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固体激光器巩固激光打标应用的地位

多年来,激光打标几乎“入侵”到各种制造业中。在性能和机器成本方面,激光打标技术更是突飞猛进。本文着重介绍了脉冲固体激光打标技术和应用。连续波固体激光器很少用于打标。CO2激光器广泛应用于有机材料(比如木材、皮革等)的包装打标。与固体激光器应用相比,二氧化碳激光器可应用于低对比度、工作面积更大的打标。固体激光器和二氧化碳激 光器的应用并没有明显的重叠之处。

 哪种才是合适的激光器?

 许多人都同意这一观点:汽车的马力越大,车速也就越快。这种观点非常简单,但不幸地是并不正确,也许还有其他更重要的因素。是不是还要考虑汽车的重量和牵引轮胎质量?一台马力稍逊的汽车很有可能在车速上会超过其他车。激光打标也会有同样的情况,要为当前的任务选择合适的激光器,对于激光器来说,要考虑的参数不是马力而是功率。其他要考虑的因素还有脉冲频率、脉冲宽度和峰值频率。

激光打标首先应该考虑客户的需求。人们通常需要在打标质量、打标时间以及打标深度三者之间进行权衡。打标所花费的时间和打标深度很容易量化。然而对于打标质量来说,每一个客户都有不同的期望,客户考虑的因素有:色彩对比、边缘质量(锐利、洁净、笔直、毛刺)、表面光洁度、线宽、分辨率、曲面上打标的一致性、抗划伤性(仅对塑料而言)、热影响区域(HAZ)以及脉冲到脉冲的稳定性,这还仅仅是列出了一部分因素。除了打标技术规范,一些客户还要求打标方法具备多用性,比如要求能够对多种材料进行打标,或者对同一种材料进行重复打标。

激光打标技术

 由于需求的复杂性,目前不存在一个简单的规则适用于所有应用——因为每一种应用都不相同。缩小参数范围的唯一方法就是详细了解不同激光打标技术的优劣,才有可能找到适合特定需求的激光器。一个应用的最终检验总是在应用实验室内由专业人士完成。当前使用的激光打标类型有三种:Nd:YAG(棒激光器)、Nd:YVO4(棒激光器)以及光纤激光器。Nd:YAG已经几乎完全被二极管泵浦激光器技术所取代。高性能YAG和钒酸盐激光器是水冷式的,但在性能稍低时也可以是风冷的。大多数光纤激光器也是如此。假定在同时采用最先进设计的情况下,就耗材、电源要求和泵浦二极管寿命而言,YAG、钒酸盐和光纤激光器的运行成本几乎完全一样。因此,客户可以选择适合他们应用需求的激光器,而不用考虑成本问题。

 相关的光束特性

 在金属上进行雕刻要求材料能够熔化和蒸发。这一工艺可以这样解释:平均激光功率用来熔化材料,峰值功率用来蒸发材料。达到最佳雕刻率有一个关键点,就是正好有足够多的已熔化材料能在有效峰值功率下被蒸发。如果已熔化材料过多,会导致雕刻率下降以及过多的再铸材料和毛刺。如果已熔化材料不足而峰值功率充足,会导致雕刻率下降。只有在高峰值功率下,才能在一些陶瓷和塑料上打出精密的高对比度标记。

脉冲宽度

 所有的固体激光打标系统都是纳秒级激光器。Nd:YAG激光器通常是10到150纳秒,钒酸盐激光器是5到30纳秒。这两种激光器的脉冲宽度会随着频率的增加而变长。光纤激光器的脉冲宽度或是固定在100纳秒范围内,或是通过使用主振荡光纤功率放大器(MOFPA)设计,从而让脉冲宽度在10到200纳秒间变动。脉冲宽度影响到材料的热穿透深度。短脉冲是灵敏型应用的理想选择,例如对油墨层做昼夜不间断的洁净烧蚀,以及对低热影响区域(HAZ)的金属打标。这种应用的一种例子就是在航空航天工业中的应力部件上打标。对于塑料来说,没有通用的规则,有些适合长脉冲,有些适合短脉冲。

