现代激光加工技术丛书--激光快速制造技术及应用

本书为“现代激光加工技术丛书”之一。激光快速制造技术是将激光技术、新材料技术、CAD/CAM技术集成起来，解决了激光与材料的相互作用、CAD模型的分层切片处理以及满足“离散雌积”成形工艺要求的包括数控技术、精密机械和光电子技术在内的一系列。接口”问题，从而形成的一项先进制造技术。激光快速制造技术无需制造模具，即可根据三维CAD设计数据，快速、准确地制造出产品原型或零件，并快速进行小批量制造。
本书内容新颖，通过大量的理论和实验研究图表，详尽介绍了国内外激光快速制造技术的主要研究成果，系统阐述了各种激光快速制造的工艺、装备、应用和发展等，具体内容包括激光快速成形制造的硬件系统和软件系统，激光快速原型制造的立体印刷、分层实体制造和选择性烧结技术；激光快速金属零件直接制造的同轴送粉快速制造技术，基于激光热应力的板料快速成形技术和快速成形制造中的逆向工程技术等。
本书可供机械制造领域研究人员、工程技术人员以及高等院校相关专业师生参考。

第②章 激光快速制造系统
　　激光快速制造系统主要是以激光和材料相互作用产生的热力耦合作用，使被加工材料熔化、凝固、堆积成三维实体零件，因此激光器是系统的核心部分。激光快速制造系统可以分成硬件和软件两大部分，包括激光器和光学系统、加工机和数控系统以及辅助系统等。
　　2.1 硬件系统
　　2.1.1 激光器
　激光是通过光与物质相互作用，尤其是作用过程中的受激辐射而产生的。根据原子物理理论和量子理论可知，组成物质的粒子处于一系列的分立能级中，能量最低的状态为基态，其他比基态能量高的状态称为激发态。但是如果在外界能量（热能、光能、化学能等）的激励下，可以使得低能级上粒子吸收能量后跃迁到高能级，从而使得高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，则该物质实现了高能级与低能级之间的粒子数反转或集居数反转。激光产生的首要条件必须要有实现粒子数反转的激活物质。一般激活物质为一个光放大器，有一束能量为E2一E1一hv的入射光子进入该激活物质，这时受激辐射产生的光子数将超过受激吸收消耗的光子数，而使受激辐射占主导地位。在这种情况下，光在激活物质内将越走越强，使该激光工作物质输出的光能量超过入射光的能量，这就是光的放大过程。与介质增益、损耗以及粒子数反转变化之间相互消长、相互平衡，最终可以得到一个确定大小的光强的过程称为自激振荡。由于实际上的激活物质不可能做得太长，一般采用在激活物质两端放置两块镀有高反射率材料的反射镜，形成光学谐振腔，这样，初始光强就会在反射镜间往返传播，等效于增加激活介质的长度，最终可得到一个确定大小的光强。另外为了使普通物质转变成激活物质，还需要外界激励能源（或称为泵浦源），这样一个常规的激光器就应该包括三部分：工作物质、泵浦源和光学谐振腔。
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