激光技术持续升温------2017金属加工行业- 荣格技术创新奖侧记

3月13日，2017金属加工行业——荣格技术创新奖的颁奖晚宴在上海隆重举行。本次创新奖，最终共有38 项创新技术从110项参评技术中脱颖而出，横跨8个不同的产品类别，得到了评委及用户的一致认可。激光技术及3D金属打印成为今年评选中最热门的类别。当天，所有获奖企业相聚一堂，共同庆贺这个“创新之夜”。

值得一提的是，为表彰引领新产品或新科技进步的个人或团队，自上一届新设的“年度创新团队”也得到延续，今年获得该殊荣的是来自德国通快集团（TRUMPF）激光技术部下属的增材制造能力中心。凭借其激光金属熔化和激光金属熔覆两项技术，成为“年度创新团队”的获得者。

上期，我们为大家报道了2017金属加工行业- 荣格技术创新奖的部分激光获奖产品。本期，你将看到余下的创新激光技术。

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（二）

功能部件（含激光器）

阿帕奇D50摆动焊接头

D50 wobble摆动焊接头是IPG Photonics推出的用于焊接的激光加工头。它可承受的功率达到业内领先的12kW，具有多重参数选择，其附带污染实时监测功能（焊接头报警模块），支持摄像头选项和焦距微调功能，同时兼容多种准直镜及聚焦镜，机身设计轻巧。此外，用户还可以根据自身的需要，选配风刀、气体辅助装置/ 金属蒸汽抑制装置、同轴喷嘴等，并可选配焊缝跟踪模块，以达到更好的焊接效果。

创新点：

● 相比普通的激光焊接，具有更好的焊缝成形性和焊接质量；

● 其具有的螺旋线式加宽了焊缝，就意味着降低了焊缝预制条件——采用摆动焊接可实现间隙较大情况下焊接时的搭桥，从而降低了对前道下料工序的要求，也就降低了下料投入的成本；

● 正8字、倒8字（∞）、环形、线性等的多种摆动波形，以及可调节的摆动振幅与频率，有效满足了不同的焊接要求；

● 它与IPGWeld焊接软件的高效协同，实现了各种焊缝形状，灵活满足了各种焊接的要求；

● 它焊接铝材时有效抑制了气孔产生，提高焊缝质量，因此是铝合金焊接的理想选择；

● 能够焊接异种材料。

阿帕奇（北京）光纤激光技术有限公司

电话：+86-10-5058 6577 5515

电邮：rosemarywang@ipgbeijing.com

金先锋 光束质量分析仪

Beam Watch是目前唯一的非接触式高功率激光光束分析仪，利用颠覆性技术来测量高功率金属加工激光的光束特性，为更精准的加工提供了保证。它无需阻截激光光束，可以提供实时测量。可以每秒钟测量多次激光光束聚焦位置，焦点大小，由此可以直观测量出大功率激光器开启时刻激光的光束特性。

该技术具备：

● 实时测量激光光斑大小；

● 非接触式，激光光束完全通过；

● 激光器启动状态下测量焦平面位置及大小；

● 功率范围：1kW-没有上限（目前为止，已经测量到120kW）；

● 自动化系统集成接口设计；

● 本地网络GigE相机接口设计；

● 专利技术。

开发背景：

随着激光在工业加工中的应用越来越广泛，用户对激光器的要求也越来越高。为了得到更精确的加工指标，用户希望对激光器的认知也越来越全面。过去我们只需要了解激光器能否对金属进行焊接、切割、打标等就可以了。而现在，对参数的要求越来越严格。所以，准确检测激光器参数成为了工业加工用户的必要要求。

激光器主要有功率/ 能量、光斑大小、光束质量M2、焦点稳定性等参数。过去我们都是使用接触式测量方法，也就是激光直接照射在测量仪器上，然后得出我们需要的技术参数。随着激光器的功率越来越大，直接照射在测量仪器上的测量方法已经没办法适应工业加工的要求。主要原因是激光器功率太高，测量仪器需要大幅度衰减激光能量，这样已经没办法得到实时的准确数据了。因此，非接触式高功率激光光束分析仪Beam Watch应运而生。它具有专利技术，不需要直接接触激光，就可以实时测量出激光参数。因此收到了广大客户的好评。