 光束质量

 光束质量的度量标准是M2。M2值越小,光束质量越高,当M2=1时,激光光束是最理想的。如果激光的光束质量好,那么激光聚焦的光斑尺寸就越小,从而能量密度就越高,对于许多应用来说,高能量密度是理想的选择,甚至是必需的。还有两种效应与光束质量有关:

 ● 第一种是标记区域尺寸。标记区域越大,光斑尺寸越大。要想在获取最大标记区域的同时将光斑尺寸控制在一个合理的范围,必须有好的光束质量。

 ● 第二种是聚焦深度。光束质量越好,在离焦时打标工艺的容错性越高,这点对圆柱形零部件上的打标非常重要。

其他因素

 要想取得光滑的表面以及好的边缘质量,前一脉冲与下一脉冲的重叠非常重要。光斑在表面移动的越快(速率),要想取得一定的重叠(图1所示),要求的频率就越高。不幸的是,所有激光器的脉冲频率越高,脉冲峰值功率和脉冲能量就越低,只不过有些激光器情况稍好。这说明了为何选择光纤激光器和钒酸盐激光器用于快速烧蚀工艺(比如薄膜烧蚀)。

 频率响应

 每一类型的激光器都有不同的频率特性。图2显示了YAG和钒酸盐激光器典型频率特性。

 光纤激光器与YAG激光器、钒酸盐激光器有着很大的区别。通常情况下,光纤激光器开始时的峰值功率较低,但是当频率增加时,峰值功率仍能维持的很好。使用主振荡光纤功率放大器(MOFPA)方法的光纤激光器可以改变脉冲宽度,这有助于优化激光打标参数。例如在烧蚀工艺里,可以通过调整脉冲宽度找到已熔化材料和已蒸发材料的最佳比例。

 综述

对于固体激光打标系统来说,上述三种技术(Nd:YAG、钒酸盐、镱/光纤激光器)已经并将继续在工业制造中发挥作用。这三种技术都有可能进一步发展,以提高性能并降低价格。客户希望有机会使用各种技术对他们的零部件进行公正的应用试验。在激光打标应用中,除了诸如对比度、速度和深度等简单明了的性能外,其他因素也正变得重要甚至更重要。这些因素包括:可变的数据管理、条形码扫描器等周边配件处理、可现场维护的设计以及远程诊断。最后,在激光打标使用时,需要重点考虑进行激光功率校准,以取得稳定的激光打标效果。


发布时间 : 2018-07-12

新能源汽车销量2020年有望达200万辆 激光切割未来可期

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     在新能源汽车进入“快速发展”时期之后,可以预见的是,以激光技术为代表的先进制造技术在不断推动汽车制造业更新换代的同时,也将推动激光产业自身的快速发展。特别是作为汽车产业主要应用之一的激光切割技术,其应用前景将越来越广阔。

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,随着光束对材料的移动,孔洞连续形成宽度很窄的切缝,完成对材料切割的技术。这种切割技术不仅大幅度降低了人力成本,而且能够满足用户日益提高的个性化需求,目前主要被应用于汽车的平面板材切割和三维切割。其中面板材切割应用广泛,范围涵盖了汽车零部件、汽车车身、汽车车门框、汽车后备箱、汽车车顶盖等各个方面。

目前,在欧美等发达工业国家,有50%~70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其代表性的激光切割机设备制造商如德国通快TRUMPF、瑞士百超BYSTRONIC、意大利PRIMA、美国WHITNEY和日本TANAKA等这些国际知名公司已陆续开发出了大功率、大幅面、高速、飞行光路,三维立体、数控自动的激光切割机。这些激光切割机被应用于汽车制造、航空航天等各个产业,并且每年都在推出新的机型。

我国的激光产业起步较晚,但发展迅速。近几年诞生了如大族、华工、巨星等许多优秀的激光企业。这些企业不仅弥补了我国在激光行业的空白,而且在激光切割技术的研发上奋起直追、迎头赶上。

其中,华工激光注重自研,强调自主创新。2018年1月8日,华工激光联合华中科技大学、神龙汽车、江淮汽车、长城汽车、上汽通用、江铃汽车、中航精机、凌云股份、武汉法利莱等多家单位共同自主研发的“汽车制造中的高质高效激光焊接、切割关键工艺及成套装备”项目,在人民大会堂举行的国家科技奖励大会上,获得国家科技进步一等奖,实现汽车制造领域中激光焊接、切割关键工艺及成套装备国产化,打破国外在此领域40多年的垄断历史。

