光纖激光與金屬的切割情緣

光纖激光器具有無與倫比的生產率、是精度和成本效益的組合,因此主導了鈑金切割市場。2-6kW範圍的光纖激光器已成為許多製造車間的主力,與傳統切割技術如二氧化碳(CO2)激光器和等離子體焰炬相比,它能提供更快、更精確的薄金屬切割。然而,許多光纖激光器係統被設計成僅適用於有限厚度範圍內的金屬切割,特別是在此情況下,小而緊密聚焦的激光束能為薄規格的材料提供最快的切割速度,但對於較厚的板材,這種小光束在處理邊緣質量和最大厚度方麵存在較大的局限。或者,由於切口較寬、較大光束可以提高厚板的邊緣質量,但對於切割薄板則會發生很大的速度損失。

 

大型製造車間可以購買多個光纖激光工具,其中每種工具專用於切割特定的厚度範圍:用於輕型規格的小光束係統和用於較厚板材的大光束係統。對於隻倚靠一種工具來切割所有金屬的較小製造車間來說,如果被限於某個固定尺寸,那麽降低生產率將會被降低,特別是在麵對不同的作業組合時。這些車間通常會改變切割頭中的聚焦透鏡,以更好地優化給定作業的激光光斑尺寸。當激光器不能進行切割時,每次改變透鏡都會造成生產效率的損失,並且存在汙染透鏡和切割頭的風險,這可能導致災難性的故障以及較高的維修和停機成本。

 

自動調整激光光斑尺寸的能力將大大擴展光纖激光器的適用性、生產效率和工藝窗口。大多數現行方法需要自由空間光學的機動。例如,變焦切割頭、改變光纖發射條件的光纖-光纖或自由空間-光纖耦合器、或耦合到獨立加工光纖的2-4輸出光纖-光纖切換。這樣的自由空間光學方法會顯著增加成本和複雜性,並且會降低工具的性能和可靠性。它們對失調、汙染和環境條件(溫度、振動)敏感,造成功率依賴性(熱透鏡)、光損耗並(或)降低切換速度。變焦切割頭在頭部內裝有電動鏡片,比標準切割頭更大、更重,從而降低了加速性能,並對龍門和電機提出了額外的設計要求。使用這些方法的工具設計者需要將成本、性能和可靠性方麵的負擔傳遞給客戶(最終用戶)。



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