我也來說說激光

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  激光：激光加工是一種能束加工方法，具有亮度高、方向性好和單色性好的相干光，因此在理論上可聚焦到尺寸與光的波長相近的小斑點上。焦點處的功率密度可達10⁷～10¹¹W/cm²，溫度可高達萬度以上。激光加工就是利用材料在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化，并產牛很強的沖擊波，使被熔化的物質爆炸式地噴濺來實現材料的去除。
    激光原理起自1917年愛因斯坦發表的光的受激發射理論，50年代初的量子放大器實現了通過受激發射放大微波的作用，60年代美國休斯研究所的梅曼應用了紅宇石激光首次實現了振蕩，取得了光放大的激光，為70年代發展激光加工奠定了基礎。
    產生激光束的器件稱為激光器，它的種類很多，按其工作物質的不同可分為問體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導體激光器和化學激光器等5種。激光束的輸出方式有脈沖、連續和巨脈沖等3種。

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激光加工具有以下特點：
     1）幾乎對所有金屬材料和非金屬材料如鋼材、耐熱合金、高熔點材料、陶瓷、寶石、玻璃、硬質合金和復合材料等都可加工。
     2）加工效率高，可實現高速切割和打孔，也易于實現加工自動化和柔性加工。
     3）加工作用時間短，除加工部位外，幾乎有受熱影響和不產生熱變形。
     4）非接觸加上，工件不受機械切削力，無彈性變形，能加工易變形薄板和橡膠等工件。
     5）由于激光束易實現空間控制和時間控制，能進行微細的精密圖形加工。
     6）不存在工具磨損和交換問題。
     7）在大氣中無能量損失，故加工系統的外圍設備簡單，不像電子束加工需要真空室。
     8）可以通過空氣、惰性氣體或光學透明介質，故可對隔離室或真空室內工件進行加工。
     9）加工時不產生振動和機械噪聲。
    激光加工主要應用于打孔和切割，此外還有激光劃線。圖形刻劃、修邊、動平衡校正、熱處理、激光焊接和打標志等多種用途。

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激光切割的特點和切割參數fficeffice" />

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1．    切割縫細：激光切割的割縫一般在0.10～ffice:smarttags" />0.20mm。

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2．    切割面光滑：激光切割的切割面無毛刺，表面粗糙度一般控制在Ra：12.5以上。

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3．    速度快：激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。

4．    熱變形小：激光加工的激光割縫細、速度快、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引起材料的變形也非常小。

5．    激光切割不會與材料表面相接觸，保證產品不劃傷。

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6．    適合大件產品的加工：大件產品的模具制造費用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大幅度地降低企業的生產成本提高產品的檔次。

7．    非常適合新產品的開發：一旦產品圖紙形成后，馬上可以進行激光加工，你可以在最短的時間內得到新產品的實物。

8．    節省材料：激光加工采用電腦編程，可以把不同形狀的產品進行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率。

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9．    適合激光加工的材料：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質合金等進行加工。

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10．激光加工應用行業：
    （1） 目前開展激光加工的方面主要是電梯、自動扶梯、紡織機械、食品機械、輕工機械、冷凍機械、印刷機械、復印機械、交通機械、港口機械、運輸機械、船舶機械、農用機械、筑路機械、搬運機械、環保機械及礦山、冶金機械等等的板金加工。
　　（2） 其次是電子、電器業包括醫療儀表、器械以及控制柜箱等板金加工。
　　（3） 電機制造業中各類轉子、定子、葉片的切割成型。
　　（4） 量具、刃具業中各類鋸條鋸片等切割成型。
　　（5） 汽車制造業包括零件、總裝合成和流水線中部件的制造，
　　（6） 廣告、裝潢及工藝品制造業。

