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激光技术持续升温——2017金属加工行业荣格技术创新奖侧记

来源:荣格 发布时间:2017-03-15 640
工业金属加工工业激光激光设备零部件光学材料与元件 研讨会报道
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从长三角到珠三角,再到渤海湾的京津冀,过去的几年,激光产业正在中国的各个角落快速布局。一时间,各地“光谷”如雨后春笋般的冒尖,并开始产生激光全产业链集群效应。的确,被业内誉为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”的激光,正在散发他的迷人魅力。

从长三角到珠三角,再到渤海湾的京津冀,过去的几年,激光产业正在中国的各个角落快速布局。一时间,各地“光谷”如雨后春笋般的冒尖,并开始产生激光全产业链集群效应。的确,被业内誉为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”的激光,正在散发他的迷人魅力。

根据最新发布的市场研究报告“2016-2022年全球激光加工市场预测”显示,到2022年, 全球激光加工市场规模预计将达到97.5亿美元,6年期间实现的复合年增长率为6.13%。预测期内,亚太地区将占据全球激光加工市场的最大份额。随着新应用及自动化进程加快,中国、日本及韩国将成为最主要的激光应用市场。

这个飞速发展的产业,在近两年出现了哪些创新技术?相信您能从“2017金属加工行业- 荣格技术创新奖”的获奖名单中找到答案。在今年超过110项的参评技术中,最终有38项创新技术脱颖而出,得到了评委及用户的一致认可,其中更是有约15项创新技术与激光相关。值得一提的是,德国通快公司(TRUMPF)凭借来自评委和用户的极高人气,以及自身所拥有的激光金属熔化和激光金属融覆两项技术,成为“年度创新团队”的获得者。

专家评委团成员之一的钢铁研究总院冶金工艺所副所长,教授级高级工程师冯光宏对于今年在金属成形领域出现的激光创新技术给予了高度评价,“不难发现,今年金属成形加工领域的先进技术增多,在异形、复杂断面金属加工和智能生产方面出现了诸多创新技术。”同时,来自华中科技大学激光加工国家工程研究中心副主任唐霞辉教授,广东省光学学会激光加工专业委员会主任、华南师范大学信息光电子科技学院院长张庆茂教授也为本届评选中的激光技术进行了严格评审。

本期中,让我们一同来看看这些站在科技尖端的创新激光技术。

激光技术篇

2017 金属加工行业——荣格技术创新奖获奖产品报道(一)

功能部件(含激光器)

贰陆 BIMO-FSC 高功率光纤激光切割头



贰陆Highyag 推出的BIMO-FSC 高功率光纤激光切割头,最高可承受功率可达8KW,有电动控制焦点位置和光斑大小两种配置可以选择,产品具有紧凑的结构,模块化设计,从而使贰陆Highyag 能够为客户提供宽范围的切割解决方案。可靠的结构和灵巧的设计能够适用多种材料和厚度切割,为终端客户在方便性和高效切割方面有优秀的表现。产品具有以下特性:

● 体积紧凑,模块化设计,适用于平板切割的各种应用

● 大范围的简便调整功能和明确的焦点位置指示

● 直线型和90度转角结构均可实现

● 最大40mm焦点调节范围

● 客户可以有1.2-3.2倍连续放大倍率的选择来获得不同直径光斑

● 6kW及以下激光功率无需水冷

● 保护窗快速更换

● 可选的高度传感器模块及保护镜污染监控模块

开发背景:

激光技术在国内市场的运用已经日益明显,特别是最近几年。据相关部门统计,目前二维和三维激光切割机加工占激光应用的65%,激光焊接占20%左右激光打孔、打标占10% 以下,其它应用占5%左右。我国已有越来越多的用户认识到激光加工的独特高效性能,在汽车制造业、航空航天领域、开关行业、机车制造和金属材料加工行业激光切割机都得到了普及性的运用。

随着大功率激光器光束质量的不断提高激光切割机的加工对象范围大幅扩大,几乎包含了当今所有的金属和非金属材料,适用行业也几乎覆盖了全球所有的加工制造生产行业,可以说,只要激光技术的研究开发能够快速转化为应用,激光加工的应用前景一片大好,且不可限量。

创新点:

● 利用贰陆Highyag本身的技术优势,如高功率透镜光学及冷却设计。采用高纯度熔融石英材料进行光学系统设计,可实现6kW以下无水冷切割;

● 采用非球面光学设计,实现光纤最佳匹配,准直光斑最佳,聚焦光斑尺寸小,能量集中度高,有效的提高了切割头的切割速度;

● 高密封性机械结构设计,保证内部镜片长时间使用寿命;