创新点：

传统的测量方式都是由激光直接照射在检测仪器上，然后来测量激光的参数。但是随着激光功率越来越高，普通检测仪器已经承受不了激光功率，非常容易损坏。所以，非接触式激光测量仪器的出现可以说是势在必行。

如何对激光进行非接触式测量呢？这是一件非常难的事情。众所周知，激光本身没有实体，所以必须要有一个载体才能测量。我们利用高功率激光本身遇到高密度气体会产生散射的原理，给Beam Watch充高密度氮气。当激光照射到氮气上产生散射后，我们用相机来拍摄并进行分析，最终得出激光参数。由于激光并没有接触到实体，所以对激光功率没有限制，可以测量非常高的激光。

北京金先锋科技有限公司

电话：+86-10-6263 4840

网址：www.teo.com.cn

特种加工（激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工、3D 打印）

斯来福临

EWAG Laser Touch Machining® 激光加工专利技术

“EWAG LASER LINE ULTRA”激光机器采用最先进的超短脉冲激光技术，只需一次装夹即可加工各种具有复杂几何形状的高品质切削刀具。机床拥有EWAG Laser Touch Machining®激光加工专利技术，可处理所有最新商用精密磨削刀具材料，包括硬质合金、CBN、PCD、CVD 和MCD等。机器不会产生热效应区，因此刀具的表面加工质量极其优异，且寿命更长。

Laser Touch Machining® 激光机采用一种切向激光束加工工艺，通过在 10 皮秒的极短脉冲内使用激光束外沿塑造刀具表面，从而生成切削刀具的边缘和几何形状。这些超短激光脉冲会直接蒸发材料，而不产生明显的热量。在重复扫描工艺中，激光扫描单元与机器的八个数控轴同步运动，从而产生刀具的几何形状。LASER LINE ULTRA 激光磨床均装备了自动化技术，集成了6轴 FANUC机器人、二合一的 HSK 63型刀架和托盘。所有装备均可在无光线环境下不间断地进行回转刀具的全自动生产。该机器还能够使可转位钻石切削刀片的大批量生产实现自动化。

开发背景：

市场对PCD刀具的设计复杂性的提高以及多种超硬材料的需要一次装夹加工，如难磨削的单晶材料和新型的CVD材料。为超硬材料的复杂轮廓的加工提供技术保障。

创新点：

超硬材料刀具的刃口崩碎率及表面光洁度要求大大提高。与此同时产品加工的效率要求提高，使得机床在产品开发时需要多方面考虑。受到技术专利保护的Laser Touch Machining® 可以很好的解决这些问题。

柯尔柏斯来福临机械( 上海) 有限公司

电话：+86-21-3958 7426

网址：www.grinding.cn

天田 光纤激光加工机ENSIS3015AJ

天田（AMADA）最新推出的光纤激光加工机ENSIS3015AJ的最大特点，就是可以仅以2kW激光功率对25mm碳钢板进行不逊色于二氧化碳激光的切割。

以往，光纤激光无论其激光功率有多大，由于激光模态本身的缘故，导致焦点的能量密度更高，聚焦出来的焦点直径就更小，虽然可以以更集中的能量对薄板进行高速切割，但对于厚板的加工，却反而因为辅助气体无法在更小的割缝中被吹掉，导致切割不良或断面不理想。所以中厚板切割时所需要的，反而是焦点直径更宽，便于辅助气体将熔渣完全吹掉的焦点。

ENSIS的光束可变装置的基本功能就是可以根据加工材料不同而自动的改变光束品质，在薄板切割时以普通光纤激光的光束品质进行加工；反之，在中厚板切割时则自动变化光束品质，以此来实现中厚板更为节能、高效和高品质的加工。

