二氧化碳激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光，它發(fā)展較早，商業(yè)產(chǎn)品較為成熟，被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán)境量測等各個領(lǐng)域。在激光的發(fā)展和應(yīng)用方面，CO2激光器的制作和應(yīng)用較早也較多，早在1970年代末期，就有從國外直接進(jìn)口CO2激光器，從事工業(yè)加工和醫(yī)療等應(yīng)用。從80年代末期開始，CO2激光器被廣泛引進(jìn)并應(yīng)用在在材料加工領(lǐng)域。    近年來CO2激光加工設(shè)備雖然漸趨普及，但激光畢竟是一種新的工具，激光加工技術(shù)亦不同于傳統(tǒng)的加工方法，所以工業(yè)界在引進(jìn)使用CO2激光器的過程中，曾經(jīng)遇到各種各樣的問題，給很多廠商造成不少困擾。本文針對CO2激光器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用狀況及其演變作以分析，并提出在使用CO2激光器過程中，常面臨的一些問題，按照CO2激光器功率大小分類，闡述其在各個產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用狀況及演變情況，列舉CO2激光應(yīng)用者會面對的主要問題并加以分析，最后對CO2激光應(yīng)用的未來提出展望。

1、工業(yè)CO2激光應(yīng)用與發(fā)展    

       為了比較詳細(xì)完整的介紹CO2激光加工的應(yīng)用狀況，按其使用成本，本文以激光輸出功率范圍（小于200瓦，介于200到1600瓦間和大于1600瓦以上）作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，逐一介紹它在各個領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

       1.1低功率（小于200瓦）CO2激光的應(yīng)用   

早期進(jìn)口和制造的CO2激光機(jī)器，均為小于200瓦的低功率激光器。主要為電子工業(yè)（如電阻制造、IC標(biāo)志）、非金屬加工業(yè)（竹木雕、服飾、制鞋、飾品制造等）和部份醫(yī)療和研究單位所使用。

      將CO2激光束透過一個光罩，聚焦于IC或半導(dǎo)體組件上作標(biāo)志，這種CO2激光主要皆為TEA脈沖式。但隨著標(biāo)志加工速度的要求越來越快，加工品質(zhì)的要求越來越高，以及固體激光的快速發(fā)展，最近新引進(jìn)的標(biāo)志加工用激光，已逐漸被固體的YAG激光所取代。   用鏤空的銅模罩住要雕刻的非金屬材料，然后用CO2激光束在銅模上作快速掃瞄，即可在該材料上雕刻出復(fù)雜的圖案。雕刻對象為木材、壓克力、皮革和紙張等，另外也可以應(yīng)用到雕刻特有的手工藝品，如竹片雕刻、軟木浮雕、貝殼浮雕等。最近幾年已轉(zhuǎn)型用密封式CO2激光，直接以掃瞄振鏡作少量多變化的禮品雕刻，以提高產(chǎn)品的附加價值。    

      成衣和制鞋業(yè)曾經(jīng)引領(lǐng)風(fēng)騷十?dāng)?shù)年，也是引進(jìn)國外或采用自產(chǎn)的低功率CO2激光加工較早的成功典型，主要是以50瓦激光來裁切制衣服用的馬克板和鞋子樣板，僅用于開發(fā)或少量多樣的生產(chǎn)，故數(shù)量有限。也有少數(shù)150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生產(chǎn)用。另外計算機(jī)刺繡業(yè)有以激光配合CCD取樣，直接將刺繡在一大張上的眾多圖案一一裁下。但是隨著兩種產(chǎn)業(yè)的外移和萎縮，CO2激光器在這方面的應(yīng)用也沒有增加。而采用低功率CO2激光來裁切家具或飾品上的裝潢用薄樹皮持續(xù)增長，主要結(jié)合造型設(shè)計和后段生產(chǎn)，附加價值較高。   由于國外CO2激光的發(fā)展很快，小功率的CO2激光采用密封式結(jié)構(gòu)，且品質(zhì)越來越好，因此，除了上述加工業(yè)外，進(jìn)口的其它應(yīng)用系統(tǒng)里也有許多此類的CO2激光器，用在穿孔、印刷業(yè)刻板、快速成型、鏡片上打商標(biāo)和陶瓷基板加工等方面，其應(yīng)用潛力不小。    輸出200瓦以下的CO2激光器在一些非金屬薄材料切割方面綽綽有余，除上述業(yè)者較常使用外，其實(shí)仍有很多產(chǎn)業(yè)界的特殊材料皆可考慮以激光加工取代，如建筑業(yè)的壓克力模型制作，結(jié)婚相簿封面的硬版圖樣，其特點(diǎn)是是小而復(fù)雜，但均可以CO2激光來作裁切。云母薄板的裁切﹑防彈衣內(nèi)纖維布的裁切﹑耐龍安全帶的裁切，還有其它一些特殊材料如：FRP、ABS、特弗龍、石棉和橡膠等的裁切，國外都有采用激光加工的先例，只是需要特別注意切割時所產(chǎn)生氣體的排放問題。 

