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出版者:Springer Verlag

作者:Steen, William M.

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:

价格:$ 79.04

装帧:Pap

isbn号码:9781852336981

丛书系列:

图书标签:

• 激光材料处理
• Engineering
• 激光材料加工
• 材料科学
• 激光技术
• 表面工程
• 精密制造
• 工业应用
• 光物理
• 材料处理
• 激光切割
• 激光焊接

聚焦前沿，解锁无限可能—— 欢迎来到一个充满创新与变革的领域。本书并非对特定一本名为《激光材料加工》的书籍进行内容概述，而是深入探讨构成“激光材料加工”这一宏大概念的基石、发展脉络、核心技术、应用前景及其对现代工业和社会产生的深远影响。我们旨在构建一个全面而深刻的认知框架，让读者理解激光技术如何以前所未有的方式重塑材料的性质，驱动产业升级，并开启通往更智能、更高效、更可持续未来的无限可能。 第一章：历史的回响与激光的诞生——从理论到实践的飞跃 我们将一同回溯激光概念的孕育过程。从爱因斯坦的光量子理论，到梅曼成功制造第一台红宝石激光器，这段历史充满了科学家的智慧、不懈的探索和关键性的突破。我们将详细解析激光器在不同时期技术发展的里程碑，例如气体激光器、半导体激光器、光纤激光器的演进，以及它们在功率、波长、脉冲宽度等关键参数上的进步。理解激光的诞生并非偶然，而是人类对光本性深入认识的必然结果，为后续的材料加工奠定了坚实的基础。我们将探讨早期激光器在科学研究和特定工业应用中的初步尝试，以及这些尝试如何为未来的大规模应用铺平道路。 第二章：激光的物理本质与材料的互动——理解核心机制 本章将聚焦激光与材料相互作用的基本物理原理。我们将深入剖析不同波长、能量密度、脉冲特性（如短脉冲、超短脉冲）的激光束如何与各种材料（金属、陶瓷、聚合物、复合材料等）发生作用。我们将详细阐述光吸收、反射、透射、热传导、相变、等离子体形成、电离等一系列复杂的物理化学过程。理解这些基本机制是掌握激光加工能力的钥匙。我们将通过图解和案例分析，解释为何某些激光参数适用于特定的材料加工任务，例如切割、焊接、钻孔、表面处理、增材制造等。我们将区分不同类型的相互作用，例如热效应（熔化、汽化）、非热效应（光化学反应、光机械效应），以及这些效应如何影响加工的精度、表面质量和材料性能。 第三章：激光加工的核心技术与工艺——工具箱中的利器 我们将系统介绍当前主流的激光材料加工技术，并剖析其工作原理和应用场景。 激光切割： 从二维切割到三维切割，从传统的CO2激光器到高功率光纤激光器，我们将探讨切割头的结构、焦点控制、气体辅助、路径规划等关键技术，以及如何实现精密切割、高速切割和复杂形状的加工。我们将讨论不同材料的切割工艺参数优化，以及如何克服边缘质量、热变形等挑战。 激光焊接： 深入研究不同类型的激光焊接技术，如熔化极焊、固态焊、电子束焊（作为对比）等。我们将关注光束扫描模式、填充材料、保护气体、工件固定等因素对焊接质量的影响，以及如何实现高强度、低变形的精密焊接。我们将探讨激光焊接在汽车、航空航天、医疗器械等领域的关键应用。 激光钻孔： 探讨激光钻孔的原理，从单脉冲钻孔到扫描钻孔，以及如何实现微孔、盲孔、深孔的加工。我们将分析钻孔速率、孔径精度、钻孔质量（如毛刺、锥度）的影响因素。 激光表面处理： 覆盖激光淬火、激光重熔、激光熔覆、激光冲击强化等工艺。我们将解释这些技术如何改变材料的表面微观结构，从而提升其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。