【編者按】激光加工是激光系統(tǒng)最常用的應用澡屡。根據(jù)激光束與材料相互作用的機理梆暖，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類颈畸。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程乌奇，包括激光焊接、激光切割眯娱、表面改性礁苗、激光打標、激光鉆孔和微加工等困乒；光化學反應加工是指激光束照射到物體寂屏，借助高密度高能光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積娜搂、立體光刻迁霎、激光刻蝕等。

■激光加工機的市場銷售動向

目前百宇，在鈑金加工行業(yè)內主要的金屬鈑金切割激光加工機有2種考廉，一種是大約20年前從工業(yè)激光改造成產品的CO2激光加工機,另一種是大概5年前正式從工業(yè)激光改造成產品的光纖激光加工機。從近幾年中國鈑金設備市場中激光加工光機的銷售臺數(shù)來看,CO2激光加工機占40%而光纖激光加工機占到60%水搀。雖然2007年的時候涛帐，在市場上銷售的激光加工機基本上100%是CO2激光加工機，但是我們知道沟智，近年來光纖激光加工機的勢頭猛烈梯匠，正在不斷地被市場認可，銷售臺數(shù)正逐步擴大啡洁。

■CO2激光和光纖激光的基本區(qū)別

雖然現(xiàn)在的市場趨勢是偏向光纖激光加工機扶绒，但是光纖激光加工機真的是最好的選擇嗎？CO2激光和光纖激光蕊肖，兩者因激光的物理特征不同幅之，所以激光加工的工藝也不同。當然實際上兩者有各自的長處和短處逐豆，根據(jù)加工對象的不同刑炎，各自有優(yōu)勢也有劣勢。

CO2激光是通過激發(fā)二氧化碳分子而得到的氣體光束范颠，它的波長是10.6μm浦译；而光纖激光是在光纖中放入一種作為媒介的Yb（ytterbium）化合物的結晶，將這個結晶體用光束照射后得到的固體激光溯职，它的波長是1.08μm精盅。波長不同這一物理特點對兩者的加工特性帶來很大的影響。

最初光纖激光這一概念是由于它是通過光纖能夠傳播的激光被人認識的。能夠通過光纖進行傳播的原因在于它的波長渤弛，正因為它1.08μm的波長祝拯，才能夠通過光纖進行傳播。用光纖進行傳播的優(yōu)勢就是它的光學部品的使用壽命較長以及維護性能較高她肯。

CO2激光加工機從發(fā)振器到加工點佳头，是借助反射鏡傳播激光的，一般是在與外界空氣隔離的光路內進行傳播晴氨。光路內雖然被沒有普通灰塵或異物的空氣所填滿康嘉，但是反射鏡的表面經過長時間使用以后，也會被臟東西附著籽前，需要進行清掃亭珍。另外，反射鏡本身也會因吸收微量的激光能源而損耗枝哄，需要進行更換稿服。再加上要從發(fā)振器到加工點傳播激光，需要用多個反射鏡來調整激光的反射角度進行傳播德籍，所以要維持正常的運行需要一定的技術能力和管理舀闻。

但是，光纖激光加工機從發(fā)振器到加工點消耸，激光是經由1根光纖來傳播的手霎。這根光纖一般被叫做導光光纖。由于不需要像反射鏡那樣的光學部品租既，又是在與外界空氣隔離的導光光纖內傳播激光的杖进，所以激光幾乎不會被損耗，可是嚴格說來宿拔，激光在導光光纖的外圍進行反復傳播隧庐，所以導光光纖自己本身多少會有所損耗，不過這個和CO2激光加工機中的反射鏡相比肪斗，使用壽命要長好幾倍钾排。另外魁胁，如果傳播路徑是在導光光纖的最小曲率以上的話共螺，那么就能夠自由決定路徑，所以調整和維持起來也非常方便情竹。

在激光的生成過程(激光發(fā)振器構造)中藐不，兩者也有所不同。CO2激光發(fā)振器是將混有CO2的氣體放置在放電空間之后秦效，生成激光的雏蛮。為了確保從激光輸出功率而得出的共振長正常運作，在發(fā)振器的內部配置了光學部品，而且發(fā)振器內部的光學部品需要進行定期的清掃和更換挑秉。

光纖激光發(fā)振器法梯，就像剛才所提到的，生成激光是在光纖內部進行的犀概，而且與外界空氣相隔離立哑，沒有光學部品，所以就幾乎沒有必要定期維護姻灶。

CO2激光發(fā)振器的清掃等維護周期是設定在大約4000個小時铛绰，而光纖激光發(fā)振器是設定在大約20000個小時。前面所提到的在使用壽命和維護性能等方面铡畜，可以說對于光纖激光加工機來說有很大的優(yōu)勢丈巩。

