焊97

3.2.6 激光点焊98

3.3 激光焊接工艺99

3.3.1 激光功率99

3.3.2 焊接速度102

3.3.3 焦点位置103

3.3.4 保护气性质103

3.3.5 材料表面状态105

3.3.6 光束特性106

3.3.7 激光焊接缺陷108

3.4 材料的激光焊接108

3.4.1 钢的激光焊接108

3.4.2 铝合金的激光焊接109

3.4.3 钛合金的激光焊接110

3.4.4 镁合金的激光焊接112

3.4.5 塑料的激光焊接112

3.5 激光焊接系统113

3.5.1 激光器类型及特点113

3.5.2 激光焊接光学系统115

3.5.3 激光焊接机头115

3.5.4 激光加工机床116

3.6 激光焊接过程的控制117

3.6.1 声信号检测与控制118

3.6.2 光辐射信号检测与控制119

3.6.3 光辐射信号视觉检测120

3.7 激光焊接模拟122

3.7.1 激光焊接模拟的解析解122

3.7.2 激光焊接模拟的数值解124

3.8 激光焊接应用127

3.8.1 激光焊接在汽车工业中的应用127

3.8.2 激光焊接在造船工业中的应用130

3.8.3 激光焊接金刚石锯片131

3.8.4 激光焊接在铁路工业中的应用132

第4章 激光表面工程134

4.1 激光表面工程基础134

4.1.1 激光表面工程的原理与分类134

4.1.2 激光表面工程的技术特点134

4.1.3 激光表面工程加工系统134

4.1.4 激光与材料的相互作用142

4.1.5 激光表面工程缺陷145

4.1.6 激光表面工程数值模拟146

4.2 激光淬火148

4.2.1 激光淬火原理148

4.2.2 激光淬火工艺149

4.2.3 激光淬火的组织性能150

4.2.4 激光淬火的应用151

4.3 激光熔凝154

4.3.1 激光熔凝原理154

4.3.2 激光熔凝材料155

4.3.3 激光熔凝的应用158

4.3.4 激光毛化原理158

4.3.5 激光毛化设备159

4.3.6 激光毛化工艺160

4.3.7 激光毛化的应用160

4.4 激光合金化161

4.4.1 激光合金化原理161

4.4.2 激光合金化工艺161

4.4.3 激光合金化组织162

4.4.4 激光合金化的应用164

4.5 激光熔覆164

4.5.1 激光熔覆原理164

4.5.2 激光熔覆材料164

4.5.3 激光熔覆工艺167

4.5.4 激光熔覆的组织性能170

4.5.5 激光熔覆的监测与控制173

4.5.6 激光熔覆的应用173

4.6 激光冲击强化174

4.6.1 激光冲击强化的概念和特点174

4.6.2 激光冲击强化的传热过程174

4.6.3 激光冲击波的形成机制175

4.6.4 激光冲击强化的约束和非约束模型176

4.6.5 吸收层和约束层材料的选择177

4.6.6 激光冲击强化工艺参数的影响180

4.6.7 激光冲击处理对组织和性能的影响182

4.6.8 激光冲击强化的应用182

第5章 激光快速成型与直接制造184

5.1 快速成型技术基础184

5.1.1 快速成型技术原理184

5.1.2 快速成型信息处理185

5.1.3 反求工程188

5.1.4 实体测量技术189

5.1.5 激光快速成型分类190

5.2 光固化成型（SLA）191

5.2.1 光固化成型的概念和过程191

5.2.2 光固化成型法的设备组成及扫描方式193

5.2.3 光固化树脂的材料特性要求194

5.2.4 光固化成型精度195

5.2.5 SLA的应用196

5.3 分层实体制造（LOM）198

5.3.1 分层实体制造原理及工艺198

5.3.2 分层实体制造的特点199

5.3.3 分层实体制造的变形和精度201

5.3.4 分层实体制造的成型效率203

5.3.5 分层实体制造的应用203

5.4 选择性激光烧结（SLS）204

5.4.1 SLS系统组成及其原理204

5.4.2 SLS成型过程205

5.4.3 SLS粉末材料207

5.4.4 SLS的扫描方式208

5.4.5 SLS工艺及其影响因素209

5.4.6 SLS技术的应用211

5.5 激光直接制造技术212

5.5.1 激光直接制造原理和现状212

5.5.2 激光直接制造方法214

5.5.3 激光直接制造的材料特性220

5.5.4 激光直接制造设备与控制223

5.5.5 激光塑性成型技术226

第6章 激光快速成型的软件开发230

6.1 激光快速成型分层切片软件230

6.2 基于机器手的激光快速成型软件开发235

6.2.1 从CAD模型中提取成型数据237

6.2.2 机器人语言和自动生成可执行文件242

第7章 激光微加工246

7.1 激光微加工246

7.1.1 材料去除式微加工技术246

7.1.2 材料添加式微加工技术248

7.2 微纳粉的输送253

7.2.1 国内外常用送粉器253

7.2.2 送粉器的特性分析255

7.2.3 微纳粉输送的关键技术256

7.2.4 转刷式送粉器的设计258

7.3 激光与微纳粉材料相互作用规律研究259

7.3.1 金属粉末材料对激光能量吸收的差异259

7.3.2 粉末在激光微成型中的3种状态260

7.3.3 激光微成型粉层温度场的数值模拟262

7.4 激光微成型工艺参数的变化对成型质量的影响265

7.4.1 激光微成型工艺参数的分析265

7.4.2 工艺参数的变化对粉末激光微成型的影响267

7.5 微加工用激光器269

7.5.1 飞秒激光器269

7.5.2 准分子激光器273

7.5.3 光纤激光器275

第8章 激光加工安全防护280

8.1 大功率激光器的安全隐患280

8.2 激光加工的安全防护281

8.3 不同类别的激光产品所使用的安全防护283

参考文献284