單模光纖激光切割工藝優勢

高亮度、高功率固體激光源,如光纖激光器,展現了它們在未來金屬切割應用中的潛力。IPU前身為丹麥產品發展學會,即InstituteforProductDevelopment,有一個研發的新概念采用了單模光纖激光器進行激光切割,已開始在DOEFLAC和ROBOCUT兩個項目中得以應用,並與許多其它項目夥伴開展合作。

  最初的實驗測試表明,這種新的加工方式有潛力超越先進的光纖激光切割和CO2激光切割,比後兩種激光切割技術的加工速度更快、效果更好,而且更便宜。預計,兩個項目完成之後,這種切割技術將日益成熟並達到一定水平,可依照通常的商業條件用於製造出產品並銷售。

  定製光束形狀

  這些項目基於一個原則,即:與使用單束圓形激光束的傳統激光切割相比,新的切割工藝采用了複雜的激光光束形狀。利用大功率單模光纖激光器獨特的聚焦特性,產生複雜的光束形狀,並使之有可能從整體激光能量中分出一部分,以便創建一個“匙孔”,用於激光焊接或激光切割應用中。其餘的能量將分配到熔體;在此之前,主光束用來創建一個適當的高蒸汽壓力分布在熔融材料表麵。這使得它可以將局部壓力施加在切口流出的熔體上,這遠遠超過了在激光切割中常用的同軸氣體噴射的壓力。結果是,切口非常狹窄。新工藝極具潛力,在較大的切割速度範圍內不會產生毛邊,而且在狹窄的輪廓切割中也能進行高速切削,產生高質量的切口。

  幾種切割方式

  而且,通過正確地定製激光光束形狀(添加“蓋”形的光束形狀),即使沒有使用切割輔助氣體,熔融流體也會沿著入射激光束相反的方向流出切口。因此一個單通道遠程切割技術被開發出來,這種技術具有明確的應用前景,比先進的遠程激光切割能更有效地從切口處去除熔融物。

  光束整形

  這種激光切割技術的核心是光束整形,可以通過不同方式實現,例如:設計一個配有單模光纖激光器的係統。通過光束組合結構——而不是把所有的單模傳輸光束匯入一條大的傳輸光纖中,就能將這些光束傳輸到切割頭,正如用於大功率多模光纖激光器配置。

  應用一個單模光纖激光源。采用一種先進的光學係統與一個特別設計的人工全息圖(也稱為衍射光學器件),將輸入激光束轉換為輻射模式,以便優化給定的激光切割工藝。由於光束模式是非對稱的,衍射光學器件必須根據實際切割方向轉動。 

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