另外，我們也可以試著從消耗電力之類的運營成本角度也來進行比較那梭。CO2激光發(fā)振器的光電轉換率據(jù)說大概在10～15%超丛，而光纖激光發(fā)振器大概在35～40%。由于光電轉換率高竣恃，所以轉變成發(fā)散熱量的電氣能源變少菱砚，光纖激光加工機才能夠將冷卻機之類的冷卻裝置所消耗的電力控制得更低。一般來說萤掷，光纖激光加工機的發(fā)振器理促，對于發(fā)振器的冷卻溫度管理相對于CO2發(fā)振器來說精度要求更高，但是焊轴，同樣的激光輸出功率下控栓，光纖激光加工機的發(fā)振器用CO2激光發(fā)振器的1/2～2/3左右的冷卻能力就足夠了。所以從激光加工機所有裝置的消耗電力來考慮相梭，光纖激光加工機在CO2激光加工機的1/3左右的消耗電力下就能夠運行辽乎，可以說是非常節(jié)能的激光加工機。

■加工特性的區(qū)別

在CO2激光和光纖激光的加工方面涂滴，因各自的波長不同友酱，兩者的區(qū)別很大。

圖1．不銹鋼材料的加工速度比較圖

圖1所示的是在加工不銹鋼材料時柔纵，CO2激光加工機和光纖激光加工機的加工速度的比較圖缔杉。激光的輸出功率都是4kW。我們可以看到在板厚4.0mm以下的領域中搁料，光纖激光加工機能夠以CO2激光加工機的2～3倍的加工速度進行加工或详。

為什么即使在同樣的輸出功率下，加工速度方面會有這么大的差距郭计？首先可以說是因為激光能源對金屬材料的吸收率這一部分存在著很大的差異霸琴。不僅僅是金屬材料椒振，世間萬物中，由于物質的物理特性不同梧乘，在不同的光的波長下澎迎，光能的吸收率也不同。例如上述所舉的不銹鋼材料选调，它對CO2激光的吸收率大約是12%嗡善，而對光纖激光的吸收率是大概35%，相差3倍左右岖酸。所謂的吸收率高皆坚，是指激光在照射到金屬材料之后，光能轉換成熱能后熔化金屬材料這一步驟的時間非常短币遮，所以也就能夠以很快的加工速度形成切割加工工藝笑敷。

如果要用激光加工機對石英玻璃進行切割加工的話，那么用CO2激光加工機是可以進行切割加工的躏印，但是用光纖激光加工機卻不能進行切割加工嫁商。這個是由于石英玻璃可吸收CO2激光的波長，而對光纖激光的波長不吸收反而會穿透這一物理原理引起的笋俭。另外捏趴，平時我們所說的光纖激光在鋁、銅等高反射性材料的切割領域中沦恩，比CO2激光加工機更加有優(yōu)勢筑唁，也是因為金屬材料更能吸收光纖激光的波長這一物理特性的原理。

在比較不銹鋼材料的加工速度時拒惯，我們可以看到在板厚超過6.0mm的領域內饺饭，兩者的加工速度是基本相同的。從切割加工的工藝來看职车，與其參考瞬間熔化金屬的系數(shù)瘫俊，還不如參考如何將熔化的金屬更高效排除的系數(shù)更為重要。用激光進行切割加工時悴灵，要一邊將輔助氣體（普遍是指氮氣扛芽、氧氣等）噴射至加工點一邊將激光照射至材料，這樣才能得到良好的加工狀態(tài)积瞒。不同的切割對象的材料川尖，采用的輔助氣體也不同。另外赡鲜，輔助氣體的另一大作用是將熔化后的金屬從材料的下方隔離出來空厌。在加工對象是厚板的情況下庐船，要得到良好的切割狀態(tài)银酬，需要輔助氣體發(fā)揮作用，把要熔化的金屬從材料的下面部分下方隔離出來，最終可以達到提高加工速度的效果揩瞪。

但是赋朦，從加工領域和切割品質的角度來看，可以說CO2激光加工機更勝一籌慕怀。CO2激光加工機在行業(yè)內自實用化以來大概經歷了30年的歷程线盔，它的加工工藝中很多的特性已經被大家研究透徹，所以已經能夠對應從薄板到厚板的加工領域阐祭。另外柄童，加工技術也已經非常成熟，可以保證一定的加工品質搬挡，不僅僅具備了切割各種形狀的加工技術免趋，同時還具備了能夠確保切割面達到一定粗糙度之類的加工技術。

用光纖激光加工機的切割加工在保證切割品質方面還有一些難題未能解決术拇。特別是在板厚超過3.0mm的領域內蔬透，用光纖激光加工機加工出的產品，切割面的下方會有一些明顯的小顆粒附在表面難以剝離祠烁，這些小顆粒就是我們常說的浮渣发荧。另外，切割加工面也與CO2激光加工機相比成形更加粗糙饰吕。這個就是上述所說的對金屬材料的吸收度較高這一特性所引起的現(xiàn)象刃唤。激光加工是將激光反射至材料表面，然后金屬被熔化之后落下去的過程白群。光纖激光在吸收率比較高的金屬表面被反射時透揣，會引起反吸收熔化切割面的金屬，導致切割后得到的切割斷面變得粗糙川抡。

