隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的多樣化，產(chǎn)品的競爭越來越激烈，更新?lián)Q代的周期也越來越短。為此，要求不但能根據(jù)市場的要求盡快設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品，而且能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)制造出原型，從而進(jìn)行性能測試和修改，最終形成定型產(chǎn)品。而在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中，需要大量的模具設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試等工作，成本高，周期長，已不能適應(yīng)日新月異的市場變化。為了提高研發(fā)和生產(chǎn)速度，快速而精確地制作出高質(zhì)量、低成本的模具和產(chǎn)品，能對市場變化做出敏捷響應(yīng)，人們作了大量的研究和探索工作。隨著工業(yè)激光器價(jià)格的不斷下降和工業(yè)激光加工技術(shù)的日益成熟，給模具制造和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝帶來了重大變革。本文首先介紹了工業(yè)加工激光器，然后在模具激光制造、模具表面激光強(qiáng)化和替代、模具激光修復(fù)、模具激光清洗等幾個(gè)方面進(jìn)行了介紹和分析。
　　
　　工業(yè)加工激光器
　　
　　目前，用于激光加工的工業(yè)激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG激光器為代表；而氣體激光器則以CO2激光器為代表。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，目前人們也開始在某些加工應(yīng)用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導(dǎo)體激光器。
　　
　　1) Nd:YAG激光器
　　
　　Nd:YAG激光器的激光工作物質(zhì)為固態(tài)的Nd:YAG棒，其激光波長為1.06μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較低，同時(shí)受到Y(jié)AG棒體積和導(dǎo)熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。但由于Nd:YAG激光器可以通過Q開關(guān)壓縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時(shí)可獲得很高的峰值功率（108W），適用于需要高峰值功率的激光加工應(yīng)用；其另一大優(yōu)點(diǎn)是可以通過光纖傳輸，避免了復(fù)雜傳輸光路的設(shè)計(jì)制作，在三維加工中非常有用。此外，還可以通過三倍頻技術(shù)將激光波長轉(zhuǎn)換為355nm（紫外），在激光立體造形技術(shù)中得到應(yīng)用。
　　
　　2) CO2激光器
　　
　　CO2激光器的激光工作物質(zhì)為CO2混合氣體，其主要應(yīng)用的激光波長為10.6μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較高，同時(shí)激光器工作產(chǎn)生的熱量可以通過對流或擴(kuò)散迅速傳遞到激光增益區(qū)之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光加工的要求。
　　
　　國內(nèi)外用于激光加工的大功率CO2激光器，主要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器：橫流激光器的光束質(zhì)量不太好，為多模輸出，主要用于熱處理和焊接。我國目前已能生產(chǎn)各種大功率橫流CO2激光器系列，可滿足了國內(nèi)激光熱處理和焊接的需求。②軸流激光器：軸流激光器的光束質(zhì)量較好，為基?；驕?zhǔn)基模輸出，主要用于激光切割和焊接，我國激光切割設(shè)備市場主要由國外軸流激光器所占領(lǐng)。盡管國內(nèi)激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多工作，但由于主要配件還需進(jìn)口，產(chǎn)品價(jià)格難以大幅度下降，普及率低。
　　
　　武漢博萊科技發(fā)展有限公司研制了一種旋流CO2激光器，如圖1所示，以新型的旋轉(zhuǎn)氣體流動(dòng)方式，使旋流CO2激光器同時(shí)具有了軸流CO2激光器光束質(zhì)量好和橫流CO2激光器造價(jià)低、體積小的優(yōu)點(diǎn)。該種工業(yè)加工激光器的推廣應(yīng)用，將對我國激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及起到積極的促進(jìn)作用。
　　
　　
　　圖1.武漢博萊科技發(fā)展有限公司
　　500W旋流CO2激光器
　　
　　模具激光制造
　　
　　1) 激光間接成模工藝
　　