我们将探讨激光表面处理在模具、航空发动机叶片、医疗植入物等领域的关键作用。 激光增材制造（3D打印）： 这是一个极其重要的分支。我们将详细介绍选择性激光熔化（SLM）、选择性激光烧结（SLS）、直接能量沉积（DED）等主流的激光增材制造技术。我们将阐述其工作流程，从三维模型到逐层熔化/烧结成型，以及如何通过改变粉末材料、激光参数、支撑结构等实现复杂三维结构的制造。我们将重点关注其在航空航天、汽车、医疗、定制化产品等领域的颠覆性应用。 其他先进技术： 简要介绍激光蚀刻、激光清洗、激光诱导击穿光谱（LIBS）等技术，展示激光在更广泛材料处理领域的潜力。 第四章：激光加工的设备、自动化与智能化——效率与精度并存 本章将探讨支撑激光材料加工的技术装备和系统集成。我们将审视各种类型的激光器（光纤激光器、CO2激光器、皮秒/飞秒激光器等）及其特点，以及光束传输、聚焦、扫描系统（如振镜、机器人臂）的设计。我们将深入讨论自动化和机器人技术如何集成到激光加工系统中，实现高精度、高效率、柔性化的生产。我们将探讨传感器技术、视觉检测、在线监测等智能技术在激光加工中的应用，如何实现工艺的实时反馈和闭环控制，以及人工智能在优化加工参数、预测故障、提升产品质量方面的潜力。我们将讨论工业4.0背景下，激光加工如何成为智能制造的关键组成部分。 第五章：跨越行业的激光应用——驱动现代工业的引擎 激光材料加工技术已经渗透到国民经济的各个领域，成为推动产业升级和技术创新的关键力量。 汽车工业： 从车身焊接、零部件加工到电池生产、轻量化材料的连接，激光技术在提高生产效率、降低能耗、提升产品性能方面发挥着不可替代的作用。 航空航天： 高强度、轻量化材料的精密加工、复杂结构的制造、关键部件的焊接与表面处理，激光技术是实现极端性能和可靠性的基石。 电子信息产业： 芯片制造、PCB加工、显示屏生产、微电子器件的精密加工，激光技术在微观世界的精雕细琢中展现出超凡能力。 医疗健康： 医疗器械的精密制造、生物组织的三维打印、微创手术中的应用，激光技术正在为人类健康带来革命性的改变。 能源领域： 太阳能电池板的制造、新能源电池的生产、能源设备的加工，激光技术为可持续能源的发展提供着关键支持。 新材料开发与制造： 纳米材料的制备、新型复合材料的加工、功能性表面的构建，激光技术为新材料的探索与应用提供了强大的工具。 消费品及其他领域： 珠宝加工、装饰品制作、模具制造、包装行业等，激光技术以其灵活性和高精度，满足着日益增长的个性化和定制化需求。 第六章：挑战、机遇与未来展望——探索无限可能 尽管激光材料加工技术取得了举世瞩目的成就，但仍然面临着一些挑战。我们将探讨诸如加工成本、能耗、材料限制、工艺优化、人才培养等问题。然而，挑战的背后总是蕴藏着巨大的机遇。我们将展望激光材料加工技术的未来发展趋势，包括： 超快激光技术的进一步发展： 皮秒、飞秒、阿秒激光在冷加工、微纳加工、新材料制备等方面的巨大潜力。 多物理场耦合加工： 将激光与电磁场、声场、化学反应等相结合，实现更复杂、更高效的材料改性。 智能化与自主化： 人工智能、机器学习在激光工艺优化、过程控制、质量预测等方面的深度应用，实现“无人化”智能工厂。 激光增材制造的突破： 实现更广泛材料（如高性能合金、生物材料）的打印，提高打印精度和效率，推动定制化生产。 绿色与可持续发展： 降低能耗，减少废弃物，开发环保的加工工艺，助力可持续发展目标。 新材料的发现与加工： 激光技术将成为探索和制造下一代功能材料的关键驱动力。 通过对这些内容的深入探讨，本书希望能够为读者提供一个关于“激光材料加工”这个概念的全面、系统而前沿的认知。无论您是行业内的从业者、科研人员、学生，还是对科技发展充满好奇心的读者，都能从中获得深刻的启发和有价值的信息，共同迎接激光技术在材料加工领域带来的无限可能。