      1.2中高功率(200瓦-1600瓦)CO2激光的應(yīng)用    

      中高功率激光，是目前CO2激光加工設(shè)備的主流，主要用于鈑金代工業(yè)，也有少部份機(jī)器為工廠自行使用的生產(chǎn)設(shè)備。目前此類激光機(jī)器近三分之一皆為最近引進(jìn)，可見此類功率的CO2激光正處于快速成長階段。中高功率CO2激光設(shè)備最主要的應(yīng)用，就是作鈑金切割，大部分以代工的形式經(jīng)營。加工對象廣，加工種類多，以下介紹幾種應(yīng)用較多或特殊的例子。

       1.2.1木刀模業(yè)   

      以CO2激光在木板上切割出寬度約0.6mm的各種復(fù)雜重復(fù)圖形的溝槽，然后再裝上鋒利的刀片，制成軋型刀具，這是裁切所有包裝紙盒、塑料射出成型、保麗龍用具和軟性電路板等制作過程中很重要的一環(huán)，應(yīng)用前景看好。

       1.2.2各種機(jī)器零部件切割    

      機(jī)器的各式各樣零部件，在某個厚度以上或形狀較為復(fù)雜，其實(shí)都可以用激光加工來取代傳統(tǒng)的加工方式，雖然可能加工成本會高一點(diǎn)（有些不一定），但可節(jié)省很多人力，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。

       1.2.3汽車鈑金切割    

      經(jīng)過模具壓軋成型后的汽車鈑金為立體形狀，一般再加工較為困難，若以五軸CO2激光加工機(jī)作壓邊的切除和內(nèi)部孔洞的開挖，則可以充分顯出激光加工的優(yōu)勢。目前國內(nèi)已有數(shù)家專門生產(chǎn)汽車修護(hù)用鈑金的工廠，進(jìn)口五軸CO2激光加工機(jī)在作這方面加工。但此類機(jī)器尚屬高價位階段，將來若能降低價格，國內(nèi)將會有不少廠商引進(jìn)此類加工機(jī)。

       1.2.4計算機(jī)、電氣機(jī)殼的鈑金切割    

      計算機(jī)機(jī)殼的鈑金切割，以及各種機(jī)器控制箱和機(jī)殼的鈑金切割，是最主要的加工對象。尤其是一些產(chǎn)品產(chǎn)量不多，形狀復(fù)雜，產(chǎn)品生命周期不長，開模劃不來的鈑金切割最多，如：電動玩具機(jī)殼、自動販賣機(jī)機(jī)殼、配電盤等。也有一些是已經(jīng)開模，但產(chǎn)品更改設(shè)計后，須在已成型的鈑金上作更改的加工。

       1.2.5特殊材料切割   

      由于激光可以作非接觸式切割，切縫窄又不影響外圍材質(zhì)，所以被廣告和建筑業(yè)界普遍采用在特別需要保持工件表面極度光滑的鏡面不銹鋼或一般不銹鋼板的切割加工，如：招牌、雕塑品、電梯控制面板、廚具、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板，一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。 隨著產(chǎn)業(yè)形態(tài)的演變，鈑金加工對象越來越復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的沖孔機(jī)功能已不能滿足要求，線切割速度又太慢，CO2激光的加工功能正好彌補(bǔ)它們所缺，這也是近幾年CO2激光加工機(jī)引進(jìn)速度持續(xù)且快速增加的主要原因。 

       1.3 高功率（大于1600瓦）CO2激光的應(yīng)用    

      大于1600瓦的高功率CO2激光，主要被應(yīng)用在金屬焊接和表面處理上，在工業(yè)先進(jìn)國家已逐漸被國防、汽車和航天工業(yè)里一些特殊領(lǐng)域所采用。但早期高功率激光的價位比較高，加上這一方面的技術(shù)養(yǎng)成訓(xùn)練有限，所以除了國防上、一些大學(xué)和研究單位有這一方面的應(yīng)用外，民用工業(yè)較少引進(jìn)此類高功率CO2激光。最近三、四年引進(jìn)很多，主要應(yīng)用于各項鈑金切割，使加工速度更快、更有彈性。觀之未來的發(fā)展趨勢，高功率CO2激光在焊接和表面處理上的應(yīng)用，必定會被工業(yè)界逐步接受并采用。#p#分頁標(biāo)題#e#

