材料激光工藝過程

內(nèi)容概要

　　本書對(duì)激光光學(xué)原理、材料加工背景和材料激光加工的新領(lǐng)域及其最新進(jìn)展進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的介紹。該書共11章：第1章，背景及用途；第2章，激光光學(xué)基礎(chǔ)；第3章，激光切割；第4章，激光焊接；第5章，熱流理論；第6章，激光表面處理；第7章，激光快速成型和微型制造；第8章，激光彎曲或激光成型；第9章，激光清潔；第10章，激光自動(dòng)化及在線監(jiān)測(cè)；第11章，激光安全防護(hù)。
　　本書可供從事激光技術(shù)和材料加工的工藝技術(shù)人員及大專院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡(jiǎn)介

作者： （荷蘭）威廉M.斯頓（Steen W.M.） 譯者：蒙大橋 張友壽 何建軍

書籍目錄

謝辭
譯叢序言
中文版序
譯者序
緒論
參考文獻(xiàn)
第1章背景及用途
1.1激光器工作原理
1.1.1整體結(jié)構(gòu)
1.1.2受激發(fā)射現(xiàn)象
1.2工業(yè)激光器的類型
1.2.1CO2激光器
1.2.2CO激光器
1.2.3固體激光器
1.2.4半導(dǎo)體激光器
1.2.5準(zhǔn)分子激光器
1.3不同激光器之間的比較
1.4激光的應(yīng)用
1.4.1高亮度
1.4.2準(zhǔn)直
1.4.3長度測(cè)量
1.4.4污染監(jiān)測(cè)
1.4.5速度測(cè)量
1.4.6全息照相
1.4.7斑紋干涉儀
1.4.8檢查
1.4.9分析技術(shù)
1.4.10信息記錄
1.4.11通訊
1.4.12熱源
1.4.13醫(yī)療
1.4.14印刷
1.4.15同位素分離
1.4.16核聚變
1.5激光的商業(yè)應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第2章激光光學(xué)基礎(chǔ)
2.1電磁輻射特性
2.2電磁輻射與物質(zhì)的相互作用
2.2.1熒光性
2.2.2受激Raman散射
2.2.3受激Brillouin散射
2.2.4二次諧波的產(chǎn)生
2.2.5Kerr光學(xué)效應(yīng)
2.3反射和吸收
2.3.1波長的影響
2.3.2溫度的影響
2.3.3表面薄膜的影響
2.3.4入射角度的影響
2.3.5材料及表面粗糙度的影響
2.4折射
2.4.1Rayleigh散射
2.4.2Mie散射
2.4.3Bulk散射
2.5干涉
2.6衍射
2.7激光的特征
2.7.1波長
2.7.2相干性
2.7.3模式和光束直徑
2.7.4偏振
2.8單一透鏡的聚焦
2.8.1焦斑的最終尺寸
2.8.2焦深
2.9光學(xué)元器件
2.9.1雙譜線透鏡
2.9.2消偏器
2.9.3準(zhǔn)直儀
2.9.4金屬光學(xué)
2.9.5衍射光學(xué)元件?全息透鏡
2.9.6激光掃描系統(tǒng)
2.9.7光纖傳輸系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
第3章激光切割
3.1引言
3.2切割工藝?具體操作
3.3切割方式
3.3.1氣化切割/打孔
3.3.2熔化切割——熔融和吹除
3.3.3反應(yīng)燃燒切割
3.3.4可控?cái)嗔亚懈?br />3.3.5激光刻劃