而作为国内领军企业之一的大族激光,以中国首台高架龙门三维五轴激光加工(切割、焊接、3D打印)机床与热成型件三维五轴激光切割机亮相央视纪录片《大国重器Ⅱ:发动中国》,自主研发惊艳众人,助力中国实现由制造大国向制造强国的华丽蜕变。

如今,先进激光制造技术与汽车生产的结合已是大势所趋。但在新能源汽车还在爆发的“前夜”,激光切割在汽车行业的应用前景广阔,市场潜力巨大。激光切割厂家理应抓住这次难得的机遇,实现发展上的一次腾飞。


发布时间 : 2018-07-09

恒好激光:坚持以核心技术占领市场

 近日,本刊编辑走进了东莞市恒好激光技术有限公司。与该公司总经理尹文君进行了深入交流。

 

东莞市恒好激光技术有限公司厂房

据了解,恒好激光位于东莞市厚街,是一家专业从事激光技术应用开发的高科技企业,也是国内较早致力于激光设备研发、生产销售、光、机、电一体化高新技术企业。恒好激光现已拥有两万余平米的生产基地,并自主建起现代化的研发中心和实验室。编者走进焕然一新的厂区,眼睛一亮,据介绍这厂房在一年前是恒好激光投资了近千万重新装修过的。

恒好激光主要产品包括大功率激光切割机、精密激光切割机、CCD摄像定位切割机等,分为大功率加工和精密加工两个事业部。在不久前的东莞厚街某展会上,恒好激光不仅展示了一台双平台、3015型2000瓦的大功率激光切割机,还首次展示了精密加工激光设备。恒好激光目前在大功率激光切割机方面可提供2000瓦到8000瓦的功率段。而在激光精密加工方面,产品包括在300瓦到2000瓦之间的中低功率精密激光切割机,主要针对电子制造、3C类产品的精密切割应用。

那么,与同行相比,恒好激光的产品优势在哪里呢?恒好激光的3015型2000瓦的大功率激光切割机与大部分同行相比,其加工精度是有较好优势的。另外,恒好激光的部分机器配件都是公司自己开发的模具,他们自己找系统公司研发的系统,经过二次开发,专门针对3C、电子、包括汽车行业研发的产品。2018年恒好激光将主推精密切割,预计投产500台左右。另外,公司的大功率切割机主要是针对钣金市场,机身全身都是板焊,控制配置则有德国倍福的,包括系统也是全进口的,所以配置是非常高的,水平定位跟通快是一个等级的。另外公司的团队人才有来自日本的企业,这就是恒好激光的竞争优势,亦是恒好激光的激光切割机的优势所在。

说到切割,东莞作为一个信息制造业比较发达的地方,其是否影响到恒好激光开发精密切割这一块产品定位的导向呢?并不是这样的。尹总介绍道:之前恒好激光积累了很多客户,从2009年公司创立到现在,他们的客户群体主要都是3C行业、还有汽车和电子行业,以后他们的发展方向也是朝这些方向走的。近些年来我们看到技术含量低的行业比如鞋子、服装、箱包、玩具等行业呈萎缩状态,因此恒好激光的主力方向就放在3C电子这一块了。

目前越来越多企业在做精密加工,尹总似乎并不太担忧未来竞争加剧。一方面是因为恒好激光去年进行了产品的转型,最大的收获是研发了七八款新机型,为今年的市场推广做铺垫。今年比较注重研发,对研发的投入比较大,其对产品研发的结果也十分满意。恒好激光此前团队方面只有二十几人,目前他们的人数大约100人,也成立了自己的研发中心和技术部门,所以尹总对公司的产品充满了信心。另一方面原因是公司走专业化路线,不同的产品针对不同的细分市场,因此公司方面没有太多竞争方面的担忧。

在谈到光纤切割行业如何健康发展时,尹总说:光纤激光给激光加工带来了革命性的变化,但切割行业必须要有差异化、专注化,细分到每一个行业,每个人做好自己的事情,而不是去恶意竞争,扰乱市场,这点非常重要。我们公司的产品定位是高端的,跟国际水平看齐,包括我们公司的产品品质、价格都是跟国际接轨。所以,我们不会跟随别人拼价格的发展战略,而是会坚持走自己的路线!