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.激光切割的合理工作參數
  除精細切割如切割硅片可用YAG固體激光器外，激光切割一般采用CO2激光器，其工作參數主要有切割速度、切縫寬度和切割厚度。
  （1）激光切割速度 它隨激光功率和噴氣壓力增大而增加，而隨被切材料厚度增加而降低。切割6mm厚度碳素鋼鋼板的速度達到2.5m/min，而厚度為12mm的鋼板僅為0.8m/min。切割15.6mm厚的膠合板為4.5m/min，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速度則達27m/min。
  （2）切縫寬度 一般在0.5mm左右，它與被切材料性質及厚度、激光功率大小、焦距及焦點位置、激光束直徑、噴吹氣體壓力及流量等因素有關，其影響程度大致與對打孔直徑的影響相似。切割精度可達±0.02～0.01mm。
  （3）切割厚度 它主要取決于激光輸出功率。切割碳素鋼時，1kW級激光器的極限切割厚度為9mm，1.5kW級為12mm，2.5kW級為19mm；2.5kW級切割不銹鋼的最大切割厚度則為15mm。對于厚板切割則需配置3kW以上的高功率激光器。
  （4）輔助氣體提高切割效率和切口質量 由于金屬表面的激光反射率可高達95%，使激光能量不能有效地射入金屬表面。噴吹氧氣或壓縮空氣能促進金屬表面氧化，可提高對激光的吸收率來提高切割效率。增加吹氧壓力還可使切縫減小，切割石英時，吹氧可防止再粘結。切割易燃材料時，可噴惰性氣體防止燃燒，切割帶有金屬夾層的易燃材料，宜采用壓縮空氣。
當吹氣壓力未超過某一數值時，增加壓力可增大切割厚度。
  對于熔點低、分解點低及導熱性差的塑料、纖維、木材、布料等，一般應采用長焦距的鍺透鏡來聚焦激光束。

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激光切割之切割材料

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雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率，但發射處于遠紅外波段10.6um光束的CO2激光器還是成功的應用于許多金屬的激光切割實踐。金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，當具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時，卻能在微秒級的時間內很快使表面開始熔化。處于熔融態的大多數金屬的吸收率急劇上升，一般可提高60%~80%。從而很迅速的對板材進行加工.

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（1）碳鋼。

現代激光切割系統可以切割碳鋼板的最大厚度可達20MM，利用氧化熔化切割機制切割碳鋼的切縫可控制在滿意的寬度范圍，對薄板其切縫可窄至0.1MM左右。

（2）不銹鋼。

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激光切割對利用不銹鋼薄板作為主構件的制造業來說是個有效的加工工具。在嚴格控制激光切割過程中的熱輸入措施下，可以限制切邊熱影響區變得很小，從而很有效的保持此類材料的良好耐腐蝕性。

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（3）合金鋼。

大多數合金結構鋼和合金工具鋼都能用激光切割方法獲得良好的切邊質量。即使是一些高強度材料，只要工藝參數控制得當，可獲得平直、無粘渣切邊。不過，對于含鎢的高速工具鋼和熱模鋼，激光切割時會有熔蝕和粘渣現象發生。

（4）鋁及合金。

鋁切割屬于熔化切割機制，所用輔助氣體主要用于從切割區吹走熔融產物，通常可獲得較好的切面質量。對某些鋁合金來說，要注意預防切縫表面晶間微裂縫產生。

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（5）銅及合金。

純銅（紫銅）由于太高的反射率，基本上不能用CO2激光束切割。黃銅（銅合金）使用較高激光功率，輔助氣體采用空氣或氧，可以對較薄的板材進行切割。

（6）鈦及合金。

純鈦能很好耦合聚焦激光束轉化的熱能，輔助氣體采用氧時化學反應激烈，切割速度較快，但易在切邊生成氧化層，不小心還會引起過燒。為穩妥起見，采用空氣作為輔助氣體比較好，以確保切割質量。