      1.3.1激光焊接    

      利用高能量密度激光束，將工件材料熔融而焊接在一起，可以使焊件熱影響區(qū)與變形量均降至最低，且無需使用焊劑或作異種材料，其接合強(qiáng)度特別牢固。汽車?yán)锩嬗泻芏嗔悴考?，若一體成型難度很大，但若將其分開成型再焊接成一體，則能減小生產(chǎn)難度并降低成本。在焊接時為了減少對原成型工件的熱影響，常用激光來快速焊接，這是一個非常有潛力的加工市場。因此在汽車工業(yè)中許多零部件接合時普遍采用激光焊接，如導(dǎo)螺桿制造廠商采用激光焊接導(dǎo)螺桿前端的固定座；汽車廠用激光來焊接不同厚度的兩塊鋼板，再壓軋成型以降低生產(chǎn)成本；另外汽車引擎開發(fā)案中也有部份地方采用激光焊接加工。國內(nèi)在這一方面的加工應(yīng)用尚少，目前僅有幾家專門生產(chǎn)國外汽車零部件的OEM廠商，引進(jìn)CO2激光加工設(shè)備焊接汽車內(nèi)不銹鋼濾油杯，生產(chǎn)速度變快，產(chǎn)品質(zhì)量好，單價因而提高。

       1.3.2激光硬面處理   

      利用高功率激光束，將欲硬面處理的工件底材表面熔融一薄層，藉此一熔融層與硬面合金材料交互熔融成一冶金鍵結(jié)（Metallurgy Bonding），達(dá)到硬面處理的效果。

2、工業(yè)CO2激光使用中的問題   

      激光加工屬于新進(jìn)的加工技術(shù)，即使在工業(yè)先進(jìn)國家，激光加工被工業(yè)界較普遍接受并有所發(fā)展，也是近十幾年的事。國內(nèi)工業(yè)界直到這幾年才比較普遍接受激光加工應(yīng)用，并引進(jìn)和制造較多的激光加工設(shè)備。所以在激光設(shè)備的了解、激光加工經(jīng)驗的累積和激光加工應(yīng)用范圍的拓展等方面，都尚有待加強(qiáng)。大部分激光廠商或加工業(yè)者，在引進(jìn)激光加工應(yīng)用的過程，都會面對一些與傳統(tǒng)加工方式不同的問題。加工應(yīng)用的不同，加工機(jī)器的不同，遇到的問題也不同，但大致上可歸納出下列幾點(diǎn)。 

       2.1維修保養(yǎng)   

       CO2激光應(yīng)用廣泛、市場龐大、發(fā)展快速，算是比較成熟的激光產(chǎn)品，但是比起一般傳統(tǒng)的加工機(jī)械，CO2激光加工設(shè)備發(fā)展時間還算短暫，其主要結(jié)構(gòu)還在快速換新，加上激光設(shè)備中許多光學(xué)組件常需要作精密調(diào)整、保養(yǎng)維修或更新，而相關(guān)之技術(shù)人員有限，所以大部分激光加工業(yè)者，多多少少都碰到一些保養(yǎng)維修問題。尤其是早期，國內(nèi)激光市場有限，一般代理商可能好幾年才進(jìn)口一兩部激光加工設(shè)備，代理商未必愿意專為此培養(yǎng)維修人員，況且工作人員的流動，加上激光維修技術(shù)的養(yǎng)成并非容易。所以只要激光系統(tǒng)使用一段時日，就會碰到找不到人保養(yǎng)維修的問題，一旦遇有小問題就要遠(yuǎn)從國外請原廠技術(shù)人員來修護(hù)，不但花費(fèi)高而且拖延時日；有的甚至機(jī)器進(jìn)口后，代理商就無法讓其正常工作。 最近幾年隨著國內(nèi)激光市場的快速成長，代理商規(guī)模越來越大，甚至國外廠商直接在國內(nèi)設(shè)立分公司，并長期派駐技術(shù)人員，而且CO2激光的發(fā)展也日趨成熟，故障和維修問題減少很多。但是一般生產(chǎn)在線或代工業(yè)者所使用的激光機(jī)器，仍然最怕故障停機(jī)，若是小問題，可能一兩天就解決，碰到大問題，如電極板更換、主要機(jī)件故障等，可能要等到原廠技術(shù)人員或國外寄來零部件，曠日費(fèi)時。所以許多工廠都至少購買兩部激光加工機(jī)，或事先跟同行協(xié)商好，必要時作互相支持。

