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        不銹鋼知識

        激光設備核心激光器的種類、優缺點

        摘要:激光器是激光設備的心臟。以激光切割機為例,按增益介質分,市面上占有率較高的工業用激光器是:固體激光器、CO2激光器和光纖激光器..

        激光技術在工業中的應用已經無處不在。從汽車制造、動力電池、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域,都活躍著激光器的身影 。而且對很多行業而言,激光技術已經成為一種不可或缺的支撐技術。

        智能制造的核心之一是光電技術,而光電技術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:從激光器發射出的激光,經光路系統,聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件達到熔點或沸點,同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動,最終使材料形成切縫,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。

        按增益介質來分類,如今市面上占有率較高的三種工業用激光器是: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。此種工作物質通過燈、半導體激光器陣列、其他激光器光照泵浦得到激發。其中最常用的是YAG固體激光器。

        通快-半導體激光器TruDiode-optical-arrangement
        TruDiode optical arrangement

        從加工角度來看:

        YAG固體激光器能切割CO2和光纖不能切割的各類高反材料,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。

        從維護成本角度來看:

        YAG固體激光器作為發展了多年的激光器,價格也較為便宜。但光電轉換效率僅有3%。

        CO2激光器

        以CO2氣體作為工作介質的氣體激光器。其波長約10.6 μm(紅外線),是重要的工業激光。

        從加工角度來看:

        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、木質材料等也可以切割。切割斷面質量好,較為光滑。加工厚板時切割速度較慢。

        通快-二氧化碳激光器Technology-Picture-CO2-lasers
        COlasers

        從維護成本角度來看:

        CO2激光切割機加工維護成本較高,不僅前鏡尾鏡價格昂貴,而且渦輪機軸承的壽命只有8000小時,更換費用更是達到8萬元每對。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的激光器。光纖是以SiO2為基質材料拉成的玻璃實體纖維,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、工業造船、汽車制造、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。

        通快-光纖激光器Technology-Picture-fiber-lasers
        fiber lasers

        從加工角度來看:

        光纖激光切割機能切割各類金屬板材,在薄板切割時,速度是CO2激光切割機的2~3倍,斷面質量光滑,隨功率的提高,可以切割更厚的板材。光束質量優良,焦點光斑直徑微小,可進行精密加工。適宜柔性加工。

        從維護成本角度來看:

        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、高穩定性的優點,能夠勝任惡劣的工作環境。

        光纖激光器的迅猛發展,正在不斷蠶食著CO2激光器的市場份額,特別是在金屬加工領域,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,市場上依然有很多應用是其他類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,使它成為加工一些非金屬材料的不二選擇,比如飲料瓶上生產日期等信息的打碼。另外,在厚板切割領域,CO2激光器仍具有一定優勢。

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