1917年，在德國柏林大學任教的物理學家阿爾伯特?愛因斯坦Albert Einstein (1879-1955)發現，普通光源可以在他叫作感應型或受激型發射中得到增強。但是，這位後來的諾貝爾獎獲得者的發現在很長一段時間里僅僅只是一種理論。在首個器於1968年被帶入市場、受激型發光成為廣泛應用的工具之前，半個世紀已經流逝。

　　20世紀60年代，美國人Theodore Harold Maiman推出了首個工作激光器。他設計了laser（激光）這一術語，直到今日仍作為“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激輻射的光放大）”，取各單詞首字母組成的縮寫詞而被使用。

　　作為工具的激光

　　激光在塑料加工業中已經幾乎成為不可或缺之物。在金屬行業，它們初期主要是用於切割，經常會結合至今仍受歡迎的噴水切割。然而，越來越多地，激光還被應用於塑料連接，盡管仍然必須考慮有關材料和焊接方法的某些局限性。

　　激光在快速原型制作（RP）中絕對是重要的。它們使材料熔化，并被用於建造模型。如有需要，由激光光束制作出來的原型模具甚至可被用於完整的小規模生產。激光被用於列印和標記塑料制品、雕刻列印輥、檢查成品和質量標準的相符性。而且，在工藝結束時，受檢制品被無人操縱的輸送系統傳送到存儲庫中，這個輸送系統自然是受激光引導的。

　　激光在塑料業的其他分支領域也攻城拔寨，例如在質量保證和生產控制中。由德國卡爾斯魯厄市的Elovis公司生產的測量系統可為其他方式難以測量的材料帶來極高的測量準確度（圖1）。利用激光技術，該裝置可以確定出塑料的速度和長度。通過應用激光光束，可實現精準地測量，無需校準，也與所加工材料無關。  
圖1 利用激光技術測量產品尺寸

激光技術在形狀和材料不同的塑料成型件的標志標識方面也開拓出了想像不到的潛力。字母、數字、企業標志或編碼都可被印到塑件上，準確度可達到0.001mm之內。以這種方式，各個部分或整裝產品可以在內部物流系統中被識別和跟蹤。德國Rofin Sinar激光公司宣稱可提供廣泛的書寫和整套標記系統，它認為這種方法的主要優點在於和批量規模有關的高靈活性、操作無壓力、無接觸、速度和精度高。

從紅寶石激光器到二極體激光器

激光引人注目的成功故事開始於Maiman發明的紅寶石激光器，一個所謂的固態激光器。接下來出現的就是氣體激光器和更晚一點的半導體和二極體激光器（圖2）。每一種激光器的核心都包含有活性介質。這種介質吸引能量，通常是來自於以泵吸光源而為人所知的裝置的光能。活性介質的原子以連貫光束釋放出這種光能，連貫光束是波長和振動類型相同的一束光。然後光作為以不同形式被應用的激光光束從部分透光性鏡片中冒出之前，在兩面鏡片之間被反射幾次。

圖2 最新二極體激光器

在今天仍被普遍應用的CO2激光器中，活性激光介質在氦、氮和碳的混合物中通過發光而形成。同樣被廣泛應用的Nd:YAG激光器是有區別的。一些早期的固態激光器，活性介質包含了摻有釹的晶體，由化學元素釔、鋁和石榴石（YAG）所組成。在1980年代末，半導體技術最終將越來越耐用和高活性的二極體激光器引入了市場。因所產生能量相對少，二極體激光器在CD和DVD驅動器中很有效，也被用於通過激光焊接對塑料進行連結。

