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摘 要： 激光加工在现代产业中体现了强大的优势，已经成为21世纪很重要的加工技术。本文主要探讨激光内雕加工技术的原理、特点和应用。
关键词： 激光加工技术；激光内雕加工
试问近几年中国的“新四大发明”有哪些·不少人会回答：高铁、支付宝、共享单车和网购。然而激光，它是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
“激光”，原子受激辐射的光。它具有四大特性：高的单色性、方向性、相干性和亮度性。运用激光固有的四大特性，将具有高能量密度的，能被聚焦到微小空间的激光用于加工的方法叫激光加工。激光加工是一项集光、机电、材料及检测于一体的先进加工技术。激光加工技术主要涉及：激光雕刻、激光切割、激光打标、激光焊接等。下面，我谨以平时的工作经验，谈谈激光内雕加工技术。
一、什么是激光内雕加工
雕刻本是一门古老的艺术，一般雕刻工艺都是从外刻起，需要使用一定的刀具，从材料外部雕出所希望的形状。而激光雕刻，则是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或内部，使材料气化或发生物理变化，通过控制激光的能量、光斑大小、光斑运动轨迹和运动速度等相关参量，使材料形成要求的立体图形图案。如果激光进行内雕，则雕刻材料要有一定的透光性。也就是说激光不需要有形的刀具，一方面可以在材料外部实现雕刻，另一方面还可以像孙悟空一样“深入腹地”去施展手脚。
激光内雕加工，就是通过激光内雕设备将平面或立体的图案，“雕刻”在水晶玻璃或其他透明材料的内部，形成所需要产品的技术。我们通常见到的工艺品大多不是真正的水晶，而是人造水晶。“激光”则是对人造水晶（也称“水晶玻璃”）进行“内雕”最有用的工具。采用激光内雕技术，将平面或立体的图案“雕刻”在水晶玻璃的内部。那么激光内部雕刻是怎么实现呢·其实激光内雕原理也很简单。首先，激光内雕对材料的要求是：要具备一定透光性。也正是因为这个透光性，所以才能给激光提供若干条通道，让它能“钻”到材料里面为之后的雕刻做准备。在激光进行雕刻的时候，具備加工条件的激光会沿着预设光路到达水晶上方，直到激光进入水晶之前，它的能量密度必须小于破坏阈值（使透明材料破坏的某一临界值）；而进入水晶后，它的能量密度必须大于破坏阈值；在内雕加工过程中，激光通过适当聚焦（激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。），使其能量密度超过材料的破坏阈值。因为激光在短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使材料受热破裂，从而产生极小的白点，将一个个小点按规律排列起来，所以在材料内部雕出预定的形状，而材料的其余部分则保持原样完好无损，进而就形成了美丽的图像（图案）。
我们想完成一个雕刻作品，首先要使用激光内雕机，在控制台上通过专用点云转换软件（例如：Laserimage图片处理软件），把二维或三维图像/人像根据水晶毛坯的大小和我们的需要设置图像的尺寸和位置，同时还可以加上需要的文字，设置点化的范围和条件，进而将图像转换成点云图像，最后使用雕刻软件（例如：Lasercontrol雕刻软件），根据点云的排列控制水晶的位置和激光的输出，在水晶处于某一特定位置时，聚焦的激光将在水晶内部打出一个个的小爆破点，大量的小爆破点就形成了要内雕的图像（人像）。所以，激光内雕加工是一种有计划、有规律的“破坏”，因为这种“破坏”，我们得到了美丽的作品。
二、影响激光内雕加工的因素
我们在进行激光内雕时，加工的图案效果通常和雕刻方式、雕刻速度、雕刻强度和光斑大小这些因素有关。
1.点阵雕刻
点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印，激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形，文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。
2.雕刻速度
雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度
带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。
3.雕刻强度
雕刻强度指射到于材料表面激光的强度。对于特定的雕刻速度，强度越大，雕刻的深度就越大，对材料破坏的就越多。
4.光斑大小
激光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨
率的雕刻。大光斑的透镜用于较低分辨率的雕刻，但对于矢量切割，它是最佳的选择。
三、激光内雕加工缺陷及其他问题的解决方法
在通常的激光内雕加工中，因为设备本身或者操作者经验的多少通常会出现一些问题。
1.图形处理时无法导入