飛機制造業常用的鈦合金激光切割質量較好，雖然切縫底部會有少許粘渣，但很容易清除。

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（7）鎳合金。

鎳基合金也稱超級合金，品種很多。其中大多數都可實施氧化熔化切割。

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非金屬材料的激光切割
10.6um波長的CO2激光束很容易被非金屬材料所吸收﹐導熱性不好和低的蒸發溫度又使吸收的光束能幾乎整個傳輸入材料內部﹐并在光斑照射處瞬間氣化形成起始孔洞﹐進入切割過程的良性循環.
2.1有機材料
2.1.1塑料（聚合物）
激光切割對塑料加工有較大的吸收力﹐因為激光可以對任何復雜形狀工件進行無接觸的高速切割﹐激光作為一種高功率密度強熱源﹐很快蒸發膠合劑﹐破壞材料的聚合鏈﹐實施切割.
低溶塑料﹔在正確控制工藝下﹐可獲無毛刺.氣泡的底部切割邊切縫光光滑平整.
高強塑料﹔為了破壞其強的連接鏈﹐需要較強的光束功率密度﹐切割時由此產生燃燒﹐切邊形成不同程度的碳化.
聚氯乙烯或聚乙稀﹔注意防止切割過程中產生有害氣體﹐防止機器生銹﹐切割斷面呈茶色﹐會有纖維絲產生.
2.1.2橡膠
切割時材料無接觸﹐切割時無需擔心工作的延伸和變形﹐防止切邊發粘.
2.1.3木材
激光能有效切割木材.層壓板.木屑板.無鋸屑﹐輔助氣體必須使用惰性的氮氣﹐防止材料的燃燒.
2無機材料
1.2.        1石英
熱膨脹系數較低的石英材料比較適宜激光切割﹐切邊質量好﹐切面光滑.
2.2.2玻璃
對大多數玻璃來說﹐受激光熱沖擊后產生的裂紋.
2.2.3陶瓷
陶瓷激光切割機制是可控向斷裂﹐聚焦光點﹐引超定向加熱梯度和高的機械應用力﹐使陶瓷這類幾乎沒有塑料的材料生成小裂縫﹐裂縫延著光點移動不斷生成﹐最后把陶瓷切斷﹐采用CO2激光束切勿使用高功率﹐否則將會出現龜裂導致切割失敗.
2.2.4石頭
不同類型的引石材料中含有水份﹐濕氣由于激光束瞬間快速加熱引起爆炸導致開裂

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激光切割之熱影響與切縫

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激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分，材料很快加熱至汽化程度，蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒有工件變形。

切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體。鋼切割時利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產生放熱化學反應氧化材料，同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片并導致鏡片過熱。

大多數有機與無機材料都可以用激光切割。在工業制造系統占有份量很重的金屬加工業，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。當然，對高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導體，因此激光切割很困難，甚至不能切割。(對于此類材料可以在材料表面涂上防反射材料進行切割）

激光切割無毛刺、皺折、精度高，優于等離子切割。對許多機電制造行業來說，由于微機程序控制的現代激光切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優先選用；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗，無須修理模具，還節約更換模具時間，從而節省了加工費用，降低了生產成本，所以從總體上考慮是更合算的。

激光切割的優缺點

優點：

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激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點，把它應用于切割有許多特點。首先，激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區域內，可提供（1）狹的直邊割縫；（2）最小的鄰近切邊的熱影響區；（3）極小的局部變形。其次，激光束對工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著：（1）工件無機械變形；（2）無刀具磨損，也談不上刀具的轉換問題；（3）切割材料無須考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強，并有高的適應性和柔性，因而（1）與自動化設備相結合很方便，容易實現切割過程自動化；（2）由于不存在對切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力；（3）與計算機結合，可整張板排料，節省材料。

缺點：

1：成本較高，必須有輔助氣體。2：無法完成成型拉伸。（現在有激光沖壓復合機，不過好像太貴）3：速度相對數控沖床低一些。
激光切割與加工工件的材料，精度，復雜程度有直接的關系，如果批量較小，加工復雜，要求精度高，選者激光切割機是明智的。反之車不然。

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用來加工不銹鋼是在好不過了？特別是3mm以上的！如果在沖床上？你想聽聽它的聲音嗎？如果在沖床上沖３mm 的不銹鋼要開的最慢！要不你的模具準備多點？激光切割的優點是聲音小速度快，沒有毛刺，不變形，不刮花材料的表層

 

激光技術之光路傳輸

光路，是指光行駛的路徑。

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目前主要有混合光路、單臂懸梁飛行光路和龍門式飛路三種。混合光路采用工作臺或工件X軸運動，切割頭Y軸運動行光，在加工中存在工件運動，容易導致精度誤差，且容易劃傷板材，但是技術相對簡單，造價低，目前國內激光設備生產廠主要提供這種形式的切割機供模切板行業。單臂懸梁飛行光路由于切割頭的單點承重，設備剛性不足，一般需要特殊地基，而且在長期運行的穩定性不夠。龍門式飛行光路是目前最成熟的技術，它有著速度快、剛性好及精度高等特點。
    當然，在一個完整的系統中，還有很多要素需要評估，例如供應商對激光工藝的研究程度，針對各種材料的不同加工要求是否可以提供完整的解決解決工藝;設備的整體性、長期穩定性;抗電磁干擾能力;對環境的要求……都需要我們進行考核。