　?、倭Ⅲw光造形(Stereo Lithography Apparatus，簡稱SLA)工藝是利用紫外激光束逐層掃描光固化膠的方法形成三維實(shí)體工件的。1986年美國3D Systems公司推出了商品化樣機(jī)SLA-1。SLA工藝的最高加工精度能達(dá)到0.05mm。②薄層疊片制造(Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM)工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等，由美國Helisys公司于1986年研制成功。通過反復(fù)CO2激光器切割和材料粘貼，得到分層制造的實(shí)體工件。LOM工藝的特點(diǎn)是適合制造大型工件，其精度達(dá)到0.1mm。③選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)工藝是利用粉末狀材料成形的，由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的于1989年研制成功，通過用高強(qiáng)度的CO2激光器逐層有選擇地掃描燒結(jié)材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于選材較為廣泛。
　　
　　上述三種激光快速成形技術(shù)由于發(fā)展時(shí)間長，技術(shù)相對比較成熟，在國內(nèi)外都得到了較為廣泛的應(yīng)用。但上述方法形成的三維工件都不能直接作為模具使用，需要進(jìn)行后續(xù)的處理，所以稱之為激光間接成模工藝。主要的處理方法有：①快速成形工件處理后用作模具。LOM制作的紙模經(jīng)表面處理直接代替砂型鑄造木模；或者用LOM制作的紙模具經(jīng)表面處理直接用作低熔點(diǎn)合金鑄模、注塑模；或失蠟鑄造中蠟?zāi)５某尚文?。SLS制作的工件經(jīng)滲銅后，作為金屬模具使用。②用快速成形件作母模澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作軟模具。③用快速成形件翻制硬模具。一種是直接用LOM制作紙基模具，經(jīng)表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模；另一種是金屬面硬背襯模具。上述硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉伸模。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　
　　用上述激光間接成模工藝制作模具，既避開了復(fù)雜的機(jī)械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以大大縮短制模時(shí)間、節(jié)省制模費(fèi)用，對于形狀復(fù)雜的精度模具，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。但是，目前還存在著模具壽命相對較短的缺點(diǎn)，所以上述激光間接成形模具較適合于小批量生產(chǎn)。
　　
　　2) 激光直接成模工藝
　　
　　選擇性激光熔化(Selective Laser Melting，簡稱SLM)技術(shù)是在選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。SLM的特點(diǎn)為：(1)使用高功率密度，小光斑的激光束加工金屬，使得金屬零件具有0.1毫米的尺寸精度；(2)熔化金屬制造出來的零件具有冶金結(jié)合的實(shí)體，相對密度幾乎能達(dá)到100％，大大改善了金屬零件的性能； (3)由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點(diǎn)的金屬，使得用單一成分的金屬粉末來制造零件成為可能。圖2所示為德國EOS GmbH公司利用選擇性激光熔化(SLM)工藝制造的全金屬零件。
　　
　　圖2 德國EOS GmbH公司用選擇性激光熔化
　　(SLM)工藝制造的全金屬零件
　　
　　激光多層（或稱三維/立體）熔覆直接快速成形技術(shù)是在快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合同步送料激光熔覆技術(shù)所發(fā)展起來的一項(xiàng)高新制造技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)控制下的三維激光熔覆。由于激光熔覆的快速凝固特征，所制造出的金屬零件具有均勻細(xì)密的枝晶組織和優(yōu)良的質(zhì)量，其密度和性能與常規(guī)金屬零件相當(dāng)。激光多層熔覆發(fā)展出了多種方法，其中最具代表性的是美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(shù)(Laser Engineered Net Shaping，簡稱LENS)的金屬件快速成形技術(shù)。采用該方法已成功制造了不銹鋼，馬氏體時(shí)效鋼，鎳基高溫合金，工具鋼，鈦合金，磁性材料以及鎳鋁金屬間化合物工件，零件致密度達(dá)到近乎100%。圖3為美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室以LENS技術(shù)制造的金屬模具。
