2021-04-24
激光在铝合金、镁合金、铜合金、镍合金、钛合金等金属材料的焊接技术优势，逐渐替代传统焊接工艺，加快了激光焊接在电池、卫浴、新能源汽车及其零配件、五金、珠宝首饰、3C等领域的应用布局，
2021-04-16
汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。
分离成形方法是利用不同的压机分别成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提高了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压和加工成本、装配成本以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重叠增加了车身的重量。
整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看，每个车身零件具有不同的厚度和抗腐蚀性能要求，如果是单一板成形，必须对所有零部件的材料采用相同的等级、镀层类型和材料厚度，导致对某些零件的选材裕度过大，从而增加了车身的重量，提高了成本，并且还会增大成形难度。
为了降低车身重量、提高车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法和整体成形方法的缺点的生产形式——拼焊板冲压成形发展起来了。
激光拼焊板技术的优势
利用激光焊接技术生产的拼焊板具有巨大的优势，根据国外学者的研究，其优点多达37条。ULSAB（Ultra-Light Steel Auto Body）项目于1998年生产出样车，在这一超轻型车上运用的拼焊板零部件数量达到16件，约占车身重量的45%，由于通过采用拼焊板技术，使车身零件数量约减少25%，抗扭刚度提高了65%，振动特性改善35%，并且增强了弯曲刚度。
激光拼焊板的优点主要体现在以下几方面：
a. 零件数量的减少，以及随之而来的生产设备和制造工艺简化，大大提高了生产效率，降低整车制造及装配成本。
b. 由于产品的不同零件在成形前即通过激光连续焊接工艺焊接在一起，因而提高了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差。
c. 通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗，处于环保时代，这一点非常重要。d. 由于不再需要加强板，也没有搭接接缝，大大提高了装配件的抗腐蚀性能；通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用。
e. 通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度和抗冲击性方面给零部件带来本质的飞跃，同时优化了结构，在撞击过程中，可以控制更多的能量得到吸收，从而改良车身部件的抗击冲撞能力，提高车身的被动安全性。
f. 材料厚度的可变性以及其可靠的质量，保证了在对某些重要位置的强化改进可以顺利进行；实现对材料性能的最充分的利用，达到最合理的材料性能组合；对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。
g. 通过在结构件的特定部位有选择性的使用高强、厚材料从而使材料的利用率大大提高。通过在落料工序中采用排料技术，将各种各样的钢板得到合理组合从而大大降低材料工程废料率。
h. 通过使用激光拼焊技术，由于将材料的强度、厚度得到合理组合，使结构的刚度得到大大改善，优化整车的振动特性，这将带来汽车振动和噪声的降低，提高整车的舒适性。
