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光學博覽
激光切割功率逐步提高 萬瓦切割頭填補國內空白

近年來,激光技術在工業生產中扮演著越來越重要的角色。隨著中國制造業向高端化、智能化轉型進程的推進,傳統加工工藝已難以滿足市場對產品生產更高效率、更高精度的要求。激光技術憑借其效率高、耗材少、材料變形小、對加工對象適應性強等優點,在工業生產的各環節滲透率不斷提高,成為高端制造中不可或缺的重要加工工具。

激光切割的市場現狀

在眾多的工業應用中,激光切割市場占據著最主要的份額。而隨著光纖激光器的普及與中厚板材加工需求的增長,優勢明顯的高功率激光切割機逐漸成為市場新寵。與中小功率激光切割機相比,同等厚度的板材高功率激光切割機的效率更高。此外,伴隨著功率大幅提高,切割工藝也隨之發生了革命式的升級,在保證切割效率的同時還大大降低了用戶加工的成本,同時也解決了“厚碳鋼板生產不穩定”等老大難問題。

激光切割功率逐步提高 萬瓦切割頭迎來更多機遇

早在2017年,大族激光、奔騰激光等國內領先的激光設備廠商便先后推出了12KW的激光切割設備并實現小批量出貨。到了2018年,12KW激光切割機在各大展會上如雨后春筍般涌現,而在大族激光、奔騰激光推出15KW激光切割設備之后,領創激光、宏山激光、邦德激光、力星激光等激光設備廠商也均先后推出自己的15KW產品。2019年,大族激光與奔騰激光再次更新激光切割的功率上限,推出20KW光纖激光切割機并推向終端市場。國產光纖激光器也逐步突破功率的限制,從12KW,到20KW、25KW,目前市面上最高已推出功率為30KW的光纖激光器。

萬瓦設備難點何在?功能部件成主要制約

盡管我國高功率激光應用發展迅速,但功能部件的穩定性成了制約超高功率激光切割設備發展的障礙,切割頭適配功率的增長遠遠低于激光器與激光切割機功率的增長。

激光切割機切割頭的主要組成部分有噴嘴、聚焦透鏡和聚焦跟蹤系統。噴嘴是光纖激光切割機床上最常用的易耗件,主要有平行式、收斂式和錐形式三種,切割質量與噴嘴的形式和噴頭尺寸有著密不可分的關系。

聚焦透鏡是切割頭的核心部件,激光器射出的原始光束經過透鏡聚焦, 才能形成高能量密度的光斑。隨著市場對大功率激光器的需求上升,傳統透鏡焦深和焦斑存在制約關系,增加焦深必然引起焦斑尺寸的擴大,在很多情況下無法滿足激光加工的要求,長焦深、高分辨的聚焦透鏡成為了新的市場需求。聚焦透鏡的焦距和焦點位置都對激光切割質量有影響,高速切割薄型材料適合選用短焦長透鏡,切割厚工件適合選用長焦長透鏡。

激光切割機聚焦跟蹤系統一般是由聚焦切割頭和跟蹤傳感器系統組成,在激光切割機加工的過程中能夠防止撞板和高低不平切割不理想的情況,迅速處理圖形并且降低產品的次品率。目前,主要有兩種形式的跟蹤系統,第一種是電容式傳感器跟蹤系統,又被稱為非接觸式跟蹤系統;第二種是電感式傳感器跟蹤系統,又被稱為接觸式跟蹤系統。

目前,國內高功率切割頭市場呈現普雷茨特一家獨大的局面,大多數萬瓦級以上的激光切割機配備的都是普雷茨特的切割頭。在這樣的局面下,國內企業奮起直追,大族激光、華工激光、奔騰激光等設備廠商也為自己的高功率激光設備穩定而加大了對切割頭的研發投入并取得一定成果,而蘇州釙鐳自動化、武漢奧森迪科、上海嘉強自動化、深圳萬順興等切割頭廠家也都取得一定突破。據了解,釙鐳自動化推出了能承受15kW超高功率的切割頭并已實現量產,30kW切割頭技術也已經實現突破。

激光切割功率逐步提高 萬瓦切割頭填補國內空白

PoHeader 30000W切割頭

實現高功率切割頭國產化難點何在

對高功率激光切割而言,切割頭的穩定是一大難題。據OFweek激光網了解,切割頭難點主要體現在鏡片鍍膜工藝、光路設計、冷卻系統和電機定位4個方面。切割頭制造商釙鐳自動化的技術人員介紹說:“高功率切割頭最根本的難點在于鏡片。隨著激光功率越來越高,鏡片承受的功率密度也越大,確保高功率切割頭的穩定鏡片是最大的一個難關。我們通過鏡片鍍膜工藝的突破解決了這一問題,目前我們推出市面的切割頭最高能穩定承受15kw的功率輸出。”

在鏡片問題之后,光路設計也是一大難題。由于高功率切割頭的變焦方式基本上都是準直鏡變焦,這與傳統低功率切割頭采用聚焦鏡變焦的方式不同。移動準直鏡對激光焦點的改變比移動聚焦鏡大得多,對高功率激光頭而言,如果準直鏡向上移動距離光纖更近,所承受的功率密度也就更高。

除了鏡片鍍膜工藝和光路設計之外,切割頭冷卻系統、電機精密控制也是高功率切割頭的難題。在板材切割過程中,激光功率提高帶來更大的能量,增大了鏡片、割嘴溫度上升的幾率,必須通過水冷或其他制冷方案來保證加工過程中的冷卻。在電機控制方面,釙鐳自動化在電機上設置了一些反饋方式,通過反饋進行補償,校正位置使定位更精準的同時也加快了調焦的響應速度。

激光切割頭前景預期

激光切割頭的前景與激光切割市場密不可分。隨著激光切割功率的提升,大大提高了加工效率,也大大拓展了可加工材料的厚度范圍。隨著智能制造進程的深入,激光未來的覆蓋率和市場占有率都會越來越高。在這樣的背景下,國產高功率切割頭還有著非常廣闊的發展前景。

除了功率提升之外,切割頭未來還將走向智能化。目前市面上的低功率切割頭只能看到焦點的變化,并不知道內部的情況。而高功率切割頭承受的能量更高,及時、準確地掌握切割頭內部情況尤為重要。因此,通過智能監測系統清楚地獲悉準直鏡、聚焦鏡、保護鏡溫度情況,氣體的壓力狀況,甚至是對鏡片清潔度進行監測,都將是切割頭未來的方向之一。

目前,6000W以上的國產切割頭市場占有率較低。隨著釙鐳自動化在萬瓦切割頭領域率先取得突破,填補國內空白,國產切割頭也將迎來更好的局面。據悉,釙鐳自動化致力于為激光智能裝備提供成套解決方案,公司秉承科技創新的理念去滿足激光裝備集成商的智能化需求。公司擁有強大的研發團隊,獲得國家多項專利,同時具備強大的售后服務團隊為中國萬瓦級激光智造的轉型升級提供強大的服務。




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