　　
　　圖3 美國Sandia National Laboratories用激光
　　工程化凈成形工藝(LENS)制造的全金屬模具
　　
　　選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)和激光工程化凈成形(LENS)技術(shù)由于成形件致密性好，且具有冶金結(jié)合組織及精度高，制成的模具壽命長的特點(diǎn)，已得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍重視，在國外已推出了多種設(shè)備樣機(jī)，有的甚至開始商品化了；而國內(nèi)目前的研究和應(yīng)用還處于起步階段。
　　
　　另外，還有一種基于激光精細(xì)切割的金屬零件分層制造技術(shù)（LOM），具有可快速、低成本制造大型、復(fù)雜形狀的模具的特點(diǎn)。日本中川威雄研究室早在80年代就應(yīng)用金屬薄板LOM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了金屬模具的分層快速制造。經(jīng)過發(fā)展，金屬薄板LOM技術(shù)已逐漸應(yīng)用于諸如汽車等大型內(nèi)外飾件模具及具有復(fù)雜流道注塑模的制造。
　　
　　模具表面激光改性
　　
　　模具表面處理一直是機(jī)械加工領(lǐng)域中所重視的問題。隨著新技術(shù)新工藝的發(fā)展，有許多傳統(tǒng)的處理方式已不太適用。對形狀復(fù)雜的模具，最理想的表面處理方式是用激光進(jìn)行，它幾乎不變形，表面硬度比常規(guī)處理方式的硬度高，并且更耐磨，使用壽命更長。
　　
　　1) 激光相變硬化
　　
　　激光相變硬化又稱激光淬火。由于激光淬火時(shí)冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)淬火冷卻速度，從而可以獲得極細(xì)的馬氏體組織。激光相變硬化的優(yōu)點(diǎn)為硬度較常規(guī)淬火高、變形小、可實(shí)現(xiàn)表面薄層和局部淬火，不影響基材的機(jī)械性能等。
　　
　　2) 激光沖擊強(qiáng)化
　　
　　激光沖擊強(qiáng)化是高功率密度、短脈沖的激光束與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波來改變材料表面物理及機(jī)械性能的技術(shù)。在激光沖擊過程中，由于激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波峰值應(yīng)力大于材料的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力，從而使材料產(chǎn)生密集、均勻以及穩(wěn)定的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，使金屬表面發(fā)生塑性變形，并形成較深殘余壓應(yīng)力，從而提高金屬零件的強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞壽命。其主要優(yōu)點(diǎn)為：沖擊壓力高，強(qiáng)化深度達(dá)到傳統(tǒng)的噴丸強(qiáng)化深度4～8倍；能夠加工傳統(tǒng)工藝不能處理的部位，如小槽、小孔以及輪廓線之類；激光沖擊強(qiáng)化后的金屬表面不產(chǎn)生畸變和機(jī)械損傷，無熱應(yīng)力損傷，不會(huì)引起相變等。
　　
　　3) 激光合金化和激光熔覆
　　
　　激光合金化和激光熔覆是將一層與模具基體成分不同而具有一定性能的材料涂覆在模具基體，同時(shí)用高能激光束照射涂覆區(qū)域。激光合金化通過調(diào)節(jié)激光輸出功率使涂覆材料與部分基體一起熔化并發(fā)生合金化過程；而激光熔覆是涂覆層在激光作用下與基體表面通過融合迅速結(jié)合再一起，它與激光合金化的主要區(qū)別在于經(jīng)激光作用后涂層的化學(xué)成分基本不變化，基體的成分基本上不進(jìn)入涂層內(nèi)?；诳焖倌绦虏牧虾铣膳c制備的激光表面合金化及激光熔覆表面改性新技術(shù)，是提高模具材料在高溫下耐磨耐蝕等高溫性能的最有效方法之一。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　
　　模具激光修復(fù)
　　
　　模具的失效事實(shí)上均因其表層局部材料磨損等原因而報(bào)廢，而且金屬模具的加工周期長、加工費(fèi)用高。模具使用壽命取決于抗磨損和抗機(jī)械損傷能力，一旦磨損過度或機(jī)械損傷，須經(jīng)修復(fù)才能恢復(fù)使用。目前常采用的維修技術(shù)有電鍍、堆焊和熱噴涂等。電鍍層較薄，而且與基體結(jié)合差，形狀損壞部位難于修復(fù)；在堆焊、噴涂時(shí)，熱量注入大，模具熱影響區(qū)大。而應(yīng)用激光進(jìn)行模具維修，由于激光束的高能量密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱，對基體的熱影響較小，引起的畸變可以忽略。模具的激光修復(fù)可采用的方法主要有兩種：
　　
　　1) 激光熔覆模具修復(fù)
