基于激光加工珍惜水资源宣传设计
摘要
激光加工是激光系统中比较常见的应用，激光加工在现代工业加工体系共展现了强大的优势和发展空间。随着工业技术的不断发展，激光技术也不断提升，激光加工所能制造的产品类型也越来越丰富。本次主要是针对以保护水资源为主题的一套激光产品加工的设计方案以及加工过程，探讨了如何运用不同的激光加工设备做出有不同警醒效果的激光产品。
关键词：激光加工 ；工业技术 ；产品加工 ；激光产品
第一章 绪论
1.1激光加工的发展历史
1.1.1激光的产生
作为激光的理论根底，最早起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套关于‘光与物质相互产生作用’的全新物理理论。 在他的理论中，物质原子中存在不同程度的电子散射，高能粒子受光子的影响，在特殊条件下，粒子发出的光与刺激它们的光相同，能够存在一个由弱光转换出一个强光的现象。
1.1.2激光的历史
1951年，美国物理学家查尔斯认为，如果用分子取代电子电路，存在的问题在于是如何将这些振动转化成辐射。对于不同的分子，分子的振动频率大概率也不下相同。有些分子的频率与微波辐射的频率相同，并能产生共振。这里以氨分子举例。氨分子在一定的温度下，它的共振频率为240亿赫兹，因此可以与125mm微波发生共振，并使其电子发生跃迁，产生激光。他认为，通过热能或电能，氨分子中的能量会被注入到激发状态。为了使这些受激后的分子无限接近于微波的频率，可以将这个微波的功率调小。这种微束作用于氨分子，使其形成类似链式反应的状态,最后就会形成大面积受激辐射，并发出强大的激光
1953年12月，Thorns和他的学生Arthur Schollo终于建立了一微波发生装置，按照查尔斯所述原则工作，产生了所需的微波束，并由此产生了受激辐射。1958年，美国科学家肖和索恩发现了一个惊人的现象：当他们用霓虹灯照亮罕见的晶体，晶体分子发出了明亮的，总是集中的光。在这种现象的基础上，他们提出了激光原理，这一原理所描述的是，物质受到与分子相同的自然振动频率激发能量，就会产生一个强大的，不易发散的光—激光。
在十九世纪六十年代初，美国科学家梅曼在实验室用受激的红宝石，得到了0.6微米的激光。这是人类历史上第一次以实验的方式得到的激光。因此，梅曼称为第一个真正在实验室做出激光的科学家。梅曼的计划是激活红宝石，使用高强度闪光灯，因为红宝石实际上是刚玉，在红宝石表面，由反射层覆盖，钻出一个洞，使红灯可以从这个洞里取出，而形成一个相当密集的红色光柱，当其聚集在某一点上，就可以达到高于太阳表面的温度。
1.2激光的特性
（1）定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。天文学家相信，外星人或许正使用闪烁的激光作为一种宇宙灯塔来尝试与地球进行联系。
（2）亮度极高
在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。
激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的，而且它是人类创造的。
（3）颜色极纯
光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳辐射出的可见光段的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。
激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到μm级别，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
（4）能量极大
光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.846×10^（14）Hz到7.895×10^（14）Hz。
电磁波谱可大致分为：
无线电波——波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波；
微波——波长从0.3米到10^-3米，这些波多用在雷达或其它通讯系统；
红外线——波长从10^-3米到7.8×10^-7米；
可见光——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分；
紫外线——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应最强；
伦琴射线(X射线)—— 这部分电磁波谱，波长从2×10^-9米到6×10^-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的；
伽马射线——是波长从10^-10～10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由此看来，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。
（5）其他特性
激光有很多特性：首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。
1.3激光工艺品发展现状
在现阶段的情况下，激光加工可以适用于目前所有的加工类产品。对于一些特殊材料的加工更是有无可替代的优势。
早在80年代，美国就意识到激光加工对于微纳米加工的重要性，并提出要在激光加工这个重要领域走在世界的前列。在90年代，日本也开始大力研发激光加工技术。目前在激光加工领域，已经形成国际性竞争。
在激光加工的产业链中，我国已是世界上最大的激光设备集成商，也已经成为激光应用加工产业最主要的市场之一。随着“中国制造2025”的提出，激光加工以其强烈的优势，成为制造业最重要的生产工具。
1.4设计的主要内容
珍惜水资源，是当下社会非常重要的话题。当下水资源十分稀缺，只有2.5%的水资源可以被使用。于是，珍惜水资源越来越迫在眉睫
本次毕业设计的主题是“珍惜水资源”。利用UG,photoshop设计图片样式和三维立体图，调试且利用TY-FW-20激光打标机、TY-EG-403010三维激光内雕机、TY-CN-80激光雕刻/切割一体实训机制作样本。
1.5本章小结
本章主要介绍了激光的产生，激光的历史，激光加工国内外发展现状，以及对本次设计的主要方向。
目录
摘要 I
第一章 绪论 1
1.1激光加工的发展历史 1
1.1.1激光的产生 1
1.1.2激光的历史 1
1.2激光的特性 2
1.3激光工艺品发展现状 4
1.4设计的主要内容 4
1.5本章小结 4
第二章 激光加工结构方案 5
2.1激光加工的原理及优势 5
2.1.1激光加工的原理 5
2.1.2激光加工的优势 5
2.2激光类加工的研究项目 6
2.2.1激光雕刻 6
2.2.2激光切割 6
2.2.3激光打标 7
2.3 激光器介绍 8
2.3.1激光器的种类 8
2.3.1激光器控制技术 9
2.3.1光纤激光器原理 10
2.4本章小结 10
第三章激光工艺品设计流程 11
3.1激光加工工艺品内容设计 11
3.1.1图案设计 11
3.2三维建模水晶内雕设计过程 12
3.2.1图案设计 12
3.2.2UG建模过程 12
3.3本章小结 23
第四章 激光加工过程 24
4.1激光内雕过程 24
4.1.1 UG文件转换 24
4.1.2内雕过程 25
4.2二维平面图像打标操作过程 29
4.3二维激光切割机雕刻过程 31
4.4本章小结 34
第五章 激光加工结果分析与结论 35
参考文献 36
致谢 37
参考文献
[1].郝秀晴.《半导体—光纤复合腔可调谐激光器的研究》[d]. 《北京交通大学硕士论文》2011年
[2].刘颖. 《2.5GHz激光器驱动技术的研究》[d]. 《长春理工大学硕士学位论文》2010年
[3].曹志文《准直光束校准方法的研究》[d].《哈尔滨工业大学硕士学位论文》2006年
刘萍《紫外激光微细加工的优势》[j].《光机电信息》2004年
[4].刘昊《激光加工与化学》[j]. 《国外科技新书评介》2012年
[5].赵继聪《浅析半导体激光器原理及其应用》[j].《魅力中国》2011年
[6].蒋列《一种波长可调谐激光器的应用研究》[j].《装备制造技术》2018年
[7].周洋 《一种激光刻蚀制作圆柱形介质天线的方法》[j].《激光技术》2014年
[8].朱敏杰《基于氮化镓通信波段可调DFB激光器的研究》[d].《南京邮电大学硕士学位论文》2015年
[9].郭剑《多波长分布反馈半导体激光器阵列的理论与实验研究》[d]. 《武汉邮电科学研究院硕士学位论文》2012年
