可编程激光束节省30%以上耗能

在激光材料加工方面有一个新的质量。通过液晶调制器，激光器的光束轮廓可以实现自由编程，具有很高的时间分辨率，但也可以分成相同的副本。当这种质量与在线过程监控和智能控制相结合时，零缺陷制造就可能成为现实。

在欧盟项目“METAMORPHA”（用振幅和相位定制的激光束进行量身定制的微加工）中，合作伙伴将开发一个具有所有细节的系统。该模块将与主要工业伙伴在三个应用中进行测试，目标是实现与传统工艺相比至少节省30%的能耗。

技术：快速、准确、灵活

对于超短脉冲（USP）激光器，业界已经非常熟悉和应用。利用皮秒或飞秒范围的脉冲，它们甚至可以烧蚀最硬的材料，并以微米级的精度进行烧蚀。现在，超短脉冲激光器的输出功率为几百瓦，今后的研究和开发的重点是如何更好地提升超短脉冲激光器的加工效率。

通过调整光束轮廓和多光束方法，可以有效地利用超短脉冲激光器

多年来，位于德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）一直在研究这个问题。除各种超短脉冲激光器外，Fraunhofer ILT的研究团队还拥有最新的高性能液晶调制器，用于激光材料加工中的光束整形。这些调制器可以承受150W的激光功率。在欧盟项目“METAMORPHA”中，其中的两个被连接在一个光学模块中。该模块可单独或作为多光束成形光束轮廓并与各种机器兼容，例如3轴设备、5轴设备、车削设备或辊对辊设备。

借助设备学习，实现零缺陷生产

液晶调制器的一个主要优点是，它能够每秒改变光束形状60次以上，从而可以优化加工过程，甚至在一个封闭的控制环中让改变加工过程成为可能。为此，通过智能控制系统对加工过程进行持续监控和调节。利用机器学习对工艺参数和策略进行优化，其目的是生产出完全无缺陷的零件。在相应的学习阶段之后，还可以模拟过程并预定义最佳过程参数。

该项目的主要目的是在生产中节省大量的能耗和资源。这对森拉天时（Ceratizit）、蒂森克虏伯（Thyssenkrupp）和飞利浦（Philips）这三个工业伙伴来说特别有意义。计划中的基于激光的制造方法，将意味着在可持续、经济的生产方面取得巨大进展。

在METAMORPHA 项目中，用于工业应用的动态光束整形得到了优化，
从而被提升到一个新的水平

在蒂森克虏伯，激光技术被用于构造压花辊。此前，这家企业生产的压花辊产品都是通过放电加工制造的，每年消耗超过10GWh的电力，在采用激光工艺后预计可节省90%的能耗。由于使用激光对磨损表面进行精确重组，压花辊的寿命可以延长10倍。森拉天时计划使用激光工艺制造硬质合金冲头和压花模具，并采用激光工艺修复磨损的工具。一个光子工艺链将使这种情况更快、更经济地发生。飞利浦则希望通过使用通用激光加工头，大大简化消费行业的产品制造。

欧盟项目METAMORPHA

项目合作伙伴希望将最新的激光技术、工艺知识和控制技术结合起来，以取代已有的工艺。如火花侵蚀或湿化学蚀刻，从而大大节省能耗和资源。通过激光材料加工对工具进行再加工，也是实现资源可持续利用的一个重要步骤。最终，这里使用的激光技术将为保护环境和健康做出重大贡献。该项目于2022年9月1日开始，为期4年。

作者：Martin Osbild（Fraunhofer ILT微型和纳米结构组成员）、Martin Reininghaus（Fraunhofer ILT微型和纳米结构组组长）

来源：荣格-《国际工业激光商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。