尹总认为:“虽然激光切割行业目前竞争非常激烈,市场上的产品种类也十分丰富,也出现了很多公司。但是,我们主要专注的是板材加工行业,我们希望做最稳定、最好的激光切割机。激光这个行业发展非常迅速,而我们只想专注做我们自己的事情。”

恒好激光2018年主要是把一些产品做得丰富和多元化,产品的发展方向要朝工业4.0、智能化、自动化这个方向前进的。人员方面,2018年公司计划把员工提升到两百人。业绩的目标是比去年翻一倍以上。恒好激光此前把注意力从去年开始都放在了研发上,一直专注于这件事,直到2017东莞DMP展会公司才把研发的产品拿来展示。如今,该公司在新产品、技术积累、员工团队等各方面均已完成布局,即将迎接市场机遇。把公司做大做强。

走访完恒好激光的整个厂区,夜幕已降。笔者非常欣赏恒好激光,公司领导尹文军也是一位年轻有为的企业家。这是一家非常有活力、前景光明的激光公司,祝愿恒好激光事业蒸蒸日上!


发布时间 : 2018-07-03

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

中国制造业转型升级的浪潮已经掀起,激光加工以高精度、速度快和形变小的特点成为现代制造业不可或缺的角色。随着大功率光纤激光器的不断突破,以及飞秒激光、皮秒激光技术的成熟发展,激光加工的应用领域越来越广泛,从钣金加工到汽车制造、航天及3D打印等领域不断扩张,并逐渐爆发出巨大的市场机遇。

6月27日,由CIMES2018主办方北京国机展览有限公司和OFweek中国高科技行业门户联合主办、OFweek激光网承办的“OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会-北京站”在北京新国际展览中心举办,来自北京工业大学激光工程研究院、普玛宝、瑞士百超、华工激光、通快、奔腾激光、阿帕奇的专家教授和企业高层,围绕着中国激光加工技术及智能制造趋势进行了深入的探讨。

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

会议现场

铝合金激光-VPTIG复合焊接技术

北京工业大学激光工程研究院副院长 吴世凯

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

铝合金材料具有比强度高、易于成型和耐腐蚀等优点,被广泛应用于汽车、高铁和航空制造领域,尤其列车高速运行要追求轻量化,而采用铝合金代替传统钢材料可实现列车减重50%左右的效果,所以铝合金材料受到了众多市场的喜爱。

不过,由于铝合金热源发散、能量密度低等特性,导致接头容易软化、变形大,给焊接工艺带来了许多难题。北京工业大学激光工程研究院副院长吴世凯分析了电弧焊接和激光焊的优缺点,前者成本低,但速度慢且容易变型,而后者成本高,温度梯度大会产生裂纹。

吴世凯认为激光和电弧复合焊接能带来较好的效果,VPTIG复合焊接可以进一步降低热输入,调控焊缝组织,提高接头力学性能。

激光切割机在钣金智能工厂的解决方案

普玛宝销售总监 范志民

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

作为全球激光及钣金机械市场的领头羊,普玛宝提供的产品涵盖冲压、激光加工、折弯、系统、自动化与软件,贯穿了金属制造全过程。在会议上,普玛宝销售总监范志民介绍称,普玛宝正在探索一种既能满足当前的生产需求,也能适应未来发展全新解决方案,那就是普玛宝的工业4.0和智能制造方案。

范志民指出,在智能制造解决方案中,管理者能够通过传感器和摄像头收集实时和历史数据,从而实现智能机器和自动化工厂的管理。普玛宝的智能软件集合了各种模块化软件系统,可以实现基于数据驱动的机器诊断和预测性维护,以及进行生产性能分析、机器状态和条件监测等。

Xpert 40移动折弯加工中心

瑞士百超产品经理 朱蔚

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激光加工过程中,折弯是一道重要的工序,而瑞士百超推出的Xpert 40移动折弯中心可谓将折弯工艺推向了一个新的水平。瑞士百超产品经理朱蔚介绍,Xpert 40配备了移动折弯加工机器人,可实现自动和手动折弯自由切换的解决方案,进行按需的自动化。