i. 为生产宽体车提供可能。由于受钢厂轧机宽度的限制，钢厂提供的板宽是有一定限度的，而随着汽车工业的发展，汽车对宽板的需求却日趋紧迫，采用激光拼焊不失为一种有效而经济的工艺方法。
激光拼焊板技术的应用
激光拼焊板技术是先将不同或相同厚度、强度、材质的冷轧钢板，切成合适的尺寸和形状，然后激光焊接成一个理想的整体，即激光拼焊板。激光焊接具有效率高、能量传递方便、焊后接头变性、变形少、表面光洁等显著优点，可大量应用于汽车零部件中（如图1所示）。
图1 激光拼焊板在汽车上的应用
01 激光拼焊汽车门内板
传统的门内板设计，需要在其前部安装车门铰链的地方，另外设计一块加强板，以保下有足够的强度支撑车门总成。加强板经过落料、冲压、分总成焊接，再与门内板装配成一体。
而新设计的激光拼焊门内板则是在结构分析的基础上，将板厚或强度不同的钢板直接焊接在一起，利用零件各部位的不同材料特性，使零件的强度、质量与单一板相比，达到最优化。
这样的设计方案在安装车门铰链子地方直接采用厚度大、强度高的板材，省去传统的加强工艺，从而减少了生产步骤，简化了生产流程，也提高了侧面抗冲击性能，刚性增强约40%，使得汽车行驶的内部噪音能进一步降低。
由于零件整体冲压，优化了边脚落料，材料利用率也有明显提高，综合效益非常可观。如图2所示，传统工艺下的废料是0.886 kg，而采用激光拼焊板的废料是0.138 kg；如果每个件减少0.726 kg，则整车可减少1.45 kg。
至于加强部分传统上是2+0.8 mm，采用激光拼焊板就可以用1.8+0.8 mm来代替，就可以达到同样的强度效果，每个件可减少2.15 kg，则整车可减少4.3 kg。由此可以看出，激光拼焊板即减轻了重量又降低了生产成本。
02 激光拼焊汽车立柱
为了保证功能的需要，立柱必须有一定的刚性和缓冲性能，在侧向冲击时保证人身安全。如果采用传统的冲压成形方法就需要另外设计加强筋，而采用拼焊技术，可先将两块不同厚度的钢板拼焊成一块整板，然后冲压成型，如图3（a）所示；这样可以达到提高侧面碰撞性能、取消加强筋减轻车重、装配公差改善、生产工艺简化、降低成本的目的。
在激光拼焊工程中，可以调整焊缝的位置来满足成型需要，强度和硬度可以抵抗侧向的冲撞，更好地控制弯曲，通过减少中间环节可以节省14%的材料。
03 激光拼焊汽车前纵梁
为了保证功能的需要，前纵梁必须有一定的刚性和吸收能量的作用，并且需要一定的强度，保证在迎面冲击时薄钢板先吸收一定的能量，并且可以缓冲一下，厚的钢板可以抵抗剩余力量的冲击，不变形或少量变形而保证人身安全。
图2 激光拼焊板在汽车门内板的应用示意图
图3 激光拼焊板在汽车立柱（a）、前纵梁（b）、车轮罩（c）、地板（d）上的应用
采用传统的冲压成形方法就需要另外设计加强板，而采用拼焊技术，可先将三块不同厚度的钢板拼焊成一块整板，然后冲压成型，如图3（b）所示；这样可以达到提高接头处的防震性能、减少独立组件、减轻车重、生产工艺简化、降低成本的目的。
04 激光拼焊汽车车轮罩
如图3（c）所示，拼焊板在轮罩上的应用因为内置吸震结构同样使得重量和部件数目减少，消除点焊搭接、点焊材料和点焊工艺带来实实在在的成本降低；同时取消了密封材料，节省了人力。
05 激光拼焊汽车地板
如图3（d）所示，为提高碰撞性能和组件的稳定性，激光拼焊板技术在汽车地板上也开始应用，同时还可以达到取消搭接接头、取消密封材料、减轻车重、更有利于回收的目的。此外，激光拼焊板已广泛应用在汽车车身的行李箱加强板、行李箱内板、减震器支座、保险杠、车顶、车架、仪表台横梁等。
激光拼焊板技术的技术应用难点
拼焊板也给冲压成形工艺带来了一些难度。板厚不同或材质不同引起坯料发生不均匀变形，如焊缝发生不均匀移动或扭曲，起皱条件改变，材料弯曲不均匀，零件减薄趋势增加，焊缝处成形极限降低，冲头磨损，压边圈需要改型，压边力需要控制等等。板材的面积增大，所需的模具表面积也会成倍增加，模具的设计制造及对设备的要求也相应提高。只有解决了这些问题才有可能广泛推广拼焊板的应用。
