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光纤激光器的模块组成对切割质量的影响与应用

2017-08-31
类别:技术信息
eye 323
文章创建人 拍明
  光纤激光器是激光切割机中的核心部件,一般来说,其对激光切割机的切割效果起到很大的影响。在选择激光切割机时,客户都非常注重光纤激光器的品牌,使用寿命甚至模块集成方式。那么,今天小编就来给大家介绍一下光纤激光器的模块组成。

  光纤激光器的模块组成分为单模和多模两种,在切割应用中,聚焦光斑对切割出的质量有很大影响,单模激光器的纤芯比较细,光束质量优于多模,能量分布呈高斯分布,中间能量密度最高,三维图是一个尖圆的山峰状。

光纤激光器的模块组成.png

  多模激光器的纤芯相比粗一些,光束质量相比单模要差一些,能量分布相比单模光斑平均一些,三维图像一个倒扣的杯子,从边缘陡峭程度来看,多模的比单模的陡峭很多。

多模激光器.png

  同功率的1.5KW单模和1.5KW的多模激光器对比

多模激光器对比.png

  1mm薄板切割速度单模比多模高20%,视觉效果差不多,但从2mm开始,速度优势逐步下降,从3mm开始,无论是速度还是效果,高功率多模激光器速度和效果的优势就非常明显的体现出来,如下图:

  所以单模的优势在薄板,多模的优势在厚板,单模和多模并没有相互比较的价值,都是光纤激光器的一项配置,就好比一辆车,轿车适合公路,越野适合山地,但是轿车也能跑山地,越野也能跑公路,所以光纤激光器到底选多模还是单模要看实际终端客户的加工需求。


  那么单模和多模,我们该如何选择呢?


  建议:从功率级区分来看,1000W以内的激光器因为本身能量不高的原因,主要加工材料厚度偏向于薄板,因此1KW以内的激光器用单模配置比较符合市场实际情况,1KW以上功率的激光器要薄厚兼顾。从整个加工行业来讲,加工质量的提升是一项刚性需求,是不能妥协的,因此很多高功率激光器选型不会考虑单模,必须保证加工质量为第一位!

  同时,单模的纤芯一般较细,意味着同样功率的激光在其中传输,单模纤芯的光能量承载更大,对材料是一项考验,同时当切割高反材料时,高强度反射光和射出的激光叠加,如果光纤材料容忍度不足会非常容易“烧纤芯”,同时对纤芯材料寿命也是一项挑战!因此很多激光器厂商在高功率光纤激光器的配置上仍选用多模的配置!

  光纤激光器作为高端制造装备的核心器件之一,光纤激光器契合工业制造转型的大环境背景,胜任难度高、变化大的多维加工应用要求,产业化及规模化进程加速。

  究其原因,一方面数千瓦量级的连续高功率激光器国产化技术成熟,涌现出实力雄厚的光纤激光器制造商,形成具有竞争力的批量生产规模,保证了充足市场供应;另一方面光纤激光器材料加工的优势使其在市场上备受青睐,更高效解决传统企业生产成本高,生产效率低等痛点,因此存在巨大的市场空间。

  以激光切割应用为例,对比光纤激光切割机、CO2激光切割机、YAG固体激光切割机的加工特点,从中窥探光纤激光器在激光切割应用的优势所在与发展潜力。


  低成本高效率 光纤激光切割优势凸显


  (1)操作要求及维护

  CO2激光器需进行光路调整,而光路调整的效果将影响切割质量,因此操作人员需具备一定的技能要求,并需要对外光路进行维护;YAG固体激光器热透镜效应明显,需经常维护;光纤激光器光纤传输,免调节、免维护、高稳定,操作更简便。

  (2)切割速度及效果

  光纤激光器的切割速度是同等功率CO2激光器的2-3倍,尤其是在金属薄板切割中,光纤激光切割机的切割速度在三类激光切割机中有明显优势。光纤激光切割机光束质量好,切割缝隙小,切割边缘平整。

  (3)材料适用性与应用行业

  CO2激光器更具材料广泛适用性,而光纤激光器对金属材料包括铝、铜等高反射材料的适用性,更符合钣金制造、3C家电行业、新能源行业的加工要求。

  (4)能耗程度及综合成本

  光纤激光器光电转化率30%以上,同功率CO2激光切割机光电转换率约为10%~15%,固体激光器光电转化率为3%。光纤激光器耗电量仅为同功率CO2激光器的20-30%,综合成本更低。

  光纤激光切割更精密,聚焦焦点可达25um,热影响区小、切缝小,工件变形小。作为一种柔性加工方式,光纤激光器可结合自动化控制系统,实现自动跟踪、自动寻边、自动套料,大大提升生产效率,其在金属薄板切割方面应用广泛、表现更优异,可更好满足精细切割加工要求。目前在金属薄板切割应用方面,光纤激光器已替代了相当一部分CO2激光器与YAG固体激光器,未来高功率光纤激光器的研制突破将可能加快这一替代趋势。


责任编辑:Davia

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标签: 光纤激光器

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