3.3.6冷切割
3.3.7氧氣輔助激光切割?LASOX工藝
3.4激光切割的理論模型
3.5實(shí)用特性
3.5.1光束特性
3.5.2傳輸特性
3.5.3氣體性質(zhì)
3.5.4材料特性
3.5.5實(shí)用技巧
3.6應(yīng)用實(shí)例
3.6.1模切板切割
3.6.2石英管的切割
3.6.3仿形切割
3.6.4布料切割
3.6.5航空材料
3.6.6切割玻璃纖維
3.6.7切割凱芙拉復(fù)合材料
3.6.8原型車制造
3.6.9切割氧化鋁和絕緣板
3.6.10家具工業(yè)
3.6.11多孔水管的打孔
3.6.12香煙紙穿孔
3.6.13柔性版印刷滾輪
3.6.14放射性材料的切割
3.6.15電子工業(yè)的應(yīng)用
3.6.16激光打孔
3.6.17廢品回收
3.6.18激光加工
3.6.19船舶制造
3.6.20激光沖壓
3.6.21自行車和管結(jié)構(gòu)的制造
3.6.22軌道車輛制造中的切割和焊接
3.7成本實(shí)例
3.8工藝變化
3.8.1電弧增強(qiáng)激光切割
3.8.2加熱切削
3.9未來發(fā)展
3.9.1較高功率的激光器
3.9.2輔助切割能源
3.9.3改善能量耦合
3.9.4更小的焦斑尺寸
3.9.5增加拖拽能力
3.9.6增加流動(dòng)性
3.10功率需求實(shí)例
參考文獻(xiàn)
第4章激光焊接
4.1引言
4.2工藝布局
4.3焊接加工機(jī)制?匙孔和等離子體效應(yīng)
4.4激光焊接的影響因素
4.4.1激光功率
4.4.2光斑尺寸和模式
4.4.3偏振
4.4.4光束波長
4.4.5焊接速度
4.4.6焦點(diǎn)位置
4.4.7接頭形狀
4.4.8保護(hù)氣和氣壓
4.4.9保護(hù)氣壓力的影響
4.4.10材料性能的影響
4.4.11重力
4.5其他焊接工藝
4.5.1激光復(fù)合焊
4.5.2雙光束焊接
4.5.3移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)光束
4.6應(yīng)用
4.7成本估計(jì)
參考文獻(xiàn)
第5章熱流理論
5.1引言
5.2一維熱流分析模型
5.3靜態(tài)點(diǎn)源分析模型
5.3.1瞬態(tài)點(diǎn)熱源
5.3.2連續(xù)點(diǎn)熱源
5.3.3點(diǎn)熱源以外的其他熱源
5.4移動(dòng)點(diǎn)熱源的分析模型
5.5其他的表面加熱模型
5.5.1Ashby?Shercliffe模型：移動(dòng)多維曲面線熱源
5.5.2Davis模型：移動(dòng)高斯熱源
5.6匙孔模型分析?線熱源解
5.7移動(dòng)點(diǎn)?線熱源解
5.8有限差分模型
5.9半定量模型
5.10流體模型
5.11應(yīng)力模型
5.12結(jié)論
5.13符號(hào)列表
參考文獻(xiàn)
第6章激光表面處理
6.1引言
6.2激光熱處理
6.2.1熱流
6.2.2擴(kuò)散質(zhì)量流動(dòng)
6.2.3相變過程機(jī)制
6.2.4相變鋼的性能
6.3激光表面熔化
6.3.1凝固方式
6.3.2凝固組織尺度
6.3.3熔池內(nèi)的質(zhì)量流動(dòng)
6.4激光表面合金化
6.4.1工藝變量
6.4.2應(yīng)用
6.5激光涂敷
6.5.1預(yù)置粉末激光涂敷
6.5.2吹粉激光涂敷
6.6粒子注入
6.7表面紋理處理