01 冲压工艺的设计
由于激光拼焊板是由不同或相同厚度、强度、材质的钢板拼焊而成的毛坯件，所以在冲压工艺上要考虑其材质、强度、厚度的不同而进行改进。尤其是在焊缝附近，由于激光焊缝部位的硬化，其强度得到提高，给冲压过程也带来了一定的挑战。
由于激光拼焊板大多数是用深冲钢和双相钢拼焊而成的，其中的高强钢板在冲压成形中一样会发生常规的弯曲回弹和扭曲变形问题，这同样也是冲压工艺控制的难点。
已有研究表明固定压边间隙方式较恒定压边力作用方式有利于板料的冲压成形、减小焊缝的移动和改善模具的受力；固定压边间隙法是拼焊板冲压成形中一种有效的压边方法。激光拼焊板在冲压过程中，起皱一般容易发生在薄侧材料。
对激光拼焊板的拉伸试验［7］表明薄侧变形量大，减薄严重，容易导致破裂；压边力过小时薄板侧起皱，压边力过大时薄侧破裂；工件底部焊缝向厚侧母材有较小移动，侧壁及法兰处焊缝向薄侧母材有较大移动，而且越靠近边缘移动越大。
可采取优化的冲压工艺，如不同的优化冲压方向和工艺补充等等来改善薄侧材料最大增厚率、板料最大拉应力、危险点的应变等等。
只有遵循冲压变形的基本规律，才能正确设计毛坯及半成品的形状与尺寸及模具结构参数，提高冲压工艺流程的合理性；制定合理的冲压工艺流程可以充分发挥材料的变形能力，提高成形极限。
02 模具的开发
激光拼焊板在冲压过程中焊缝的流动和材料的流动是容易发生的，这就需要在模具设计时考虑焊缝可能的流动现象，从而使其设计结构合理。
焊缝的移动、薄侧起皱和过量减薄可以通过修改工装模具进行控制，例如采用台阶式模具、采用分瓣式压边圈、采用多缸进行局部压边和拉延筋法都可以达到一定效果。
2021-03-30
这5个“卡脖子”重大专项，涉及光通信、集成电路、光电子、生命科学、基因治疗等武汉重点产业领域。其中，“高速光通信用半导体激光器芯片核心技术攻关及产业化研究”，将解决批量生产25Gb/s DFB芯片、56Gb/s EML芯片过程中的质量稳定性问题，以打破高端光芯片受制于人的瓶颈，做大做强武汉光通信产业，该项目榜单金额达3000万元。
360W光纤耦合模块-M24 图片来源：联盟单位长光华芯
“12英寸RF-SOI芯片关键制造工艺技术”是集成电路产业的一项重要技术，可开发满足射频前端需求的芯片，打造自主可控的射频芯片供应体系，将填补我国12英寸射频前端芯片空白，带动武汉移动终端产业快速发展，榜单金额3000万元。
光纤激光器作为激光产业链中游，对下游激光加工装备和汽车、电子、机械、新能源等高端制造业具有数倍的带动作用。此次公布的“100kW超高功率光纤激光器关键技术”，将填补国内100kW超高功率光纤激光器空白，突破制约武汉激光产业发展壮大的主要瓶颈，榜单金额同为3000万元。
“抗体与分子酶关键技术及产品研发”榜单金额1500万元，项目旨在通过关键研制技术突破逐步替代进口，进一步稳固并壮大武汉在生命科学工具产业的优势地位。榜单金额3000万元的“基因治疗关键技术攻关及产品研发”，包括开发针对肿瘤、遗传性疾病基因治疗的新靶点，在体细胞转基因技术、基因编辑技术等方面取得创新性突破，研制基因治疗及伴随诊断的技术与产品，探索基因治疗安全性及风险性解决方案等，对武汉打造大健康和生物技术万亿产业具有重要意义。
据悉，这批重大专项将采用“市场导向、企业主体、产学研用协同”的攻关机制，实施全链条、一体化科研攻关，每个项目揭榜单位配套经费与市科技研发资金比例不低于2：1。
武汉市表示，下一步，将聚焦三维存储芯片、硅光芯片、新型显示材料、高端医学影像设备等重点领域，实行“揭榜挂帅”攻关机制。同时，前瞻布局未来网络、量子信息、生物育种、脑科学、前沿材料、空天科技等领域，组织产业共性基础技术、颠覆性技术研发，加速构建先发优势，抢占未来产业制高点。