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激光加工的安全等級

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Class I：低輸出激光（功率小于0.4mW），不論何種條件下對眼睛和皮膚，都不會超過MPE值，甚至通過光學系統聚焦后也不會超
過MPE值。可以保證設計上的安全，不必特別管理。典型應用如激光教鞭，CD播放機，CD-ROM設備，地質勘探設備和實驗室分析
儀器等。

Class II：低輸出的可視激光（功率0.4mW-1mW），人閉合眼睛的反應時間為0.25秒，用這段時間算出的曝光量不可以超過ＭＰＥ
值。通常1ｍＷ以下的激光，會導致暈眩無法思考，用閉合眼睛來保護，不能說完全安全，不要直接在光束內觀察，也不要用Class
II激光直接照射別人的眼睛，避免用遠望設備觀察Class II激光。典型應用如課堂演示，激光教鞭，瞄準設備和測距儀等。

Class III ：中輸出激光，光束若直接射入眼睛，會產生傷害，基于某些安全的理由，進一步分為IIIＡ和IIIＢ級。
　　IIIＡ級為可見光的連續激光，輸出為1-5ｍＷ的激光束，光束的能量密度不要超過25Ｗ／ｍ﹣ｍ，避免用遠望設備觀察IIIＡ激
光，這樣可能增大危險。IIIＡ的典型應用和Class II級有很多相同之處，如激光教鞭，激光掃描儀等。
　　III B 級為5-500mＷ的連續激光，直接在光束內觀察有危險。但最小照射距離為13ｃｍ，最大照射時間十秒以下為安全。IIIB
激光的典型應用如光譜測定和娛樂燈光表演等。

ClassIV：高輸出連續激光（大于500mW），高過第三級，有火災的危險，擴散反射也有危險。典型應用如外科手術，研究，切割，焊接和顯微機械加工等。

 

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一般的激光設備應當有相應的安全保護措施：
（1）根據激光裝置的級別，有關激光的安全或傷害具有充分的知識與認識的人來指導處理.
（2）三級以上的激光制作由有安全操作適當教育的人來執行。
（3）動作中的激光裝置，假如不發出激光光，也不要探視光路中。
（4）激光共振器的調整，光軸調低時，會突然發射激光。要經常注意眼睛的位置來處理。
（5）ＣＯ2激光使用眼睛看不到的紅外光大型激光時，附近的人要特別注意。
（6）不能避免反射光或亂射光時，在使用三級以上的激光時，可以使用保護眼鏡。

 