盡管仍處於充滿希望的發展路程中的初期，但通過聚集的激光光束對塑料產品進行焊接證明是最好的聚合物連接方法。這個廣泛領域中的先驅者之一是德國Jenoptik公司。該公司率先關注於激光焊接技術的研發，已經使這種技術在某些程度上成為熱力和機械連接工藝、鉚接和粘接的替代方法。一個不無重要的局限性是連接時至少有一方必須能容易吸收特定波長的激光。但是這種方法具有大量的優點：不用接觸和施加力，就產生了能量輸入。脆弱和機械敏感型產品可以容易地被焊接。在實際焊接過程中，焊接處沒有磨擦和熔體排出。

更好的光束質量

瑞士塑料焊接設備制造商萊丹（Leister）公司預測激光焊接領域有兩種主要趨勢。聚合材料研究上的走勢是趨向於材料改性，以及開發和原料摻在一起的特種激光添加劑。通過這種方式，可以更高的設計自由度用激光光束對塑料進行連接。

另外一方面，工藝操作人員和設備制造商越來越多地合作，以優化現有的塑料連接方法。萊丹開發出了掩罩式焊接（Mask Welding）工藝，特別適用於醫學領域。箔片可以被焊接到微板上，沒有熔體流到縫隙中。掩罩一般也可用於應用流體學中，特別是用於微型流體部件中。這種精密又經濟高效的工藝在娛樂電子產品和電腦周邊產品中找到了應用。萊丹開發的另一種工藝是放射焊接（Radial Welding）。在這種工藝中，合理對接的部件被焊接在一起，不必根據激光而移動。在醫學技術中，這種工藝被用於焊接導尿管附件。放射焊接也在傳感器技術、流體學和汽車工程中找到了應用。萊丹獲得專利的GLOBO焊接工藝已在醫學技術中獲得應用。它能使接合部分強有力地壓在一起，例如能讓兩塊透明箔片被焊接在一起。通過吸收性黑色基材把熱能輸送到箔片中。此概念可以被用於大面積的部件粘接（圖3）。

圖3 萊丹用於塑料產品三維激光焊接的Globo焊接工藝

德國Optotools公司相信，激光焊接在市場上尚未更強有力地建立起自己地位的原因在於現有激光模式的光束質量仍欠佳。該公司通過應用最新一代纖維連結的二極體激光器（圖4），努力彌補這種不足。Optotools的模式化設計和極高的光束質量，使其可被安裝於所謂的檢流掃描器中。在這種組合之中，新模組能在激光焊接中優先實現接近於同步的連接工藝。由此在周期速率上的提高又決定性地提升了設備的生產力。

此觀點得到了LPKF激光與電子公司的證實，其塑料焊接分公司依賴於Optotool的激光模式。LPKF把這種新型連接方法的優點看成是超聲波焊接和膠粘連結的經濟高效又節省材料的替代方法。激光焊接清潔，輸入能量易被控制，部件上的機械負荷輕。當加工敏感性材料，如電子零件或敏感性醫用元件時，激光焊接特別有效，而且顯著降低了廢品產生的機率。

架構與刺穿

激光還在哪些地方證明了它們在塑料加工中的能力？此技術無可爭議的優點還可征服哪些應用？一個例子就是微型技術。塑料的激光架構已經作為傳統工藝的替代方法而變得成熟起來，特別是在必須減小對敏感性部件影響的場合。利用為這種工藝量身定造的新光源，加工能力范圍可被推進到納米級。

Jenoptik公司提供的名為Votan A加工中心，利用了兩種方式的激光能量。這種機器用於刺穿轎車儀表板上乘客用氣囊的設計破裂點，同時形成整個部件的邊界和輪廓。Jenoptik強調集成在生產中心的兩種激光模式獨立地工作。但是，因為成本原因，普通CO2激光源也可以用於較小型生產運作中。

塑料加工企業也可以利用激光技術來清潔模具上的粘性殘余物，并針對列印或連結而對各種材料表面進行預處理。這里激光工藝的優勢是對部件進行非接觸的局部處理，并能將必需的操作融合到生產工藝中，而且操作對生態非常友好。正是這些因素的匯合，將使激光在塑料加工業中延續它們的成功故事，并證明其不可或缺性。