3D内雕加工图形处理时，无法导入图形。此时，我们可以使用CAD类的3D软件将原图缩小，然后另存。另存后的图形再次导入即可正常操作。
2.加工的图案不清晰
由于内雕加工一般都是在亚克力或透光玻璃、k9玻璃上面雕刻，可能会出现材料本身硬度或透光不均匀，导致图案整体不清楚或局部不清楚。此时，我们可以多雕刻几遍，或者提高激光强度。如果是2D雕刻加工出现图案不清楚，还可以通过图片处理软件合理设置图片的灰度和明暗，调整各个图层的点数，以达到使图案清晰的目的。
3.激光光路出现偏差
当激光内雕机使用一段时间后，可能会出现光路偏了，雕刻的时候有部分激光不能到达工作台上实现加工，导致光束能量降低从而影响加工效果。此时，即使提高激光强度也解决不了问题，我们需要调整光路。调节要点：以红光为基准，调整各个部件，使红光通过每个部件正中心，具体方法为：
（1） 固定红光指示
调节红光指示前后旋钮，使红光通过远端45度发射镜前的出光孔正中心，并且位置与发光源位置一致。
（2） 调节聚光腔
将聚光腔固定在光基座上，调节四角上的顶紧螺丝使红光通过晶体棒两端面的正中心。
（3） 调节半反射镜片
将半反镜架固定在聚光腔之后（激光输出镜），注意将有膜面向着激光束的方向，并且固定时使红光通过镜片正中心，此时在红光发射器上找到半反镜的反射光点，调节微调旋钮，使发射点与红光发射点重合。
（4） 调节全反射镜片
将全反射镜架固定在红光指示与聚光腔之间，注意将有膜面向着激光来的方向，镜片调节与半反射镜片完全一致。
（5） 微调打光斑
当谐振器内部部件调节完毕后，开机点出激光，点射用相纸观察光斑情况，微调全反镜和半反镜使光斑最圆最亮并且红光在光斑正中心。
（6） 调节扩束镜
使红光尽可能的达到远方墙壁（或白纸板），将此位置标记下来，放置扩束镜（大头朝外），使红光通过扩束镜前后端面中心位置，此时通过扩束镜出射的红光大致会在标记点附近，稍微固定扩束镜，微调扩束镜底座以及上方固定旋钮，使出射光斑最终与标记重合。
完成以上过程的光路调节，激光光路的偏差就更正过来了。
四、结束语
激光技术是一门综合性很强的技术，很多的激光加工都采用了多项先进技术，多功能集成度高、实用性强、自动化程度高、操作简单、结果直观，而且加工过程中可实现动态同步跟踪显示，具有程序错误自动诊断、限位保护等功能。而激光内雕加工技术，在空间上已经突破了有形刀具的雕刻加工，随着科技的日趋进步，相信它也将会呈现更多的亮点！
参考文献和网站
[1] 激光加工设备 主编 刘克生 曹海平 中国地质大学出版社有限责任公司
[2] 激光加工工艺 主编 刘克生 王秀军 中国地质大学出版社有限责任公司
[3] 激光原理 主编 王秀军 刘克生 中国地质大学出版社有限责任公司
关键词： 激光加工技术；激光内雕加工
试问近几年中国的“新四大发明”有哪些·不少人会回答：高铁、支付宝、共享单车和网购。然而激光，它是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
“激光”，原子受激辐射的光。它具有四大特性：高的单色性、方向性、相干性和亮度性。运用激光固有的四大特性，将具有高能量密度的，能被聚焦到微小空间的激光用于加工的方法叫激光加工。激光加工是一项集光、机电、材料及检测于一体的先进加工技术。激光加工技术主要涉及：激光雕刻、激光切割、激光打标、激光焊接等。下面，我谨以平时的工作经验，谈谈激光内雕加工技术。
一、什么是激光内雕加工
雕刻本是一门古老的艺术，一般雕刻工艺都是从外刻起，需要使用一定的刀具，从材料外部雕出所希望的形状。而激光雕刻，则是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或内部，使材料气化或发生物理变化，通过控制激光的能量、光斑大小、光斑运动轨迹和运动速度等相关参量，使材料形成要求的立体图形图案。如果激光进行内雕，则雕刻材料要有一定的透光性。也就是说激光不需要有形的刀具，一方面可以在材料外部实现雕刻，另一方面还可以像孙悟空一样“深入腹地”去施展手脚。
激光内雕加工，就是通过激光内雕设备将平面或立体的图案，“雕刻”在水晶玻璃或其他透明材料的内部，形成所需要产品的技术。我们通常见到的工艺品大多不是真正的水晶，而是人造水晶。“激光”则是对人造水晶（也称“水晶玻璃”）进行“内雕”最有用的工具。采用激光内雕技术，将平面或立体的图案“雕刻”在水晶玻璃的内部。那么激光内部雕刻是怎么实现呢·其实激光内雕原理也很简单。首先，激光内雕对材料的要求是：要具备一定透光性。也正是因为这个透光性，所以才能给激光提供若干条通道，让它能“钻”到材料里面为之后的雕刻做准备。在激光进行雕刻的时候，具備加工条件的激光会沿着预设光路到达水晶上方，直到激光进入水晶之前，它的能量密度必须小于破坏阈值（使透明材料破坏的某一临界值）；而进入水晶后，它的能量密度必须大于破坏阈值；在内雕加工过程中，激光通过适当聚焦（激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。），使其能量密度超过材料的破坏阈值。因为激光在短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使材料受热破裂，从而产生极小的白点，将一个个小点按规律排列起来，所以在材料内部雕出预定的形状，而材料的其余部分则保持原样完好无损，进而就形成了美丽的图像（图案）。