● 采用模块化设计,实现易耗品零部件的灵活维护。

贰陆红外激光(苏州)有限公司

电话:+86-512-6761 9295

网址:www.ii-vi.com.cn

凯普林 9XXnm/210W 高功率半导体激光器



NewBeamTM 系列915nm 高功率半导体激光器产品在全新的光学平台上实现了≥ 210W@135μm 0.22NA的功率输出。产品利用全新的光学耦合设计,将多支单管通过专利设计的光学结构进行空间和偏振合束,高效耦合入135μm/0.22NA光纤,实现了≥ 210W的稳定光功率输出。该产品还可提供内置热敏电阻,方便用户使用时精确控温。此外,NewBeamTM 系列产品体积小,结构紧凑,十分适用于小型化光纤激光器的泵浦。希望这款210W级915nm/135μm/0.22N.A. 光纤输出的稳波长泵浦产品为高功率光纤激光器用户提供更高效的泵浦、实现更高的光功率输出。

开发背景:

随着光纤激光器的应用越来越广泛,未来对≥ 2KW 级功率光纤激光器的需求明显增加,这就对作为泵浦源的半导体激光器的输出提出了更高的要求,要求半导体激光器向更高功率、更高亮度、更高性价比方向发展。目前在实现kW级别的高功率光纤激光器一般选择200W@200μm 量级或者140-150W@105μm量级的产品作为泵浦源,但是这两款产品配合在kW 级光纤激光器上,或者亮度不够或者性价比不够高。为了实现更高功率同时又保证性价比,我司开发了NewBeam TM系列915nm 210W高功率半导体激光器,希望能够为高功率光纤激光器提供更理想的泵浦源。

创新点:

利用全新的光学耦合设计平台,同时将多只管芯同时以超高耦合效率耦合进入135μm,0.22NA芯径光纤中并且保证产品可以稳定可靠的工作是改进创新的关键。如何实现高功率的耦合效率,如何设计光纤结构保证可靠性,如何保证产品设计适于批量生产都是技术难点。

北京凯普林光电科技股份有限公司

电话:+86-10-8368 1053

网址:www.bwt-bj.com

英诺 AOFemto 工业级飞秒激光器



AOFemto系列激光器采用了自主研发的混合主振荡半导体泵浦固体功率放大技术,目前AOFemto系列激光器可稳定输出功率20W 红外和10W绿光。基于成熟可靠的英诺激光AONano系列激光器产品生产线,AOFemto系列激光器采用了同样的高品质部件和配件,并且其紧凑型的产品设计极易整合于激光加工设备中,提供了可靠、稳定的优质光源,非常适合用于24/7 大规模生产环境。

由于拥有卓越的光束质量和稳定的高输出功率,AOFemto 系列工业级固体飞秒激光器几乎可以加工所有材料而不留下任何热损伤或留下非常少的热损伤。而这样高质量要求的材料加工在以前是不可能采用激光的。正因为拥有如此革命性的加工优势,AOFemto 广泛适用于汽车工业、医疗设备生产、消费电子业、工业激光加工、半导体,以及生物医疗和国防等行业。

目前这种独特的材料加工已经对汽车工业产生了重大影响,AOFemto 系列激光器已被用于处理高端喷油嘴的缸内喷气(GDi)模组加工。由于GDi 模组能够极大地提高引擎效率的同时,还能有效地增加经济效益和减少有害物质排放,所以目前几乎所有新生产的汽车都装配这种喷油嘴模组。

在消费电子行业方面,特别是AMOLED和OLED显示上,AOFemto 系列激光器已经广泛被用作制造精细的金属掩膜(FFM),而这种金属掩膜是将RGB 和电极材料沉淀在低分子有机电致发光显示器上。目前FFM 制作工艺是用光刻腐蚀法,不仅制造时间长,还造成掩膜表面留下严重的锥度,使得显示器失真。用AOFemto系列激光器则可以完美解决这个难题,生产商如今可以利用AOFemto去制造锥度极小的FMM掩膜,而更重要的,激光制造可以省去光刻腐蚀所需的光学掩膜。

开发背景:

飞秒激光市场在过去几年有了长足的增长,同时也被预测在未来的3 至5年内有飞跃性的爆发。然而,这一乐观的发展态势,依赖于飞秒激光器高额的采购成本和运营成本的下降。英诺激光视此为一个机会,借助于久经纳秒级激光器市场苛刻考验的成熟可靠激光器生产元器件、模组以及稳定紧凑的平台化、模块化激光器设计,经过不断检验测试,最终研制出行业领先、稳定和突出性价比的工业级飞秒激光器。

创新点:

飞秒激光及其特性让产品在新型材料和新型设计上的开发拥有无限可能。AOFemto系列激光器能提供给客户更具性价比的飞秒激光解决方案,让他们进一步提高设备的设计和性能,从而使得终端客户拥有更好的体验,并且还能减少使用危害环境的有毒化学制造。

英诺激光科技股份有限公司

电话:+86-755-86350999

网址:www.inno-laser.com

嘉强 自动调焦激光切割头



BM110系列是于2016年推出的一款自动调焦的光纤切割头。该产品外置电机内置驱动单元,通过线性机构驱动聚焦镜在22mm范围内自动变更位置,使用者可以通过程序设定连续调焦,完成厚板的快速穿孔和自动切割不同厚度、材料的板材。该产品可搭载D30的复合透镜组对光束进行整合,多元化的接口设置,使之能够搭配各种光纤激光器;优化了光学设计,水冷的设计使得激光头可以在高功率下长时间持续稳定地工作。

开发背景:

了解激光切割的朋友们知道,激光切割的高精度以及优秀的切割效果是和激光切割头焦点的控制不可分割的,尤其是在切割不同材料及不同厚度的板材时,更是需要进行精确的调焦。在现今市面上,绝大多数的激光切割头调焦的主要方式是依靠人工手动来完成的。而与传统的调焦方式不同,BM110具备了自动调焦的功能。

目前市场上的激光切割头大多都是不可调整焦距或者需要手动调整焦距,这样的激光头需要事先调整焦距,在做切割等工艺,只适合切割较为平滑的钣金材料,然而如果钣金材料高低不平,激光头则会因为无法对准焦距而产生位置偏移、切不透、毛刺严重、牵引线偏移大等等。因此EMPOWER 嘉强集合机电单元,解决了这一大障碍。

创新点:

BM110是通过采用一个电机驱动聚焦镜作上下运动来实现自动调焦的。只要在数控设备上设置数值,机器就可自动将焦点快速调整到最合适的位置。这大大提高了激光切割的加工效率,用户可以通过程序设定连续调焦,完成厚板的快速穿孔和自动切割不同厚度、材料的板材。搭配3kW 光纤激光器切割20mm碳钢板预穿孔时间保守估计小于8s,而工艺精湛的最快可达到3s !

上海嘉强自动化技术有限公司

电话:+86-21-6760 1510

网址:www.empower.cn

阿比泰克 自适应激光远程淬火头



RLH-A自适应激光远程淬火头是一款用于表面硬化或软化的多用途、高精度的激光加工系统。RLH-A获得专利的温度控制技术为热处理提供了一个清晰的加工过程。这开辟了一个广泛的应用领域:从细小工件到大型、复杂的工件,RLH-A都能胜任。

RLH-A 使用了一个高度动态的一维扫描单元来适应不同尺寸的作业轨迹。在扫描过程中,与激光束同轴的目标位置的温度被记录下来。记录下来的温度数据会被控制器对比激光功率的变化进行分析加工。RLH-A 有专利权的双极控制电路将使系统速度的调节范围更广、调节精度更高。这项技术既能有效的防止薄壁零件或零件边缘的过度加工,又能使热容量大的较厚工件得到充分加热。

开发背景:

随着工业自动化越来高,细小工件或大型复杂的表面热处理工件的逐渐增多,客户对局部表面热处理要求越来越高。伴随着激光大规模的应用,激光淬火应用而生。

制造者们要求能够实时记录并调节控制焊接目标位置的温度信息激光表面淬火技术,同时对零件表面淬火时能有效的防止薄壁零件或零件边缘的过度加工,又能使热容量大的较厚工件得到充分加热。还需要对各种复杂的零件进行均匀有效的表面淬火处理。

创新点:

● 只需一台RLH-A—就能完成各种轮廓工件的加工;

● 能对具有多维曲面轮廓、孔洞或凹口的工件进行局部硬化作业,同时适用于易扭曲变形工件的加工;

● 边缘层硬化;

● 过程参数的精确调整;

● 输入激光能做大范围的调整:焦点(直径,形状)、激光功率、扫描速度;

● 局部输入激光功率可调。

技术难点:

● 能对具有多维曲面轮廓、孔洞或凹口的工件进行局部硬化作业,同时适用于易扭曲变形工件的加工;

● 边缘层硬化:具有额外的优势—不影响其它部位的延展性;

● 局部输入激光功率可调:因此,在加工轨迹上的孔的边缘不会被破坏;厚度变化的工件所有部位都将得到相同的硬化效果。

广州阿比泰克焊接技术有限公司

电话:+86-20-8226 5568

网址:www.abitec.com.cn


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