　　
　　利用激光熔覆的方法實(shí)現(xiàn)對模具的修復(fù)。用高功率CO2激光束以恒定功率與金屬粉流同時(shí)入射到模具表面上，金屬熔化產(chǎn)生熔池，然后快速凝固形成冶金結(jié)合的覆層。此方法一般采用大功率CO2激光器作為熱源，適用于體積較大、磨損面積較大的模具修復(fù)，以及象鋼鐵軋輥一類的大型工件的修復(fù)。
　　
　　2) 激光沉積焊接模具修復(fù)
　　
　　激光沉積焊接模具修復(fù)采用中小功率脈沖Nd:YAG激光器，模具的缺陷用激光束和絲狀填充材料來填補(bǔ)。激光束使焊絲和工件的表面同時(shí)熔化，所需沉積物的高度是通過多層焊接的方法來達(dá)到的；焊接完畢，模具部件再加工成最終尺寸。此方法適用于體積較小的精密模具。Rofin-Sinar公司制造的StarWeld焊接機(jī)是比較具有代表性的此類設(shè)備，如圖4所示。
　　
　　圖4 Rofin-Sinar公司生產(chǎn)的StarWeld激光焊接機(jī)
　　
　　模具激光清洗
　　
　　應(yīng)用高能激光脈沖去除模具在使用過程中產(chǎn)生的表面污物是激光技術(shù)在模具行業(yè)中的又一用途。其清洗機(jī)理有兩個(gè)：一是直接利用激光加熱污物，使之氣化揮發(fā)、或瞬間受熱膨脹并被蒸汽帶離模具基體表面；還有就是在高能量密度、高頻率的脈沖激光作用下，污物層內(nèi)產(chǎn)生分裂應(yīng)力，而與模具基體脫離。與傳統(tǒng)的噴沙清洗方法相比，激光清洗具有清洗速度快、不損傷模具表面、在線清洗(可節(jié)約大量拆卸、安裝、調(diào)試時(shí)間)的優(yōu)點(diǎn)。目前，德國JET激光系統(tǒng)公司生產(chǎn)的激光清洗設(shè)備相對較為先進(jìn)。
　　
　　結(jié)束語
　　
　　激光的高亮度、高方向性和高單色性使激光束經(jīng)透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬度的高溫，這就使其能加工幾乎所有的材料。激光加工在國外各個(gè)制造領(lǐng)域和行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用；而國內(nèi)也一直在激光加工設(shè)備和激光加工工藝兩個(gè)方面投入大量的人力物力進(jìn)行研究和發(fā)展。模具是工業(yè)產(chǎn)品成型的重要工業(yè)裝備之一，在很大程度上決定企業(yè)在市場競爭中的應(yīng)變能力，模具成型已成為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品重要的手段和工藝發(fā)展方向。激光加工應(yīng)用于模具制造和在某些場合取代模具(如激光切割取代鈑金件中的沖切模具、激光打標(biāo)取代沖模打標(biāo))方面具有很大優(yōu)勢。如何在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用激光加工技術(shù)來縮短模具制造周期（T）、保證模具制造質(zhì)量（Q）和降低模具制造成本（C），需要進(jìn)行不斷的深入研究和探索。
　　
　　(今日五金采編)
　　
　　一、美國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　目前尚未見到全面介紹美國激光——光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的完整資料，現(xiàn)只能根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。
　　1994年美國光電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)對1993年世界激光——光電子市場作了統(tǒng)計(jì)，總產(chǎn)值為750億美元；美國光電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)把顯示器、光存貯、光通訊及硬拷貝稱之為光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并認(rèn)為這個(gè)領(lǐng)域目前是日本占主導(dǎo)地位，在750億美元產(chǎn)值中日本約占50%，因此美國認(rèn)為當(dāng)前應(yīng)注意發(fā)展光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使美國在這個(gè)領(lǐng)域能占有較大的份額。下面主要介紹美國激光加工和激光醫(yī)療方面的發(fā)展情況。