我们想完成一个雕刻作品，首先要使用激光内雕机，在控制台上通过专用点云转换软件（例如：Laserimage图片处理软件），把二维或三维图像/人像根据水晶毛坯的大小和我们的需要设置图像的尺寸和位置，同时还可以加上需要的文字，设置点化的范围和条件，进而将图像转换成点云图像，最后使用雕刻软件（例如：Lasercontrol雕刻软件），根据点云的排列控制水晶的位置和激光的输出，在水晶处于某一特定位置时，聚焦的激光将在水晶内部打出一个个的小爆破点，大量的小爆破点就形成了要内雕的图像（人像）。所以，激光内雕加工是一种有计划、有规律的“破坏”，因为这种“破坏”，我们得到了美丽的作品。
二、影响激光内雕加工的因素
我们在进行激光内雕时，加工的图案效果通常和雕刻方式、雕刻速度、雕刻强度和光斑大小这些因素有关。
1.点阵雕刻
点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印，激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形，文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。
2.雕刻速度
雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度
带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。
3.雕刻强度
雕刻强度指射到于材料表面激光的强度。对于特定的雕刻速度，强度越大，雕刻的深度就越大，对材料破坏的就越多。
4.光斑大小
激光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨
率的雕刻。大光斑的透镜用于较低分辨率的雕刻，但对于矢量切割，它是最佳的选择。
三、激光内雕加工缺陷及其他问题的解决方法
在通常的激光内雕加工中，因为设备本身或者操作者经验的多少通常会出现一些问题。
1.图形处理时无法导入
3D内雕加工图形处理时，无法导入图形。此时，我们可以使用CAD类的3D软件将原图缩小，然后另存。另存后的图形再次导入即可正常操作。
2.加工的图案不清晰
由于内雕加工一般都是在亚克力或透光玻璃、k9玻璃上面雕刻，可能会出现材料本身硬度或透光不均匀，导致图案整体不清楚或局部不清楚。此时，我们可以多雕刻几遍，或者提高激光强度。如果是2D雕刻加工出现图案不清楚，还可以通过图片处理软件合理设置图片的灰度和明暗，调整各个图层的点数，以达到使图案清晰的目的。
3.激光光路出现偏差
当激光内雕机使用一段时间后，可能会出现光路偏了，雕刻的时候有部分激光不能到达工作台上实现加工，导致光束能量降低从而影响加工效果。此时，即使提高激光强度也解决不了问题，我们需要调整光路。调节要点：以红光为基准，调整各个部件，使红光通过每个部件正中心，具体方法为：
（1） 固定红光指示
调节红光指示前后旋钮，使红光通过远端45度发射镜前的出光孔正中心，并且位置与发光源位置一致。
（2） 调节聚光腔
将聚光腔固定在光基座上，调节四角上的顶紧螺丝使红光通过晶体棒两端面的正中心。
（3） 调节半反射镜片
将半反镜架固定在聚光腔之后（激光输出镜），注意将有膜面向着激光束的方向，并且固定时使红光通过镜片正中心，此时在红光发射器上找到半反镜的反射光点，调节微调旋钮，使发射点与红光发射点重合。
（4） 调节全反射镜片
将全反射镜架固定在红光指示与聚光腔之间，注意将有膜面向着激光来的方向，镜片调节与半反射镜片完全一致。
（5） 微调打光斑
当谐振器内部部件调节完毕后，开机点出激光，点射用相纸观察光斑情况，微调全反镜和半反镜使光斑最圆最亮并且红光在光斑正中心。
（6） 调节扩束镜
使红光尽可能的达到远方墙壁（或白纸板），将此位置标记下来，放置扩束镜（大头朝外），使红光通过扩束镜前后端面中心位置，此时通过扩束镜出射的红光大致会在标记点附近，稍微固定扩束镜，微调扩束镜底座以及上方固定旋钮，使出射光斑最终与标记重合。
完成以上过程的光路调节，激光光路的偏差就更正过来了。
四、结束语
激光技术是一门综合性很强的技术，很多的激光加工都采用了多项先进技术，多功能集成度高、实用性强、自动化程度高、操作简单、结果直观，而且加工过程中可实现动态同步跟踪显示，具有程序错误自动诊断、限位保护等功能。而激光内雕加工技术，在空间上已经突破了有形刀具的雕刻加工，随着科技的日趋进步，相信它也将会呈现更多的亮点！
参考文献和网站
[1] 激光加工设备 主编 刘克生 曹海平 中国地质大学出版社有限责任公司
[2] 激光加工工艺 主编 刘克生 王秀军 中国地质大学出版社有限责任公司
[3] 激光原理 主编 王秀军 刘克生 中国地质大学出版社有限责任公司