本文来源：湖北日报
2021-03-30
在汽车、机器人、能源等多个领域，从日常所用的冰箱到航行宇宙的人造卫星都需要使用热交换器，然而这个小小的交换器却往往无法帮助产品实现更低的能耗。3D打印虽然可以解决一部分的能耗降低问题，但是到目前为止批量生产仍然遥遥无期。近日比利时增材制造公司ValCUN获得了150万欧元的项目资金，用于开发节能型金属3D打印机，或许能够实现更低的制造能耗。
尽管ValCUN对其新工艺的精确机制仍然持保守态度，但该技术本质上围绕着基于激光的热输入的独特替代方案。通过用更高效的能源替代激光器，该新型系统有可能为用户节省大量成本，同时也带来环境效益。
ValCUN的原型加热工艺还消除了填充材料的任何形状要求，这意味着它与金属丝，颗粒甚至再生原料兼容。使用这种易于处理的材料可以使采用者加快其产品工作流程，并允许将有缺陷的零件的合金重新用于以后的印刷中。
基于这些效率优势，这家初创企业认为其系统能够满足不断增长的大量中型零件（如歧管和结构框架）市场的需求。此外，通过使金属3D打印更具“可访问性和经济竞争力”，ValCUN最终希望吸引制造商从资本密集度更高的行业中投资该技术。
该公司首席执行官兼联合创始人乔纳斯·加勒（Jonas Galle）在2020年底已成功为该技术申请了专利，并表示正在寻求扩大业务范围，并朝着商业化迈出一步。
虽然该公司没有透露其潜在合作伙伴的身份，但它表示该探索性测试将涉及对其原型进行微调，目的是满足在其目标应用程序中运行的客户的需求。
ValCUN认为，其技术非常适合生产接近最终形状的物体和热交换器，高密度电池的基本元件或IT数据处理中心。因此，该公司雄心勃勃地瞄准了诸如Google和Tesla之类的未来客户，但是为了进入下一阶段的扩展，它现在正在寻求吸引工程师加入其不断壮大的团队中。
本文来源：ZOL
2021-03-29
增材制造（AM）与传统制造方法相比具有固有的灵活性和优势，可以生产复杂性能的产品。预计到2020年，增材制造技术全球潜在的年市场价值为210亿美元，其中48.4％将用于航空航天，汽车和医疗行业等高附加值制造应用。上述领域的许多应用都与功能和安全关键部件相关，例如涡轮叶片在喷气式发动机中的应用和骨植入人体。
增材制造技术的迅速采用使得抑制假冒产品更加困难，因为仿冒者有合适的3D打印机，可以在线下载或通过逆向工程获得的3D模型，它们就可以轻松快速地复制仿制产品。美国联邦航空管理局（FAA）数据库报告说，在2010年至2017年之间，有20例由于假冒部件而导致飞机坠毁的事件。美国国家运输安全委员会（NTSB）报告了2011年至2016年之间在飞机中发现的135起不合格的航空部件案件。汽车工业中的伪造品更为严重，世界海关组织在国际刑警组织（Interpol）估计，全球假冒汽车零件的市场价值为每年120亿美元，而美国汽车零件行业由于假冒商品而损失了30亿美元的销售额。
由于现有金属增材制造技术的技术局限性，包括粉末床熔合和定向能量沉积会使嵌入高分辨率的安全特征变得困难。因此开发一种高分辨率多金属材料添加剂制造技术来嵌入跟踪码作为一种新的防伪手段是非常重要的。
本文实验中使用的主要材料是由英国LPW科技有限公司提供的直径为10–45微米的球形316L不锈钢粉末(图1a)，直径为10-45μm的Cu10Sn粉末（Makin Metal Powders Ltd. UK，图1b）用作安全标记材料。Cu10Sn和316 L的热性质和密度具有明显的特征，因此预计它们将呈现显著不同的红外光谱、X射线荧光和X射线图像特征。由于316L化学成分中不含铜和锡元素，嵌入的特征应该更容易通过x射线荧光分析来观察。
图1. 使用的粉末材料的SEM图像 a）316 L粉末，b）Cu10Sn粉末
