激光技術(shù)在工業(yè)中的應用已經(jīng)無(wú)處不在。從汽車(chē)制造、動(dòng)力電池、到手機制造、航空航天、醫療器械乃至國防軍事等幾乎我們能想到的所有領(lǐng)域,都活躍著(zhù)激光器的身影 。而且對很多行業(yè)而言,激光技術(shù)已經(jīng)成為一種不可或缺的支撐技術(shù)。
智能制造的核心之一是光電技術(shù),而光電技術(shù)的核心之一正是激光器。激光器作為眾多激光設備的核心,其重要性不言而喻。
以激光切割機為例:從激光器發(fā)射出的激光,經(jīng)光路系統,聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件達到熔點(diǎn)或沸點(diǎn),同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著(zhù)光束與工件相對位置的移動(dòng),***終使材料形成切縫,從而達到切割的目的。激光器的選擇從根本上決定了加工對象和加工狀況。
按增益介質(zhì)來(lái)分類(lèi),如今市面上占有率較高的三種工業(yè)用激光器是:固體激光器、CO2激光器、光纖激光器。
固體激光器
固體激光器使用固體激光材料作為工作介質(zhì)。此種工作物質(zhì)通過(guò)燈、半導體激光器陣列、其他激光器光照泵浦得到激發(fā)。其中***常用的是YAG固體激光器。
TruDiode optical arrangement
從加工角度來(lái)看:
YAG固體激光器能切割CO2和光纖不能切割的各類(lèi)高反材料,如鋁,銅等。但都是小功率,只能應用于8mm以下的薄板。切割效率比光纖切割差很多,比較慢。占地較小,節約空間。
從維護成本角度來(lái)看:
YAG固體激光器作為發(fā)展了多年的激光器,價(jià)格也較為便宜。但光電轉換效率僅有3%。
CO2激光器
以CO2氣體作為工作介質(zhì)的氣體激光器。其波長(cháng)約10.6 μm(紅外線(xiàn)),是重要的工業(yè)激光。
從加工角度來(lái)看:
CO2激光切割機切割范圍較廣,能切割較厚的金屬板材,對于非金屬材料,如亞克力、PVC、木質(zhì)材料等也可以切割。切割斷面質(zhì)量好,較為光滑。加工厚板時(shí)切割速度較慢。
CO2 lasers
從維護成本角度來(lái)看:
CO2激光切割機加工維護成本較高,不僅前鏡尾鏡價(jià)格昂貴,而且渦輪機軸承的壽命只有8000小時(shí),更換費用更是達到8萬(wàn)元每對。光電轉換效率只有10%左右。CO2激光切割機的激光器結構復雜,維護起來(lái)不方便、操作要求高。
光纖激光器
光纖激光器是指用摻稀土元素的玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器。光纖是以SiO2為基質(zhì)材料拉成的玻璃實(shí)體纖維,其導光原理是利用光的全反射。
其應用范圍非常廣泛,包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車(chē)制造、激光雕刻激光打標激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設,作為其他激光器的泵浦源等等。
fiber lasers
從加工角度來(lái)看:
光纖激光切割機能切割各類(lèi)金屬板材,在薄板切割時(shí),速度是CO2激光切割機的2~3倍,斷面質(zhì)量光滑,隨功率的提高,可以切割更厚的板材。光束質(zhì)量?jì)?yōu)良,焦點(diǎn)光斑直徑微小,可進(jìn)行精密加工。適宜柔性加工。
從維護成本角度來(lái)看:
光纖激光切割機維護成本低,光電轉換效率可達30%。光纖激光切割機具有免調節、免維護、高穩定性的優(yōu)點(diǎn),能夠勝任惡劣的工作環(huán)境。
光纖激光器的迅猛發(fā)展,正在不斷蠶食著(zhù)CO2激光器的市場(chǎng)份額,特別是在金屬加工領(lǐng)域,幾年之間,CO2激光器的主力軍地位已不復存在。
但不可否認的是,市場(chǎng)上依然有很多應用是其他類(lèi)型的激光器所不能勝任的,只能使用CO2激光器。CO2激光器本身獨特的波長(cháng),使它成為加工一些非金屬材料的不二選擇,比如飲料瓶上生產(chǎn)日期等信息的打碼。另外,在厚板切割領(lǐng)域,CO2激光器仍具有一定優(yōu)勢。
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