朱蔚表示,Xpert 40是一整套折弯加工解决方案,可以实现更好的自动化,便于自动化设备的改造升级。Xpert 40具有离线编程能力,可以在5分钟完成自动化加工切换,这不仅满足了小批的手动折弯加工也可以应付大批量工件的自动化加工需求。

激光加工技术在智能制造中的应用

华工激光智能装备事业群市场部总监 邢凯

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

作为全球第二家实现激光全产业链的企业,华工激光拥有为客户打造整套柔性化钣金智能生产线的能力。在会议上,华工激光智能装备事业群市场部总监邢凯展示了华工激光加工的多项先进技术。

邢凯表示,随着光源技术的突破,国产光源逐步取代进口,华工激光三维五轴激光切割系统实现全面的国产化,可以应用于汽车制造领域,从落料到拼接、加热、冲压实现了一体化。

华工科技采用了先进的定位技术和跟踪技术来提升加工的准确性。会议上,邢凯介绍了全自动化/半自动化数控切管、白车身焊接、汽车零部件焊接、家电厨具激光焊接以及动力电池自动封口线等精彩案例。

激光金属切割进入高铁时代

奔腾激光(温州)有限公司总经理 吴让大

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

激光切割机广泛应用于金属加工领域,而高功率激光更是机加工行业重点发展的方向。会议上,奔腾激光(温州)有限公司总经理吴让大介绍了12KW 闪电(Bolt)高功率激光切割机。

吴让大表示闪电高功率激光切割机采用了高速和高动态性能机床设计,配置了新版本SM4.0控制软件,以及高功率的激光头,可实现速度高达100米/分钟的稳定切割。

高功率激光比传统激光速度提高了很多倍,6kw空气切割不锈钢速度比氮气速度高6-10%,而在铝合金切割中15kw激光速度是6kw的3-5倍,吴让大展示了高功率激光在铝合金、黄铜材料的惊人切割效果,并表示激光金属切割的高铁时代已经到来。

让光纤激光技术成为大规模生产的可靠手段

阿帕奇(北京)光纤激光技术有限公司销售经理 齐向前

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作为光线激光器的首创者,阿帕奇(IPG)公司已经成为全球市值最高的激光公司。会议上,阿帕奇(北京)光纤激光技术有限公司销售经理齐向前介绍了光纤激光的最新成果的应用方案。

齐向前表示,超高功率激光意味着更高的加工效率,更低的加工成本和更高的加工能力。目前IPG可以提供10KW、12KW、15KW、20KW等高功率激光器,可以满足25mm到50mm厚度的钢板。
高功率激光的使用不仅能提高了切割的效率,而且可以大幅降低加工的成本。齐向前展示了12kw功率的不锈钢氮气切割数据,比6kw可提高200%速度,每米成本节约30-40%的效果。而15kw效率为6kw的4倍,每米切割成本下降2/3。

激光在钣金加工的广泛应用

通快中国区激光切割技术产品总监 陆骐吉 

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

受益于激光加工市场的快速增长,通快在过去一年收获了31.1亿欧元的营收,同比增长了10.8%。会议上,通快中国区激光切割技术产品总监陆骐吉带来了《激光在钣金加工的广泛应用》的演讲,作为激光器研发和机床整体设计厂商,通快已经型成了丰富而成熟悉的产品线。

会议上,陆骐吉重点讲述了通快的暴风切割技术,相比传统激光切割技术,暴风激光切割技术可以提高整体生产效率,同时有效减少切割气体消耗,使客户获得更高的产量。

为作为工业4.0联盟创始成员,通快推出了TruConnect解决方案,这是一套包含产品到服务的工业4.0解决方案,通过移动工作站、虚拟服务和状态监控等技术,显著减少每个订单的加工时间。

OFweek2018中国激光加工及智能制造技术研讨会成功举办

会议间,台下观众与专家进行了深入的互动交流。最后,论坛在热烈的掌声中完满结束。作为激光行业的专业门户,OFweek激光网将持续为行业输出高质量的交流峰会,下一站我们将移师广州,于9月28日将为大家带来“OFweek 2018中国激光精密加工及应用研讨会 · 广州站”,有兴趣的朋友请关注官网公布的最新动态或者通过官方微信进行报名。


发布时间 : 2018-06-29

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