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光學工程
光纖激光切割技術

切割技術不斷改進,而光纖激光切割成為目前本行業最前進的技術之一。光纖激光切割技術僅在近3到5年內出現。雖然很多公司剛開始了解此技術,但也開始意識到光纖激光切割和較普通的二氧化碳激光切割之間的差異。 

熱能切割方法主要包括火焰、等離子和激光切割技術,其中激光切割可實現最好的切割質量,尤其是對于直徑和厚度比小于1:1的精細特征和孔切割。這樣一來,激光切割技術成為本行業中最適合要求嚴格精細切割的方法。 

而在激光切割的范疇中,光纖激光切割獲得很多的關注,因為它既提供了二氧化碳激光切割可實現的速度和切割質量,而且維護和操作成本顯著降低。所以這使得光纖激光切割前景良好,許多專家相信它會很快代替其他的激光切割系統。 

光纖切割的主要優勢 

二氧化碳激光切割技術中,二氧化碳氣體是產生激光光束的介質。然而,光纖激光是通過二極管和光纖電纜進行傳輸工作的。光纖激光系統通過多個二極管泵浦產生激光束,然后通過撓性光纖電纜傳輸至激光切割頭,而非通過反射鏡傳輸光束。這樣有很多優勢,首先是切割床尺寸。氣體激光技術中反射鏡必須設定在一定的距離內,和其不同,光纖激光技術無范圍限制。而且甚至可以將光纖激光安裝在等離子切割床的等離子切割頭旁邊,二氧化碳激光切割技術無此可選件。同樣,在和同等功率的氣體切割系統比較時,由于光纖彎曲的能力使得該系統顯得更加緊湊。 

光纖切割技術最重要且有意義的優勢應該就是其能效性。憑借光纖激光完整的固態數字模塊、單一設計,光纖激光切割系統擁有高于二氧化碳激光切割的電光轉換效率。對于二氧化碳切割系統的各個電源單元來說,實際一般利用率約為8%至10%。而對于光纖激光切割系統來說,用戶可以期望更高的電源效率,大約在25%至30%間。換句話說,光纖切割系統整體消耗的能源比二氧化碳切割系統少約3至5倍,使得能效提高至大于86%。 

光纖激光具有短波長的特性,從而提高切割材料對光束的吸收性,而且使得能夠切割如黃銅和銅以及非導電性材料。更加集中的光束產生較小的焦點和較深的焦深,這樣光纖激光可以快速切割較薄材料以及更加有效地切割中等厚度材料。切割厚至6mm的材料時,1.5kW光纖激光切割系統的切割速度相當于3kW二氧化碳激光切割系統的切割速度。因為光纖切割的運行成本低于普通二氧化碳切割系統的成本,所以這可以理解為輸出量提高而商業成本降低。 

同樣存在維護的問題。二氧化碳氣體激光系統需要定期維護;反射鏡需要維護和校準,諧振腔需要定期維護。另一方面,光纖激光切割解決方案幾乎不需要任何維護。二氧化碳激光切割系統需要二氧化碳作為激光 氣體,由于二氧化碳氣體的純度問題,諧振腔內會污染,需要定期清理。對于一個數千瓦級二氧化碳系統來說,此項每年至少花費2萬美元。另外,許多二氧化碳切割需要高速軸流渦輪機輸送激光 氣體,而渦輪機的需要維護和翻修。最后,和二氧化碳切割系統相比,光纖切割解決方案更加緊湊,并且對地球的影響小,所以需要更少冷卻,而且能源消耗明顯降低。 

較少的維護和較高能效相結合使得光纖激光切割和二氧化碳激光切割系統相比,排放較少的二氧化碳,而且更加環保。 

采用光纖激光切割的注意事項 

采用光纖激光切割時需考慮的幾點重要事項。首先是護眼。光纖激光系統發出的光波長對眼睛有害,所以必須采取護眼措施。由于該技術出現僅不到5年時間,所以強烈建議進行有關適當的系統操作和安全的綜合培訓。很多操作工都沒有使用光纖激光切割的切割經驗,所以應通過對操作光纖切割系統進行好的初始培訓來彌補缺乏的經驗。 

另一項需要注意的是要切割的材料。雖然光纖激光切割擅長切割大部分材料,但是其不能用于切割丙烯酸類或聚碳酸酯類材料,而且僅能切割有限應用領域中的木質或纖維材料。同時,對于確定何時使用光纖激光切割來說,要切割材料的厚度是一項很重要的因素。較厚的材料需要更大的功率切割,而這些情況下,激光切割可能并非是很好的選擇。此時可以正好利用將光纖激光安裝在等離子切割頭旁邊的功能。在快速、便捷切換至等離子切割前,操作工可以使用光纖激光切割要求公差小的較薄材料。甚至可以使用2種不同的切割方法切割同一零件。例如,操作工可以選擇使用等離子切割零件的外部,然后使用光纖激光切割內部形狀。 

最后,最好將評定綜合激光切割設置需要的零部件以及如何購入各零件也考慮進去。裝備有激光電源、氣體操作臺、激光切割頭以及高度控制器、數控(CNC)和切割控制程序的系統將實現一體化解決方案寶貴的效益。憑借綜合解決方案,購買和集成光纖激光系統的過程變得不那么復雜。考慮篩選出已事先確定切割參數,優化專用于切割的系統,從而在接通電源后立即開始切割。 

結束語 

總之,同普通二氧化碳激光切割系統相比,光纖激光切割系統擁有眾多獨特優勢,如高能效、維護成本低、更加便捷的解決方案——但是其并不是適合所有的切割形式。在選取綜合的激光切割解決方案前,考慮安全事項以及培訓事宜、普通切割材料的類型和厚度,以及要求的切割質量很重要。 

如今,盡管激光切割技術能夠竭盡為各公司帶來眾多效益,但其仍是快速改進的新技術。也就是說激光切割技術很可能繼續改進以實現其將來真正的潛能,從而使得各公司可以在將來期望使用光纖激光切割技術更快和更好的切割。

 


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