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激光设备核心激光器的种类、优缺点

摘要:激光器是激光设备的心脏。以激光切割机为例,按增益介质分,市面上占有率较高的工业用激光器是:固体激光器、CO2激光器和光纤激光器..

激光技术在工业中的应用已经无处不在。从汽车制造、动力电池、到手机制造、航空航天、医疗器械乃至国防军事等几乎我们能想到的所有领域,都活跃着激光器的身影 。而且对很多行业而言,激光技术已经成为一种不可或缺的支撑技术。

智能制造的核心之一是光电技术,而光电技术的核心之一正是激光器。激光器作为众多激光设备的核心,其重要性不言而喻。

以激光切割机为例:从激光器发射出的激光,经光路系统,聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件达到熔点或沸点,同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动,最终使材料形成切缝,从而达到切割的目的。激光器的选择从根本上决定了加工对象和加工状况。

按增益介质来分类,如今市面上占有率较高的三种工业用激光器是:固体激光器CO2激光器光纤激光器

固体激光器

固体激光器使用固体激光材料作为工作介质。此种工作物质通过灯、半导体激光器阵列、其他激光器光照泵浦得到激发。其中最常用的是YAG固体激光器。

通快-半导体激光器TruDiode-optical-arrangement
TruDiode optical arrangement

从加工角度来看:

YAG固体激光器能切割CO2和光纤不能切割的各类高反材料,如铝,铜等。但都是小功率,只能应用于8mm以下的薄板。切割效率比光纤切割差很多,比较慢。占地较小,节约空间。

从维护成本角度来看:

YAG固体激光器作为发展了多年的激光器,价格也较为便宜。但光电转换效率仅有3%。

CO2激光器

以CO2气体作为工作介质的气体激光器。其波长约10.6 μm(红外线),是重要的工业激光。

从加工角度来看:

CO2激光切割机切割范围较广,能切割较厚的金属板材,对于非金属材料,如亚克力、PVC、木质材料等也可以切割。切割断面质量好,较为光滑。加工厚板时切割速度较慢。

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

从维护成本角度来看:

CO2激光切割机加工维护成本较高,不仅前镜尾镜价格昂贵,而且涡轮机轴承的寿命只有8000小时,更换费用更是达到8万元每对。光电转换效率只有10%左右。CO2激光切割机的激光器结构复杂,维护起来不方便、操作要求高。

光纤激光器

光纤激光器是指用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维,其导光原理是利用光的全反射。

其应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。

通快-光纤激光器Technology-Picture-fiber-lasers
fiber lasers

从加工角度来看:

光纤激光切割机能切割各类金属板材,在薄板切割时,速度是CO2激光切割机的2~3倍,断面质量光滑,随功率的提高,可以切割更厚的板材。光束质量优良,焦点光斑直径微小,可进行精密加工。适宜柔性加工。

从维护成本角度来看:

光纤激光切割机维护成本低,光电转换效率可达30%。光纤激光切割机具有免调节、免维护、高稳定性的优点,能够胜任恶劣的工作环境。

光纤激光器的迅猛发展,正在不断蚕食着CO2激光器的市场份额,特别是在金属加工领域,几年之间,CO2激光器的主力军地位已不复存在。

但不可否认的是,市场上依然有很多应用是其他类型的激光器所不能胜任的,只能使用CO2激光器。CO2激光器本身独特的波长,使它成为加工一些非金属材料的不二选择,比如饮料瓶上生产日期等信息的打码。另外,在厚板切割领域,CO2激光器仍具有一定优势。

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