　　根據(jù)1996年《工業(yè)激光評論》雜志報(bào)導(dǎo)，1995年世界范圍銷售的激光加工系統(tǒng)約11億美元，美國占31%、歐州32%、日本35%，其它 2%。在美國比較著名的激光公司有：相干公司、光譜物理公司、聯(lián)合工藝（URTC）公司、PRC公司、燃燒工程公司、Lumonics公司、Synrad 公司、M arted Lasers公司、Electrox公司和ESI公司等。相干公司和光譜物理公司是美國最大的兩個(gè)激光公司，占美國激光公司總銷售額的40%以上。光譜物理公司的工業(yè)激光部的高功率CO2激光器股權(quán)已為德國Rofin-Sinar公司所收購，主要生產(chǎn)1.5kW-6kW橫流CO2激光器。聯(lián)合工藝公司主要生產(chǎn)5kW-30kW高功率橫流CO2激光器，并且和德國一公司合資在德國制造這類設(shè)備；PRC公司主要生產(chǎn)0.5-3.5kW軸快流CO2激光器，現(xiàn)已累計(jì)銷售了1000臺(tái)高功率CO2激光器；燃燒工程公司生產(chǎn)1kW、5kW和10kW的高功率橫流CO2激光器（以色列MLI公司的專利）。Synrad 公司主要生產(chǎn)200W以下封離型射頻激勵(lì)CO2激光器。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　根據(jù)《世界激光集錦》雜志報(bào)導(dǎo)，1995年美國激光—光電子生產(chǎn)者委員會(huì)成員公司，前半年的訂貨率比1994年同期增長了24%。在金融市場上，1995 年激光公司原始股票的價(jià)格達(dá)到了有史以來的最高值，使這些公司獲得了巨額的利潤。1996年世界激光器市場的銷售分布狀態(tài)也有了變化，美國占55%，歐洲占22%，日本和太平洋地區(qū)占23%。
　　美國是世界上最早建立激光加工站的國家，許多加工站建立于70年代中期，1996年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，美國激光加工站的年收入已逾60-80億美元，在美國激光加工站已超過1765家，這對于在美國推廣激光加工技術(shù)起著重要的作用。美國也是最早將高功率激光器引入汽車工業(yè)的，例如在美國汽車工業(yè)中心——底特律地區(qū)就有40余家激光加工站，用于汽車板金件的切割和齒輪的焊接，使汽車改型的周期從5年縮短至2年。美國通用汽車公司已采用22條激光加工生產(chǎn)線；美國輻特汽車公司采用Nd：YAG激光器結(jié)合工業(yè)機(jī)械人焊接轎車車體，極大地降低了制造成本。據(jù)報(bào)導(dǎo)，到2000年美國三大汽車公司50%的電阻點(diǎn)焊生產(chǎn)線將被激光焊生產(chǎn)線所取代。1995年世界銷售的激光加工系統(tǒng)予計(jì)為1950臺(tái)，其中美國640臺(tái)，占34%。
　　在激光加工中主要使用CO2激光器和Nd：YAG激光器。在美國CO2激光器58%用于切割、12% 用于焊接、11%用于標(biāo)記、1%用于熱處理、其它為18%；Nd：YAG激光器24%用于焊接，39%用于標(biāo)記，7%用于切割，18%用于微電子加工， 3%用于打孔，其它9%。
　　在激光醫(yī)療方面，美國處于世界領(lǐng)先地位。激光醫(yī)療設(shè)備不僅在美國獲得廣泛應(yīng)用，而且大量出口，美國的激光醫(yī)療設(shè)備由美國食品藥物管理局（FDA）統(tǒng)一管理，只有經(jīng)過批準(zhǔn)注冊方可使用和生產(chǎn)，這樣就保證了激光醫(yī)療設(shè)備的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性與安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1986年美國醫(yī)院進(jìn)行的 2100萬例手術(shù)中已有 250萬例使用CO2激光手術(shù)刀，占總手術(shù)的12%，美國全國2/3的門診機(jī)構(gòu)已擁有激光醫(yī)療設(shè)備。在美國新的激光醫(yī)療儀器和醫(yī)療技術(shù)不斷出現(xiàn)，例如，美國每年有20-25萬椎間盤突出病人，其中10-20%可以用激光進(jìn)行切除；美國有1400萬人希望除去身上的紋身，美國每年診斷有45萬例患者有腎結(jié)石，其中1/3用內(nèi)窺鏡技術(shù)或激光碎石術(shù)治療，用準(zhǔn)分子激光作角膜刻劃來矯正視力已作了2萬多例，1995年已為美國FDA批準(zhǔn)使用，預(yù)計(jì)1996年可能有200-300臺(tái)準(zhǔn)分子激光器在美國銷售，用于治療近視眼，產(chǎn)值約8000-12000萬美元；1995年又推廣了CO2激光美容手術(shù)，特別是去掉皮膚皺紋的手術(shù)受到歡迎，這兩項(xiàng)手術(shù)的推廣導(dǎo)致1995年醫(yī)用激光器的收入增加。這種去掉皮膚皺紋的方法稱為皮膚再光滑激光療法，在美國每次治療的價(jià)格從 800美元到4500美元（不包括保險(xiǎn)費(fèi)），由此估算出皮膚再光滑的市場規(guī)?？蛇_(dá)15億美元，因而吸引了至少8家公司為皮膚饣す飭品ㄍ瞥鯟O2激光系統(tǒng)。據(jù)預(yù)測第一代軟組織的激光牙科機(jī)在九十年代初期銷售可達(dá)幾千臺(tái)，銷售額0.9億美元，第二代硬組織激光牙科機(jī)可能替代大部分的機(jī)械牙鉆市場。
　　
　　二、日本激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　1994年初日本光電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)公布了日本激光—光電子產(chǎn)業(yè)1992-1993年的產(chǎn)值，這里只介紹1993年的情況。1993年日本光電產(chǎn)業(yè)預(yù)測產(chǎn)值為37850億日元（若以110日本：1美元計(jì)算，則應(yīng)為344億美元），比1992年的35066億日元增長7.9%。