使用由曼彻斯特大学设计的多材料SLM系统（如图2所示）进行实验。
图2. 实验装置示意图
工艺流程如图3所示，首先将主要材料即316L铺开薄层，随后用激光束选择性熔化设计区域中的粉末。然后，在限定二维码位置的未熔化粉末被微型真空吸尘器去除一层，以产生特定图案的平坦空腔。标记材料，即Cu10Sn，被沉积到这种二维码图案的空腔中，并被激光束熔化。为了避免粉末材料污染主要材料，用微真空系统再次清洁激光熔化的二维码区域。然后，工作台下降给定的单层距离。重复这些步骤，直到创建3D元件。
图3. 用于在金属零件中嵌入安全特征的多材料SLM工艺流程示意图
记录CCD图像的嵌入式QR码打印过程，(a)到(g)的每个步骤都在中说明图3
如图5a所示，设计了特殊的QR码，其中QR码（红色）和周围成分（蓝色）分别由Cu10Sn和316L制成，它代表的信息是“曼彻斯特大学LPRC”。样本A中的代码(图5a)在顶面上完全暴露在外。样本B上代码的三分之二被1毫米厚的316L层覆盖(图5b)。样本C上的整个嵌入二维码(参见图5c)被厚度为2mm的316L层覆盖。所有三个样本的二维码厚度均为0.5毫米。
图5. (a)至(c)分别给出了二维码样本A、B、C的示意图，(d)是粘附在304不锈钢基底上的标签环的示意图，其中x光从基底的底部射出。
样品表面的加热基于辐射热传递。二维码316L部分与基板之间的热传递是通过传导实现的。在加热过程中，初始样品温度为15℃，炉内温度设定为120 ℃。在冷却过程中，样品通过对流和辐射传热进行冷却。样品在正常的室内环境中冷却，因此环境温度为15 ℃。
随着加热时间的增加，暴露的二维码和部分覆盖的二维码温度分布在图7a和b。对于暴露在表面上的二维码，316L部件显示最高温度为51℃，而Cu10Sn二维码在加热10分钟后为35℃，因此可以识别出清晰的二维码。对于其他样品，我们没有发现Cu10Sn二维码和周围316L之间的显著温度差异，直到样品被加热1小时，如所示图7b.
图6. (a)和(b)分别显示了暴露的二维码随着时间增加的模拟温度分布和部分覆盖的二维码的模拟温度分布。
随着时间的推移，Cu10Sn部分和316L部分之间的温差减小，图像对比度降低。图9b表示部分覆盖的二维码在20分钟间隔内的温度分布。地下二维码造成的温差无法识别。
图8. 随着冷却时间的增加，二维码样本的模拟温度分布，(a)暴露的二维码，(b)部分覆盖的二维码。
在确定的材料成分和X射线入射强度下，X射线成像分辨率预计会受到包含标记特征的X射线检查区域的总厚度的影响。它将随着覆盖层的深度呈指数下降材料厚度增加，并且选择较重的金属作为标记材料并增加标记厚度将有助于增强x光成像对比度。
x光图像(图9b)清楚地识别样品A顶面上的二维码。材料密度(即材料的原子量)越低，材料对x光越透明，其图像越亮。316L和10Sn的密度分别为8.00克/厘米3和8.78克/厘米3，因此316L材料的颜色比Cu10Sn的颜色浅，如所示图9b。
图9. (a)和(c)示出了样品A和C的光学图像，(b)和(d)示出了样品A和C的俯视数字X射线图像。
为了进一步研究嵌入深度对二维码识别的影响，在二维码覆盖层为15.0mm的情况下，从上至下对样本A和样本C进行了检测。由于数字X射线系统穿透深度的限制，采用了传统的射线照相胶片方法，其光子穿透深度要高得多，但图像分辨率比数字X射线图像差。从仰视图看，样品A和样品C仍然观察到清晰的二维码轮廓，如所示图10顶视图和底视图之间的x光图像的差异是覆盖层厚度为15 mm的样品显示出较差的对比度。然而，这些并不影响二维码成像分辨率。
本文来源：https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.09.003