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以上的都是轉貼，大家參考一下！
下面我來聊聊自己對激光的看法和了解。我從2002年開始接觸激光的，從小功率的二氧化碳激光器到YAG的到現在大功率的二氧化碳都做過！而且都到制造廠家接受過完整的技術培訓！對整個行業的情況自認還是比較了解。下面就一一來說吧。
首先。聊聊小功率二氧化碳激光 這種激光器基本就兩種，一種是玻璃管的封離式二氧化碳激光器 這種激光器價格很便宜， 大概幾千塊錢，光束質量較差。但激光器是耗材，現在可能能用到2000-8000小時不止。國內基本就能生產，一般用在刻章機，柔性雕版，非金屬材料切割和服裝領域，另外一種是射頻金屬二氧化碳激光器。一次充氣可以用在18000小時以上，品牌以美國新瑞和宙斯為代表的！加上國外控制技術和傳動精度的先進。這種產品一般用在電子行業的絕緣材料切割較多。
4 N( ?7 N3 [! \' @2:YAG的激光器我接觸的都是小功率的設備，基本都用在打標，半導體，焊接等領域。YAG的優點是光束質量好，精細。缺點是激光功率都比較小，但目前是國內激光市場最大的一塊，國內大族 泰德都是這方面的專家，YAG從泵浦方式可以分為燈泵浦和半導體泵浦，從晶體可以分為YAG和YV04的！國內做的半導體激光器技術都不是很成熟，基本以進口美國CEO的為主。焊接最強的就是FOFIN，這個公司70％的業務基本都是焊接的。當之無愧的激光焊接行業老大。哪位朋友想更多了解這方面的情況 可以跟帖提問，我來詳細做達。
3：下面來了大功率二氧化碳的激光吧。這個行業是目前最有潛力的行業，大功率二氧化碳的用途在切割 焊接 表面強度硬化等個個方面。目前能做大功率二氧化碳激光器有名的廠家無外乎就那么幾家，通快，三菱，rofin，松下等。從大功率二氧化碳的激發方式又可以分成DC直流激發和RF電磁激發2種。DC的優點是能耗少，三元氣體純度消耗成本低，但光束質量稍差，RF電磁激發恰恰相反，這對于大家挑選設備的時候對于成本的控制可以做一個借鑒。接下來就是光路系統，光路，是指光行駛的路徑。目前主要有混合光路、單臂懸梁飛行光路和龍門式飛路三種。混合光路采用工作臺或工件X軸運動，切割頭Y軸運動行光，在加工中存在工件運動，容易導致精度誤差，且容易劃傷板材，但是技術相對簡單，造價低，目前國內激光設備生產廠主要提供這種形式的切割機供模切板行業。單臂懸梁飛行光路由于切割頭的單點承重，設備剛性不足，一般需要特殊地基，而且在長期運行的穩定性不夠。龍門式飛行光路是目前最成熟的技術，它有著速度快、剛性好及精度高等特點。我是做馬扎克的，馬扎克的定長光路因為專利的問題。加上中國市場的設備太少，我也就不說了。想了解的下面回帖。還有就是控制系統，這個基本上都是拿來主義了，選用的無外乎西門子，法拉克等，大的激光公司可能控制系統廠家還專門為其做了系統優化。傳動裝置，分為齒條和絲杠傳動，要論精度，一定是齒條比絲杠要差些，但定位速度和空駛速度一定是齒條比絲杠好。選擇激光機的主要情況就是這三點了。        至于其他的軟件什么情況都是要花錢的，還要看需要不需要。
# z0 o; C8 N9 A# @8 N+ q我交大家一個看設備的竅門，在四個腳上放上大約需要切割最大厚度的待加工材料，每次用2分鐘時間來加工一個，看切割的質量和效果，別太相信展會上看見的東西，那些演示的東西都是他們最擅長的東西。就這個行業來看，通快無疑是行業老大，要是資金充足的話，白超和普瑞碼也很強。這三個基本在同一個水平上，個人看法通快第一，百超第2，普瑞碼第3。接著第二檔次的就是日本的產品了，天田，村田，馬扎克，田中等。第三個檔次就是團結普瑞碼，華工等。各有自己的特點和優勢，這個需要看具體的應用和經濟狀況了。
能想到就這么多了 還有什么問題下面回帖討論吧       
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lynx91

說地很詳細,是這個行業中的人,現在,大家的產品也就是那么幾塊,樓主說說未來的突破點在那里?要進入這個行業還有機會嗎?

lf4579

其實鈑金對激光要求是最低的，基本就是平面的切割，主要考慮的應該是產品的成熟程度和切割能力大小，穩定等幾個方面。激光切割的突破還是在三位切割方面，比如管材的榫接以及復雜多面的激光加工，甚至到激光加工+機械刀具加工以及柔性制造單元和柔性制造生產線！行業只要存在一定有它的合理性。機會是肯定有的，重要的是你抱著怎樣的態度。是不是能做到專精深。需要沉淀。

lynx91

說地有道理,管材的榫接也還是可以轉成平面的問題,比較難的是變焦距的處理問題,大蝦有何指教,愿聞其詳,

lf4579

這個牽扯到加工中心方面的知識了，五軸聯動控制，激光在360度能任意加工，更強的控制系統和光路補償系統。這個是涉及多學科的技術應用了。變焦主要通快百超還是應用的飛行光路系統，通過計算機精確控制擴束鏡來實現對焦點的精確來達到激光功率的補償。從而達到精確切割的目的。

lynx91

補償以后的測量是個大的問題,光--機聯動在世界上也是個高技術的問題.

lf4579

呵呵 這樣的問題再討論就深了！得專家級的來回答了！我這個水平實在不夠啦！
- f/ C6 w! q( p6 E6 C  F- A其實每個學科要達到前沿陣地都需要很長時間的沉淀，我遠遠沒達到這個水平。鈑金行業我絕對比不上這里的專業人員，但激光的話，應該說了解的多一些。給大家一些建議。

小站

高手，長見識

我在飛

身邊 你好
8 g4 ?, @. A' }2 B7 ~9 }
* }4 v+ a; j5 \( c5 P1 ?你的資料和總結非常詳細。感謝分享！
( a7 ?5 @! `( p7 \/ t" ?可否介紹一下有關激光切割寶石方面的知識。謝謝！