　　光電子產(chǎn)業(yè)包括光電子設(shè)備和光電子元件兩部分，其中光電子設(shè)備為28086億日元（約255億元），光電子元件為9764億日元（約89億美元）。
　　從光電子設(shè)備的細(xì)目來看，光盤為14897億日元（占53%），光輸入輸出設(shè)備8462億日元（30%），光傳輸設(shè)備2446億日元（9%），光傳感器1005億日元（4%），激光加工設(shè)備420億日元（2%）。
　　從光電子元件細(xì)目來看，顯示元件4787億日元（占49%），發(fā)光元件1387日元（包括激光器，占14%），光纖1269億日元（13%），光敏元件（光接近元件）1115億日元（11%），復(fù)合光元件572億日元（6%），光傳輸網(wǎng)絡(luò)163億日元（2%），太陽能電池157億日元（2%）。
　　按美國光電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)的看法，日本在顯示器、光存儲(chǔ)、光通訊及硬拷貝組成的光電子產(chǎn)業(yè)中已超過了美國和歐洲，在世界上占主導(dǎo)地位。從上面的數(shù)字也可以看出日本的激光加工設(shè)備及醫(yī)療設(shè)備則占比例極小。在80年代初激光加工設(shè)備曾占日本光電產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的37%，后來由于光存儲(chǔ)、光通訊、顯示器及半導(dǎo)體激光器的迅速發(fā)展，十多年來已發(fā)生了很大的變化。
　　八十年代初，日本產(chǎn)業(yè)界積極采用激光加工，并逐步擴(kuò)大到焊接、釬焊。統(tǒng)計(jì)表明，日本占當(dāng)今世界上工業(yè)用激光設(shè)備的30%左右，激光加工是日本重要的基礎(chǔ)制造技術(shù)之一。日本現(xiàn)用于材料加工的是大功率二氧化碳激光器和Nd：YAG激光器，少量準(zhǔn)分子激光器也已使用，而新開發(fā)的氣體激光器有波長 10.6微米二氧化碳激光器、波長5微米一氧化碳激光器、波長1.3 微米的碘激光器及二極管激勵(lì)固體激光器的紫外準(zhǔn)分子激光器等?，F(xiàn)在的二氧化碳激光器功率多為500W，而理論上可高達(dá)100KW，近期報(bào)導(dǎo)已達(dá)到 20kW。且其功率越大，效果越好，故日本對二氧化碳激光器開發(fā)研究寄以期望。
　　大功率一氧化碳激光器是日本業(yè)創(chuàng)造研究所和三菱重工聯(lián)合研制的，89年實(shí)現(xiàn)了連續(xù)4小時(shí)5kW，短時(shí)間達(dá)7kW振蕩輸出。93年其輸出功率已達(dá)到 20kW，它在切割焊接中正嶄露頭角，而高功率的碘激光器是日本產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造研究和川崎重工一起開發(fā)的，1989年實(shí)現(xiàn)了近紅外的振蕩，它是化學(xué)激光器，特征是振蕩效率極高，5kW一氧化碳激光器、1kW碘激光器裝置已設(shè)立在92年4月成立的激光應(yīng)用工學(xué)中心。
　　此外，弧光燈激勵(lì)固體激光器放大都為3kW，因其存在功率增大導(dǎo)致光束發(fā)散角偏大和脈沖振蕩重復(fù)頻率低的缺點(diǎn)，日本正努力研制半導(dǎo)體激勵(lì)YAG激光器來取而代之。據(jù)報(bào)導(dǎo)，1kW二極管激勵(lì)YAG激光器由正由日本國立研究所制成。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　目前，大功率準(zhǔn)分子激光器及其在材料加工中的應(yīng)用開發(fā)研究引起人們極大興趣。它可利用短波長高能光子不產(chǎn)生熱量的分子水平的加工。86年日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院提出的18家民間企業(yè)與3所國制成2kW級Xecl準(zhǔn)分子激光設(shè)備。
　　激光加工切割的靈活性、高精度、高速度、高可靠性、高效率等優(yōu)點(diǎn)，不僅在薄板工業(yè)上，而且在金屬、塑料、陶瓷業(yè)中也廣為使用。最近5軸或6軸三維激光切割機(jī)器人已在日本汽車、機(jī)械、電機(jī)重工中大顯身手。
　　同時(shí)，激光焊接在日本電子、電機(jī)、汽車、車輛零部件，OA機(jī)器等小件、大批量生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展。是本產(chǎn)業(yè)界生產(chǎn)線上成功應(yīng)用激光焊為世界所矚目。如在汽車車體制造中日本大膽采用有坯料時(shí)就將薄鋼板實(shí)施激光焊接后沖壓成型的新方法（Tailorcd Blank Welding），現(xiàn)已為世界上絕大多數(shù)汽車廠家所仿效。