并且，由于光束品质可以自动调制，在实际加工中就无需根据板材更换聚焦镜；配合喷嘴自动更换装置，真正实现无需工前准备的连续加工，进一步提高工厂运转率。

ENSIS光束可变技术，是致力于独立研发光纤激光发振器的AMADA公司所创造的先进技术，并已经提交申请专利技术。ENSIS在拉丁文里是“剑”的意思。代表着光束可变的ENSIS技术，就像划破光纤激光厚板加工壁垒的利剑一般，定将为光纤激光发展史又增添了浓厚重彩的一笔。

开发背景：

随着光纤激光的进一步市场化发展，针对用户“节能”、“变种变量”、“扩大加工范围”的要求，AMADA潜心开发了这款最先进光纤激光加工机。

以往，用户在激光设备的选择上，一般是薄板采用光纤激光，中厚板采用二氧化碳激光的加工区分。但出于进一步提高竞争力的需求，用户广泛提出希望中厚板也通过光纤激光生产。虽然该需求可以通过加大功率来实现，但存在着切割断面品质差、加工效率低等缺点。

另一方面，通过对用户加工板厚的调查统计得知，薄板和中厚板加工的比例一般为8:2左右。为了这20%的加工量不得不投资专用设备，无疑是一种资源的浪费。

出于这两方面考虑，AMADA决定开发光束可变技术。而将来，ENSIS技术将不仅用于切割，还将用于激光焊接等方面。

创新点：

● 光束品质的自动改变：要任意变化光束品质，就需要对激光的各部分零件及参数进行不断的实验。得益于AMADA的光纤激光发振器为独立研发，所以才能顺利攻克这一技术难点；

● 超越二氧化碳激光的厚板加工技术：使用一半的功率，就实现超越二氧化碳激光的加工品质及效率，并将其最佳加工条件存储于数控系统和辅助编程软件之中，这就需要大量细致的测试工作。AMADA采用了众多品牌的材料进行测试，这个过程是相当漫长的。另一方面，AMADA充分利用光束可变技术，历史性的将厚板穿孔时间控制在1 秒以内（以16mm 碳钢板为例），远远超越二氧化碳激光的技术；

● 全新的数控系统：为了让用户的操作体验更方便、更直观，AMADA开发了如智能手机般操作感觉的直觉式数控系统：AMNC3i。

天田（中国）有限公司

电话：+86-21-5985 8222

网址：www.amada.com.cn

通快 3D 打印系统 TruPrint 1000

TruPrint系列是通快集团为全球3D 打印领域带来的诚意之作。其小巧精致的外观，稳定的系统功能，定义了激光3D打印的全新标准。

TruPrint 1000是一台基于激光金属熔化增材制造技术的3D打印系统，在稳定而紧凑的工作系统下，机器最大的3D打印尺寸可达到直径为100mm，高度为100mm的体积。由于体积小，加上直观的触摸屏面板和Mobile Control（MCA）应用程序，可通过现场图片监控生产流程，操作简单便捷，减少了不必要的人力成本。以平行方式协调粉末涂层和激光照射来生产零件的方式将停机时间减少到最低，从而实现更快的处理速度。基于CAD设计模型，无论是小批量的还是一次性的原形件，甚至是复杂的工件形状，TruPrint 1000能满足客户的各种需求，为客户的个性化生产提供最低成本、最高质量且几何形状更加复杂、精致的轻便型产品。通快的3D打印系统特别适合于加工涡轮叶片、模具、牙齿或者医疗器械等行业。

开发背景：

市场对3D打印机加工金属工件的需求不断增长，因为它非常适用于工业环境。通快是世界上唯一一家在其产品范围内同时拥有激光金属熔化和激光金属融覆两项技术的制造商。选择最适合的加工过程取决于特定应用的细节之处。通快将大力进军增材制造行业，尤其是金属材质的3D打印技术和解决方案。公司全新的TruPrint 1000激光金属熔融技术系统能生产出更高质量、更精致且几何形状更加复杂的轻便型产品。