6.8增強(qiáng)電鍍
6.9激光化學(xué)蒸氣沉積
6.10激光物理氣相沉積
6.11非接觸彎曲
6.12磁疇控制
6.13激光清理和涂料去除
6.14表面粗糙化
6.15粗琢
6.16微加工
6.17激光標(biāo)識(shí)
6.18沖擊硬化
6.19結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第7章激光快速成型和微型制造
7.1引言
7.2加工范圍
7.2.1制造類型
7.2.2快速成型技術(shù)按原材料分類
7.3CAD文件處理
7.4分層制造問題
7.4.1綜述
7.4.2臺(tái)階式分級(jí)
7.4.3層厚的選擇
7.4.4精確度
7.4.5部件取向
7.4.6支撐結(jié)構(gòu)
7.5特殊工藝
7.5.1立體光刻成型
7.5.2激光選擇性燒結(jié)
7.5.3疊層實(shí)體制造
7.5.4激光定向熔鑄
7.6快速制造技術(shù)
7.6.1硅樹脂橡膠澆模
7.6.2熔模鑄造
7.6.3砂模鑄造
7.6.4激光定向鑄造
7.6.5快速成型工具
7.7應(yīng)用
7.8結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第8章激光彎曲或激光成型
8.1引言
8.2加工機(jī)制
8.2.1熱梯度機(jī)制
8.2.2點(diǎn)源機(jī)制
8.2.3褶皺機(jī)制
8.2.4鐓壓機(jī)制
8.3理論模型
8.3.1熱梯度機(jī)制模型
8.3.2褶皺機(jī)制模型
8.3.3鐓壓機(jī)制模型
8.4操作特點(diǎn)
8.4.1功率影響
8.4.2速度的作用?“線能量”
8.4.3材料的影響
8.4.4厚度的影響?彎曲增厚
8.4.5平板尺寸效應(yīng)?邊界效應(yīng)
8.4.6掃描次數(shù)的影響
8.5應(yīng)用
8.6結(jié)論
8.7符號(hào)列表
參考文獻(xiàn)
第9章激光清潔
9.1引言
9.2激光清潔機(jī)理
9.2.1選擇性蒸發(fā)
9.2.2剝離
9.2.3瞬時(shí)表面熱處理
9.2.4蒸發(fā)壓力
9.2.5光壓
9.2.6剝離（鍵破壞）
9.2.7干燥和蒸氣激光清潔
9.2.8傾斜入射激光清潔
9.2.9激光激波清潔
9.3激光清潔過程的概述
9.4實(shí)際應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第10章激光自動(dòng)化及在線監(jiān)測(cè)
10.1自動(dòng)化原理
10.2在線監(jiān)測(cè)
10.2.1激光束特性監(jiān)測(cè)
10.2.2工作臺(tái)特性監(jiān)測(cè)
10.2.3加工特性監(jiān)測(cè)
10.3在線控制
10.3.1在線功率控制
10.3.2在線溫度控制
10.4“智能”在線控制
10.5結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第11章激光安全防護(hù)
11.1危害
11.2標(biāo)準(zhǔn)
11.3安全限值
11.3.1對(duì)眼睛的危害
11.3.2對(duì)皮膚的危害
11.4激光分類
11.5典型的4類安全協(xié)議
11.6合理安裝設(shè)備存在的危險(xiǎn)
11.7電氣危害
11.8粉塵危害
11.9結(jié)論
參考文獻(xiàn)
結(jié)束語