　　日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了閃光對焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接。在薄、中厚板鋼管、高級薄型不銹鋼制造時(shí)，與高頻電焊、TIG焊相結(jié)合，保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性。
　　日本致力于激光超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。日本引以為自豪的是在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修，這是日本最大限度地利用YAG激光（波長1.06微米）能以石英光纖遙控傳輸和集周邊設(shè)備之大成的尖端技術(shù)。隨著今后3kW以上的高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG激光器和新一代二極管激光激勵(lì)大功率固體激光器的誕生，軟硬件的配套，預(yù)計(jì)這一領(lǐng)域的激光技術(shù)還會(huì)有新的突破。
　　據(jù)1992年東京大學(xué)研究與發(fā)展研究所T·Fujioka報(bào)道，日本CO<SUB< SUB>激光加工機(jī)年銷售額為558 億日元，YAG激光加工機(jī)年銷售額為177億日元，總計(jì)為735億元日。CO2激光加工機(jī)主要應(yīng)用于切割和打孔（占總臺(tái)數(shù)的94.8%），焊接（2.8%）；而YAG激光加工機(jī)主要應(yīng)用于標(biāo)記（34.5% ），焊接（27.7%），微調(diào)（10%）和切割、打孔（8.9%）。日本生產(chǎn)CO2激光器的廠商有60家，生產(chǎn)CO2激光加工機(jī)的主要制造廠商為三菱電氣、松下電氣、Amada和Mazak等公司，占日本激光加工市場70%左右。另外德國Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及 Nippei Toyama公司合資經(jīng)營；德國的Trumpf激光技術(shù)公司和日本石川島播磨重工合資經(jīng)營，這表明德國的CO2激光加工機(jī)已進(jìn)入了日本激光加工市場。日本生產(chǎn)YAG激光器的有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產(chǎn)廠家。約70-80%的CO2激光器用于切割，約有70%的YAG激光器用于電子工業(yè)。另外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1995年為止日本已建立了1500家激光加工站。近來年，以每年新建200-300家的速度在遞增。
　　日本激光醫(yī)療始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、內(nèi)科Nd：YAG激光內(nèi)窺鏡等迎來了光能熱利用激光醫(yī)療第一代。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步，激光化學(xué)效益治療法誕生，開辟了激光醫(yī)療的康莊大道，現(xiàn)今，日本所有醫(yī)療領(lǐng)域中都應(yīng)用了激光。
　　日本利用Nd：YAG倍頻激光（532nm）的醫(yī)用激光器，其基波功率為60W，調(diào)諧波功率約20W，通過KTP變換波長，已在醫(yī)療上廣泛使用。
　　Er：YAG激光的2.94微米光較之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收，多用于切開、切除多水份的身體軟組織及骨切開術(shù)，性能大大優(yōu)于二氧化碳激光刀。由于可以光纖傳導(dǎo)，今后，若3微米帶的穩(wěn)定光功率纖維開發(fā)成功，將用于體腔內(nèi)患部的非切開、切除手術(shù)。此外，稀土類元素 Ho：YAG 激光器也已開始使用。
　　日本利用激光治療癌癥十分積極，主要是Ar激光激勵(lì)、閃光燈激勵(lì)、準(zhǔn)分子激勵(lì)的染料激光器。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，它們是非切開治療體腔內(nèi)癌的劃時(shí)代的新手段，還能治療血管狹窄、閉塞、給心臟外科帶來革命。光纖腹腔鏡已順利走上應(yīng)用軌道，不動(dòng)手術(shù)的腹腔內(nèi)疾患激光治療法，對高齡人口結(jié)構(gòu)的日本具有重要的、現(xiàn)實(shí)的意義。
　　準(zhǔn)分子的紫外光束有良好的光化學(xué)效應(yīng)，適宜于非熱性切開、切除、并能抑止紅外光束所常見的切立研究所參與的“超尖端加工系統(tǒng)”，就是以準(zhǔn)分子激光和離子束為中心工具，其目標(biāo)是在93年研開部的熱變性和炭化，一部分ArF激光器（角臘在193nm附近有吸收帶）適用于角膜切開，進(jìn)行眼科近視治療的角膜手術(shù)，但能否保持治療效果仍有疑問。ArF激光有優(yōu)秀的骨切開功能，在整形外科中大有用武之地。日本防衛(wèi)醫(yī)科大學(xué)最近在臨床試用準(zhǔn)分子激光清除嚴(yán)重?zé)齻ㄋ溃┢つw組織，時(shí)間短、痛苦少，并能有選擇地控制照射，無紫外線過量而致癌之憂的新技術(shù)。