创新点：

简单且直观的操作；创新的涂层系统提高加工速度；移动操作和监控；远程诊断与可视化在线支持服务。

通快（中国）有限公司

电话：+86-512-5328 7700

网址：www.cn.trumpf.com

雷尼绍 RenAM 500M金属增材制造系统

RenAM 500M金属增材制造系统是一款专门为工厂车间的金属部件生产而设计的激光粉末床熔化式增材制造系统。可采用金属粉末床熔化技术，直接根据CAD数据制造多种金属材质的复杂组件。RenAM 500M 配有全面集成到系统控制硬件和软件中的500W光纤激光使用逐点曝光法提供激光能量，可精确控制金属粉末床所需的能量。在成型文件准备和处理阶段，可使用开源参数开发和优化工具来配置成型过程。它具有自动化的粉末和废物处理系统，可实现工艺品质的一致性、减少操作人员与粉末或废物的接触并确保高标准的系统安全性。该系统的加工体积为250 mm×250 mm×350mm。

开发背景：

RenAM 500M增材制造系统凝聚着雷尼绍十多年的金属粉末床熔化技术的开发成果和经验，并利用雷尼绍最先进的制造专业知识，最终打造出一款助力成功生产零件的平台技术。该系统是基于雷尼绍自主开发的光学系统和控制技术的系列产品中的第一款。

创新点：

● 光束定位技术：系统采用双轴检流计精确定位X和Y轴上的激光光束。经校准后定位精度在整个工作区域可达到±25μm。

● 动态聚焦功能：自主研制的光学系统可动态聚焦激光，对扫描区域实现平场校正，在整个工作区域精确控制光束焦点。

● 粉末自动化再循环：专为批量生产而设计，并配有机内自动化筛粉和再循环系统，可提高机器专门处理单一材料类型的效率。

● 超声波筛粉系统：可控制通过筛粉系统的粉末进料，通过送粉器输送加入到机器中的所有材料，并在传输到加料蓄粉仓之前进行筛粉。

● Z轴构造：配有雷尼绍Resolute ™绝对式直线光栅系统，分辨率达到100nm，可直接测量Z轴升降位置和光栅反馈补偿反向间隙。

● 双滤芯：获得专利的高性能SafeChange ™双滤芯系统支持在稳定的受控环境中长时间执行操作。

雷尼绍（上海）贸易有限公司

电话：+86-21-6180 6416

网址：www.renishaw.com.cn

大族激光 高功率高重复频率紫外金属切割设备

高功率高重复频率紫外金属切割设备是大族激光光源事业部以市场需求为向导，2015年8月针对切割手机阳极铝应用研发的一款新机型，采用高功率25W紫外固体激光器及自主研发冷却系统、EMCC卡控制系统、CCD视觉定位系统。

该产品具备：

● 加工精度高。自主研发的HL6.0切割件软件可以直接导入PTL、DXF、多种格式图形，并且支持在线修改，方便快捷得到你理想的加工图形。HL6.0软件把图形数据传到EMCC 控制卡控制振镜加工各种任意形状图，加工轮廓精度达0.01mm，结合CCD视觉对产品定位，加工的位置精度达0.02mm。

● 加工工艺质量好、效率高。激光切割切口细窄、切逢两边并行且垂直表面，材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切逢附近材料的性能几乎不受影响。加工过程序使用自制水冷却系统对产品降温切割比普通直接切割加工率效提高40%。

● 激光系统功率稳定，光斑模好。光斑椭圆度大于93%，平均功率稳定性小于2%RMS。自主研发冷却系统温控精度达0.1度，通过RS232与激光器通信，保证激光器稳定运行。

开发背景：

该设备能够为产品厚度0.6mm以下的加工带来裨益，由于传统的金属冲压加工工艺，外形尺寸公差大，位置精度无法满足，冲压效果不理想，无法满足客户对翻边、脱模、白点、切边粗糙度的要求，紫外激光器进行激光加工时直接破坏材料的化学键，是“冷”处理过程，具有很小的热影响区，能很好的控制加工精度和效果。激光切割设备配制自主研发的HL6.0切割软件系统，具有复杂曲线的切割图形编辑和文字处理能力，柔性度更大，能快速适应客户前期验证而变化产品的图形和规格。