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   7.5.1.1模型設(shè)計(jì) 立體光刻成型創(chuàng)建模型是在3D CAD系統(tǒng)上執(zhí)行設(shè)計(jì)功能的第一步，CAD圖像要么以固體構(gòu)建，要么以立體或完整內(nèi)部信息的平面模型構(gòu)建。接下來，立體模型圖像在屏幕上定位于最適于光刻構(gòu)建的位置。因?yàn)榱Ⅲw光刻過程是從底面開始層疊建造模型的，所以對(duì)于模型的懸掛部分，需要薄十字網(wǎng)制成的支撐結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化部件定位可以使支撐結(jié)構(gòu)最小。如果以后模型可熔鑄成型，那么固體部件可以用蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（QuickcastTM，見7.6.2節(jié)）。在模型被建成后，支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)被剔除或切除。 7.5.1.2模型分層和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 當(dāng)設(shè)計(jì)完成后，以STL文件形式的電子模型被傳輸?shù)搅Ⅲw光刻計(jì)算機(jī)，然后被電子分成薄層，單層厚度由操作者選擇。通常對(duì)精確度要求越高，分層就應(yīng)越薄。然后計(jì)算機(jī)將每層分成矢量數(shù)據(jù)網(wǎng)格，這些矢量數(shù)據(jù)用于控制激光束的方向和速度。 7.5.1.3立體光刻模型創(chuàng)建 立體光刻成型過程如圖7.6所示。首先，將臺(tái)板降低到一缸光敏聚合物內(nèi)的一個(gè)精確深度，臺(tái)板降低的距離對(duì)應(yīng)于將要固化模型的厚度。接觸電刷確保臺(tái)板均勻覆蓋，以及單體表面沒有波狀起伏或氣泡出現(xiàn)。接著，激光器產(chǎn)生激光，其x和y方向上的運(yùn)動(dòng)由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)和檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)的掃描鏡控制。激光束的運(yùn)動(dòng)選擇性固化光敏聚合物的區(qū)域?qū)?yīng)于模型的最初分層的區(qū)域。脈沖激光形成的固化軌道由一系列疊加的錐形組成。區(qū)域的尺寸為0.2mm，深度為0.5mm，取決于激光能量。固化的第一層成為了模型底層。臺(tái)板再次被降低到缸中的一個(gè)精確位置，然后激光在第一層的頂部掃描第二層。這一層黏結(jié)在第一層上，因?yàn)槊總€(gè)脈沖的穿透深度都大于層的厚度，因此前一層就過渡熟化。這個(gè)過程需重復(fù)多次，直到整個(gè)實(shí)體創(chuàng)建完成為止。掃描完成后，從缸中提出臺(tái)板，模型準(zhǔn)備去除支撐結(jié)構(gòu)及后處理。根據(jù)模型的復(fù)雜性而有所不同，一般的加工時(shí)間大約1h，后固化約2h，制作一個(gè)3D模型大約要3h。 所用光敏聚合物由光引發(fā)劑和含有環(huán)氧、乙烯基或丙烯酸酯官能團(tuán)的液態(tài)單分子結(jié)構(gòu)組成。在紫外線照射下，光引發(fā)劑首先激活，其中一少部分轉(zhuǎn)化成活性粒子，通過形成游離原子團(tuán)，活性粒子促進(jìn)光化聚合的進(jìn)程。不同樹脂的固化時(shí)間和最后物理特性會(huì)有所不同，這意味著在熔鑄前需要一些選擇。 7.5.1.4快速固化 聚合物的最大硬度不能直接在立體光刻成型過程中得到，因此，通常要求進(jìn)行一些快速固化處理?？焖俟袒前涯Ｐ捅┞对诟邚?qiáng)度紫外線可照射的特殊固化單元中完成，根據(jù)部件的幾何結(jié)構(gòu)，照射時(shí)間在30分鐘到2小時(shí)的范圍內(nèi)變化。 快速固化也被用作快速使厚壁和大體積模型變硬的一種方法。大體積模型可以通過先在模型結(jié)構(gòu)中獲取液態(tài)聚合物，然后在快速固化循環(huán)中硬化的方法快速創(chuàng)建。

編輯推薦

《材料激光工藝過程(原書第3版)》的特點(diǎn)是將激光束對(duì)不同材料、不同工藝過程的作用以物理學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行描述。《材料激光工藝過程(原書第3版)》各章對(duì)不同工藝過程都有相關(guān)的理論分析和表述，縱覽《材料激光工藝過程(原書第3版)》內(nèi)容，激光對(duì)材料加工工藝過程的每種工藝都有理論和實(shí)際應(yīng)用的描述。

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