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这本书的阅读体验非常“硬核”，它不是那种轻松的科普读物，而是实打实地要求读者具备一定的物理和材料科学背景。我发现自己不得不经常停下来，查阅一些基础热力学或电磁学的基础知识，才能完全跟上作者的思路。不过，这种挑战性的阅读过程带来的收获也是巨大的。我特别欣赏它对不同加工方法之间适用性边界的界定。比如，它用一个非常直观的相图（Phase Diagram）来展示熔融过程、气化过程和固态烧结过程在功率密度和作用时间坐标轴上的交汇点，这个图表本身就价值连城，它帮助我迅速地在几种备选工艺中做出了取舍。此外，书中对“缺陷控制”这一主题的探讨也极为深入，它不只谈论如何避免缺陷，更深入分析了缺陷的成因与特定工艺参数之间的复杂耦合关系，这一点对实际生产线上的质量控制人员至关重要。读完它，我感觉自己对加工过程的掌控力提升了一个档次，不再是简单地调整旋钮，而是真正理解了能量注入与材料响应之间的内在联系。

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这部作品给我的冲击力，更像是一次对未来制造图景的深度探索，而非仅仅是现有技术的罗列。作者的视野显然超越了当前生产线的局限，他大胆地将前沿的计算模拟方法与实际的材料行为紧密结合，构建了一个极具前瞻性的分析框架。我尤其对其中关于“智能制造”与“过程实时反馈控制”的章节印象深刻。书中详述了如何利用高频传感器数据，通过建立非线性动力学模型，实现对加工过程的亚微米级精度控制，这在传统的经验主义操作中是难以想象的。我曾花费大量时间尝试理解这些复杂的反馈回路，但这本书的叙述方式非常独特，它没有直接给出堆砌的公式，而是先从宏观的系统稳定性角度切入，逐步深入到微观的能量耦合机制，读起来层层递进，逻辑严密得让人信服。这本书的专业深度足以让资深研究人员感到充实，同时其清晰的结构也能让高年级本科生迅速把握核心概念。它强迫你思考“为什么”，而不是仅仅停留在“如何做”，这正是衡量一本优秀技术书籍的关键所在。

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说实话，我当初买这本书是冲着它封面设计上的“最新进展”几个字去的，没想到内容比我想象的要扎实得多，简直是一部严谨的学术著作。它的文献引用部分做得极其出色，几乎涵盖了近十年内所有重要的国际期刊论文，这为后续的深入研究提供了坚实的基础。我特别关注了关于超快脉冲处理中非热效应机制的章节。书中对电子-声子能量转移过程的描述，细致到了皮秒级别的时间尺度，并且引用了多个不同的理论模型进行横向比较，分析了各自的适用边界和局限性。这种严谨的对比分析，极大地帮助我确定了自己项目中最适合采用的理论工具。而且，这本书的排版和图表绘制质量达到了顶级期刊的水准，无论是光学路径图还是截面形貌图，都清晰锐利，极大地减少了阅读中的理解障碍。对于那些需要撰写高质量研究报告或学位论文的读者来说，这本书不仅是知识的来源，更是规范化表达和论证逻辑的绝佳范本。

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这本书的价值在于其提供了一种跨学科的思维模式。它巧妙地将光学、热传导、流体力学甚至表面化学的知识点融汇一炉，构建了一个描述材料去除和改性过程的综合性框架。我最欣赏的一点是，作者没有将不同的加工技术孤立看待，而是放在一个更广阔的“能量与物质相互作用”的背景下进行分析。例如，它在讨论特定材料去除率时，会同时引入等离子体动力学和熔池的表面张力变化，这种多维度、系统性的分析方法，极大地拓宽了我的技术视野。过去我习惯于单一学科的解决方案，但这本书让我意识到，要解决真正的工程难题，必须采用这种“组合拳”式的综合分析。阅读过程中，我不断地在思考，如何将书中的理论框架应用到我目前正在研究的下一代功能涂层制备上。这本书真正做到了理论指导实践，而且是那种能推动行业变革的、深层次的指导。对于任何想要从技术执行者跃升为技术领导者的人来说，这本书是不可或缺的“思想装备”。

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这本书简直是一本令人惊叹的工业技术宝典！我是在寻找提升工厂生产效率和产品质量的解决方案时偶然发现它的，原本只是抱着试试看的心态翻阅，没想到立刻就被其深入浅出的讲解和详尽的案例分析所吸引。书中对几种主流的先进制造工艺的介绍，尤其是在处理高强度合金和复合材料方面的应用，简直是教科书级别的存在。我特别欣赏作者在描述复杂物理过程时，能够巧妙地结合实际的工程应用，使得那些晦涩难懂的理论变得触手可及。例如，它对热影响区（HAZ）的微观结构演变过程的剖析，不仅提供了理论模型，还配有大量的金相显微照片和性能测试数据对比，这对于我们进行工艺参数优化至关重要。读完前几章，我立刻有种茅塞顿开的感觉，感觉自己过去摸索了很久的难题，在这本书里找到了清晰的逻辑框架和解决思路。它不仅仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的老工程师在耳边细细指导，让你少走很多弯路。对于任何从事高端精密加工或者新材料研发的工程师来说，这本书的价值是无可估量的，我强烈推荐给所有追求技术卓越的同行们。

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非常好的入门读物，已经再版4次。

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