       2.2機(jī)器設(shè)備成本太高   

       早期使用的CO2激光加工機(jī)，皆由國外進(jìn)口，一部較高功率加工用CO2激光器動則上千萬。近幾年來，國內(nèi)已有自己開發(fā)組裝的加工機(jī)，促使進(jìn)口的CO2激光加工機(jī)價位降低不少。但成套加工配備，也須花上幾百萬到近一千萬元間，尤其五軸立體加工機(jī)或復(fù)合式加工機(jī)價位更高，這影響到產(chǎn)業(yè)界的投資購買意愿，也影響到加工成本，間接阻礙了激光加工對象和范圍的拓展。

       2.3技術(shù)人員養(yǎng)成    

       激光的操作使用畢竟不同于傳統(tǒng)的加工設(shè)備，一般需要一定程度的技術(shù)人員，廠商需自己培訓(xùn)，在工人流動性頻繁的情況下，操作技術(shù)人員的養(yǎng)成和經(jīng)驗之積累實(shí)在不容易。而一位對激光設(shè)備不熟悉、經(jīng)驗有限的技術(shù)人員，將無法把激光設(shè)備的特有功能發(fā)揮到極限，也會常發(fā)生下述現(xiàn)象：加工品質(zhì)不良、加工速度太慢、不懂保養(yǎng)機(jī)器、機(jī)器故障連連、減短機(jī)器壽命、機(jī)器耗材嚴(yán)重等。

       2.4耗材費(fèi)用高   

       CO2激光加工機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，須要消耗氦氣和大量的氧氣，提高了激光加工成本，所以在投資購買機(jī)器時，須考慮該機(jī)器的氣體消耗量。另外操作技術(shù)的好壞、定期保養(yǎng)與否，也會影響到光學(xué)鏡片和高壓零部件等的消耗量，而這些部件售價都很高。目前CO2激光加工機(jī)數(shù)量增多，也促使一些消耗器材、光學(xué)組件和高壓零部件的價格降低.

       2.5特殊加工制程的開發(fā)    

       CO2激光的切割應(yīng)用，加工技術(shù)較單純，加工條件也較容易掌握，一般說來沒有工藝上的問題。但比較特殊的激光加工技術(shù)或加工材料如：焊接、硬面處理、立體加工和陶瓷加工等，加工業(yè)者必須先作熟悉加工的特殊工藝，掌握加工條件，以及自動進(jìn)料﹑夾具等的配合，這并非一般業(yè)者能力所及，在這些問題未能充分掌握和解決之前，投資動則數(shù)百萬的激光設(shè)備，對大部分中小企業(yè)來說困難很大。而以前能夠協(xié)助業(yè)者作這方面技術(shù)開發(fā)的機(jī)構(gòu)一直缺乏，影響了激光特種加工應(yīng)用市場的開展。

       2.6工作環(huán)境不良    

       CO2激光機(jī)器內(nèi)有許多的光學(xué)和高壓零部件，是比較脆弱的機(jī)器，需要在良好工作環(huán)境中操作使用，否則容易污損而出現(xiàn)故障。但是傳統(tǒng)工廠有很多不重視工作環(huán)境的改善，空間小而雜亂、濕氣重、灰塵多、電源電壓不穩(wěn)、冷卻水質(zhì)差等，這些都會影響激光設(shè)備的使用效果和壽命。

3、工業(yè)CO2激光應(yīng)用展望   

      激光加工是未來材料加工應(yīng)用發(fā)展的趨勢之一，而CO2激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位，世界激光市場也以CO2激光器為主力，約占全部的七成左右，每年以百分之十左右的速度增長。近幾年來，隨著國際和國內(nèi)整體產(chǎn)業(yè)環(huán)境的改變，在產(chǎn)業(yè)水準(zhǔn)提升、專業(yè)人員缺乏、自動化需求增加、產(chǎn)品附加價值和加工質(zhì)量有待提高的壓力下，激光加工應(yīng)用已逐漸被國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界接受并采用。由于起步較晚，短期內(nèi)可維持較高的激光市場增長率，加工應(yīng)用的市場潛力也很大。但產(chǎn)業(yè)界和工業(yè)CO2激光的使用者，仍然有許多問題需要去解決，尤其在相關(guān)技術(shù)人員的養(yǎng)成訓(xùn)練和新的加工應(yīng)用領(lǐng)域開拓這兩方面，更須下大力氣。激光激光的前景是廣闊的，激光加工手段的不斷進(jìn)步必將帶來材料加工領(lǐng)域的一次革命。