2021-03-28
从掌上型和可穿戴式显示器到通信和计算系统，光子设备现已遍及全球。制造光子器件必不可少的材料是透明材料，例如玻璃，聚合物和晶体，我们通常希望它们具有透明和宽带的透明性，稳定性以及多种成分。聚焦的超快激光脉冲会在这些透明材料中引起非线性吸收效应，从而使我们能够在材料的表面或内部进行微加工。这种被称为超快激光微加工的技术已经有了多种应用，例如切割、钻孔、波导耦合器和分路器的直接写入、光学动态记忆，甚至玻璃和玻璃、玻璃和金属或玻璃和陶瓷之间界面的焊接或接合技术。
超快激光脉冲与材料的相互作用在材料加工和微加工中有潜在的应用。在超快光脉冲中，由于光能被限制在很短的时间内，所以可以获得很高的峰值功率。与连续波和长脉冲激光的微加工相比，超快激光有几个优点：创建微型结构结构、对周围环境没有附带损害、清洁的工艺外观、小的热影响区(HAZ)、没有改变材料性质、以及具有透明的材料表面或内部结构。超快激光微加工是超快激光应用的一个快速发展的领域。因为加工过程不依赖于激光波长的线性吸收，所以实际上任何电介质、金属或机械硬材料都可以通过相同的激光束进行加工，以进行表面烧蚀和内部修饰。
超快激光可用于微加工多种材料：金属、聚合物、半导体、透明材料等。然而，材料的性质，尤其是光学和热学性质，需要选择合适的激光参数进行修改。要在材料上进行超快激光微加工，必须选择合适的激光操作参数，例如：激光波长、重复率、激光功率、扫描通量、脉冲持续时间、偏振、束斑尺寸和质量。以下图片显示了激光操作参数对透明材料激光微加工的影响。
图1. 激光通量（每个脉冲的能量在括号中给出）有所变化：（a）12.1 J / cm 2（170μJ）（b），12.9 J / cm 2（180μJ），（c）15.0 J / cm 2（210μJ）。
图2. SEM显微照片，显示了在激光钻孔和切割后堆积在弹坑内（a和b）和碎片（c和d）内部和外部的碎片。
图3. 在515 nm波长下通过10 ps的10 ps激光脉冲的10遍产生的50微米厚的硼硅玻璃上的切口的SEM显微照片。
图4. 激光产生的沟槽的SEM图像证明了应变对激光加工质量的影响。
超快激光脉冲微加工的一个显著特征是透明材料的内部微加工。当近红外超快激光脉冲聚焦在玻璃体内时，焦点体积中的强度变得足够高以引起非线性吸收，这导致焦点体积中玻璃的局部改变(如下图）。
使用超快激光脉冲的微加工技术被用于在透明材料中制造光子器件。通过在各种各样的玻璃中平移超快激光脉冲的焦点，这种技术已用在三维空间中集成光子器件，包括波导、耦合器和光栅。作为空隙形成在透明材料中的应用，已经报道了3D光学数据存储，其中空隙或纳米光栅的出现表示二进制值，而空隙的不存在表示二进制值。
使用超快激光脉冲形成的大块玻璃中的空隙阵列。
超快激光玻璃微加工最有吸引人的应用之一是直接制造生物芯片，如微流体、光流体、微全分析系统，以执行生化样品的反应、检测、分析、分离和合成。为了在玻璃内部创建三维微流体结构，广泛采用了两种方法，即液体辅助超快激光钻孔和超快激光辅助湿化学蚀刻。
在液体辅助超快激光钻孔中，如下图超快激光3D烧蚀从与蒸馏水或其他液体接触的玻璃后表面开始。润湿液在其形成过程中渗入激光钻孔的通道中，并极大地促进了清除限制在所形成的狭窄微流体通道内的烧蚀碎屑，从而显着减轻了深钻时的碎屑堵塞问题。
液体辅助超快激光钻孔示意图
超快激光辅助湿化学蚀刻示意图。(a)超快激光照射引起的潜像，(b)热处理引起的改性区域，(c)化学蚀刻形成的微通道。
本文来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399215002741
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