　　波長780-830nm，功率10-1200mW的GaAlAs激光器用眼科白內(nèi)障、眼瞼異常治療、外科皮膚肌肉切開、神經(jīng)科神經(jīng)纖維伸長抑制、循環(huán)系的血流、皮膚溫度控制、減輕疼痛等。不久的將來，半導(dǎo)體激光激勵(lì)小型激光器一旦實(shí)現(xiàn)，激光醫(yī)療應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)飛躍。自由電子激光器將是今后醫(yī)療領(lǐng)域的臺(tái)柱，是未來醫(yī)用激光設(shè)備的代表。激光醫(yī)療的主要課題是治癌，并為治療艾滋病、疑難怪癥帶來福音。
　　日本激光醫(yī)學(xué)研究雖然比較活躍，但是從日本光電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)1994年初發(fā)表的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來看，日本1993年醫(yī)用激光裝置的總產(chǎn)值約30億日元，按目前美元對日元的比價(jià)不足3000萬美元，在日本光電子設(shè)備中所占份額是最小的。
　　
　　三、德國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　在歐洲地區(qū)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的是德國，特別是激光材料加工方面處于世界領(lǐng)先的地位。1986年德國提出了1987-1992年《激光研究與激光技術(shù)》資助重點(diǎn)的BMFT資助計(jì)劃，在這五年期間實(shí)際投資為2億6千2百萬馬克，資助重點(diǎn)與經(jīng)費(fèi)分配為：激光器與元件36%，應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)集成 48.9%，激光測量與激光分析12.2%，其它2.3%；也就是說約72%的經(jīng)費(fèi)用于激光材料加工的課題（光源、元件、系統(tǒng)和方法）。承擔(dān)課題的有科研集團(tuán)（FHG、 MPG、GFE）6個(gè)科研所，9個(gè)大的激光中心，高校研究所中的30個(gè)科研組，共約900名科研人員參加。在這期間建立的比較著名的研究所和中心有：夫朗和費(fèi)激光技術(shù)研究所、柏林固體激光研究所、漢諾威激光中心、斯圖加特光束應(yīng)用研究中心等。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　根據(jù)德國機(jī)械制造協(xié)會(huì)——激光材料加工工作聯(lián)盟1994年的統(tǒng)計(jì)，用于材料加工的光源（CO2）和YAG激光器）總共生產(chǎn)了1364臺(tái)，產(chǎn)值 1.65億馬克，比1993年增長13%；激光器件臺(tái)數(shù)增長了39%。特別是用于標(biāo)記和牙科方面的小功率激光器即YAG激光器出現(xiàn)了超比例的增長率。因此德國用于加工技術(shù)的激光器，高于以前任何時(shí)期。用于材料加工的光源，德國企業(yè)（主要是Rofin-sinar激光公司、Trumpf激光技術(shù)公司、 Haas固體激光公司、Lambda Physik公司等）幾乎占了世界市場的40%，處于領(lǐng)先地位。與此同進(jìn)，還簽訂了1544臺(tái)激光器的訂貨合同，價(jià)值1.77億馬克。1994年激光系統(tǒng)的營業(yè)額也蠓鵲腦齔?，完抽W?860個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)額，價(jià)值為2.35億馬克，臺(tái)數(shù)增長率為51%，銷售額增長率為17%。與此同時(shí)，還簽訂了937個(gè)系統(tǒng)合同，價(jià)值2.49億馬克（臺(tái)數(shù)增長率58%，產(chǎn)值增長率18%），這些合同與1995年預(yù)測的生產(chǎn)額接近。
　　在激光光源方面CO2占42%，Nd:YAG占35%；在激光系統(tǒng)方面CO2激光加工系統(tǒng)占56%，YAG 激光加工系統(tǒng)占40%，CO2激光加工系統(tǒng)Trumpf公司是自行配套，而Rofin-Sinar公司則與格瑞斯海姆有限公司合作配套，已形成 Lascontur系列激光加工機(jī)。出口部分的增長表明，在國際上德國企業(yè)有強(qiáng)大的競爭能力，德國激光工業(yè)目前仍處于上升階段。
　　在完成1987-1992年BMFT“激光研究與激光技術(shù)”資助計(jì)劃后，1993年德國又提出了“激光2000”新的資助計(jì)劃。
　　戰(zhàn)略目標(biāo)是：
　　* 開創(chuàng)21世紀(jì)激光技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。
　　* 支持革新激光技術(shù)，以保持和加強(qiáng)激光器生產(chǎn)與激光工業(yè)應(yīng)用在國際上的競爭能力。
　　* 消除激光應(yīng)用中的科學(xué)技術(shù)障礙。