大族激光公司从用户需求出发，自行开发研制了创新性的高功率高重复频率紫外金属切割设备，使用振镜快速扫描加工方式，配制高控温精度冷水机，自动循环冷却系统，可以满足客户对产品加工的高效率、高精度、低成本的要求，同时解决由传统工艺无法满足的切边效果。

创新点：

● 高功率激光器：高功率高重复频率紫外金属切割设备采用高功率全固态紫外激光器, 电光转换效率高、重复频率高、性能可靠、运行成本低、体积小、光束质量好、功率稳定。

● 自主研发HC010H3-82A冷却系统温控精度达0.1度，通过RS232与激光器通信，保证激光器稳定运行。

● HL6.0切割软件：该软件由大族激光自主研发，该系统是一个基于矢量图形切割并具备扩展文字处理、精确绘图和精美打标功能的切割控制软件。同时该版本支持的操作系统为Windows XP、Windows 7，使系统能够在更稳定、更可靠的环境中运行，极大提高软件运行的可靠性。

● 创新型水冷却切割工艺：高功率高重复频率紫外金属切割设备配有循环水冷却治具，把产品放置水面，并保持液面平行。切割时产生的热量通过水迅速带走，使用产品受到热影响更小，同时此方法切割比正常不加水冷却切割效率提高40%。

主要难点：

● 精度控制：该设备为高精密切割设备，切割产品位置精度为0.02mm，轮廓度为0.01mm。

● 治具水槽液面控制：由于产品厚度为0.6mm以内，激光切割使用循环水进行冷却，液面高度变动范围需要控制在产品的厚度以内。

大族激光科技产业集团股份有限公司

网址：www.hanslaser.com

华工激光 金属激光钻孔机

该金属激光钻孔机适用于加工1mm以下的金属加工，直径小于1mm以下的孔。设备主要特点是加工效率高、加工孔圆度高，可达到90%圆度，孔一致性好，可一次性加工多个孔。以加工0.8mm铝板为例，加工0.015mm孔，效率为400-500孔/秒，孔加工完成后肉眼很难看见，需用光照才能看到微孔。

该设备主要由机柜、光纤激光器、中型升降机、光具座、振镜，透镜组成。激光器采用进口高功率脉冲光纤激光器，该激光器具有高功率、理想的光束质量和高电光转换效率等特性，可进行光纤传输。具有其他各种固体激光器和气体激光器无与伦比的高可靠性，其优越性体现在宽范围的运行波长选择、极低的信噪比、极高的稳定性和超长的泵浦源寿命。

开发背景：

由于金属材质笔记本小而轻，外观看起来高档、精致，这几年在市场上越来越流行，市场占有率也不断提升。金属笔记本外壳上面有不少微孔需要加工，这些微孔直径小，用传统的CNC加工方法加工不出来，这时需要采取新的加工方法来加工。于是我们就想到了激光加工技术加工微孔，激光打孔的实质是把激光光束聚焦到工件上，将光能转换为热能一种加工方法。激光打孔的过程是将一定能量密度的脉冲辐射对工件材料的作用过程，将材料熔化和气化及部分材料以固态形式抛出的过程。激光微孔加工属于无接触加工，不损坏产品，激光热影响小，材料损耗小，效率高。

创新点：

本产品创新点主要是金属微孔激光钻孔工艺。微孔加工尤其是小孔加工比较难，尤其是加工直径在1mm 以下的微孔加工，其难度更是非常的大。微孔加工，是传统加工里面很难的技术，其介于传统加工和微细加工之间。在很多国家的研究室里，都有这方面的研究。用电火花是不错的选择，最小可以加工0.08mm直径的微孔，但是，其微孔孔壁会留下再铸层，从而影响微孔的使用寿命，使得微孔的孔壁表面质量发生恶化。利用激光加工微孔时是激光直接打孔是利用聚焦透镜直接打孔，孔大小，圆度取决激光光斑大小及圆度，孔的大小不易控制。只能适合较小的孔。孔径0.005-0.3mm左右，打孔速度快。

武汉华工激光工程有限责任公司

电话：+86-27-8718 0277

网址：www.hglaser.com