圖2． CO2激光加工機的加工成形樣品

（左：不銹鋼材料20mm　右：軟鋼板25mm）

加工品質是難以將其數(shù)值化的項目之一辐真，所以很多客戶在選擇激光加工機時不怎么重視。但是崖堤，前面所講的浮渣問題就是有關加工品質的問題侍咱。采用光纖激光加工機即使速度變快，成本控制得很低密幔，激光切割加工之后楔脯，要是需要進行去除浮渣等后道工序的話，總的加工成本與用CO2激光加工機加工出來的成本差不多胯甩。意思是說昧廷，大家需要更加重視激光切割加工機的加工品質。

■激光加工機的運動性能

雖然我用光纖激光和CO2激光的概念進行了比較偎箫，但是實際在選擇激光加工機時姚熊，只要做這樣的比較就可以了嗎猖沈？光纖和CO2的概念，始終是激光加工機的構成要素——發(fā)振器的比較红最。激光加工機的構成系統(tǒng)中還有叫X诲狐、Y、Z的驅動軸拟艳，這個驅動軸的運動性能和控制性能也是一個很大的構成要素喧畏。

激光加工機加工的形狀除了圓孔、方孔悦浙、矩形以外還有異形孔愤栽、楔形、凹凸等復雜的外觀形狀挟七。所以不管加工速度有多快善歌，如果決定加工形狀的XY驅動軸的運動性能低的話，縮短加工時間也就無望了侮杆。假設用光纖激光機加工吸哩，加工速度是40m/min,用CO2激光加工機加工，加工速度是20m/min疮蹦，那么光纖激光機的加工時間會是因為它的速度是CO2激光加工機的2倍诸迟，所以在加工某個形狀時，加工時間也是CO2激光加工機的1/2嗎愕乎？如果加工的形狀復雜阵苇，加工孔數(shù)多的話，答案就變成了NO感论。要明顯體現(xiàn)出加工速度差的話绅项，需要提高驅動軸的運動性能，特別是切割加工時的加減速能力比肄。

■激光加工機的綜合能力

有了較高的加減速性能,還需要能夠承受其運動性能的強韌的高剛性機架快耿。為了保持產品的加工精度,就需要能夠控制高運動性的內在結構。要最大發(fā)揮發(fā)振器的激光加工能力,就需要提高包括驅動軸在內的激光加工機的綜合能力芳绩。

因為光纖激光加工機的構成要素相對比較簡單掀亥，所以在考慮設計和制造激光加工機時，沒有激光加工技術妥色，也能制造出一定質量的光纖激光加工機搪花。另外，光纖激光加工機的很多構成要素在市場上是可以買得到的锉窑，而且將這些構成要素組裝后做出來的加工機其加工能力也基本不遜色岛牺。這就是最近為什么制造銷售光纖激光加工機廠家泛濫的原因之一。

但是在CO2激光加工機中袁朗，需要很多像激光傳播之類的加工技術涮愧，所以各個加工機廠家之間就很容易出現(xiàn)特征和性能方面的差異叶偶。真正的激光加工機的廠家應該具備成熟的技術，有能力設計和制造CO2激光加工機确铛，還要用從生產CO2激光加工機所積累的加工技術能夠用來來設計和制造光纖激光加工機饱舆，擁有這樣子加工技術的廠家才是今后加工機市場上所需要的嘴符。

雖然加工精度和加工品質很難用數(shù)值來表現(xiàn)巨揪，但是能夠始終保持較高的加工精度和加工品質，而且運動性能也非常高的激光加工機才是最好的選擇蒿荤。但是涂嫡，在決定之前還需要根據(jù)加工內容，進行冷靜判斷禾绊。如果加工的材料中薄板比較多抬泛，生產量比較大，還想控制加工成本的話焕数，光纖激光加工機是最好的選擇纱昧。但是，如果很多時候需要加工超過6.0mm的厚板堡赔，或者需要達到一定加工品質的話识脆，CO2激光加工機比較合適。后續(xù)作業(yè)需要用另外的工藝進行善已，而且用人力來操作的話灼捂，總的加工成本是非常高的。在選擇激光加工機時换团，除了判斷激光加工工序以外悉稠，請從您的產品和制造的角度來進行綜合的判斷。

■AMADA的提案

我們AMADA這次向中國客戶開始銷售光纖激光加工機（LCG-3015AJ）和CO2激光加工機（LCG-3015）2種新產品艘包。這2種機型新產品高水準實現(xiàn)了激光加工機的綜合能力的猛，也是滿足客戶所有需求的激光加工機，請您務必從您客戶的產品和制造的角度來判斷想虎。關于激光加工機的選擇衰絮，可以隨時與我們的擔當人員聯(lián)系，我們會為您提供最合適的方案蝎业。

圖3．CO2激光加工機：LCG-3015

圖4．光纖激光加工機：LCG-3015AJ

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