激光加工機(jī)的市場銷售動向

目前烤惊，在鈑金加工行業(yè)內(nèi)主要的金屬鈑金切割激光加工機(jī)有2種轮砸，一種是大約20年前從工業(yè)激光改造成產(chǎn)品的CO2激光加工機(jī),另一種是大概5年前正式從工業(yè)激光改造成產(chǎn)品的光纖激光加工機(jī)瘦肥。從近幾年中國鈑金設(shè)備市場中激光加工光機(jī)的銷售臺數(shù)來看,CO2激光加工機(jī)占40%而光纖激光加工機(jī)占到60%溃杖。雖然2007年的時候硝锨，在市場上銷售的激光加工機(jī)基本上100%是CO2激光加工機(jī)耽慌，但是我們知道，近年來光纖激光加工機(jī)的勢頭猛烈储佣，正在不斷地被市場認(rèn)可辅任，銷售臺數(shù)正逐步擴(kuò)大。

■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(jī)位蓉，但是光纖激光加工機(jī)真的是最好的選擇嗎立漏？CO2激光和光纖激光，兩者因激光的物理特征不同冶媚，所以激光加工的工藝也不同聪戳。當(dāng)然實(shí)際上兩者有各自的長處和短處，根據(jù)加工對象的不同彭旬，各自有優(yōu)勢也有劣勢缰俊。

CO2激光是通過激發(fā)二氧化碳分子而得到的氣體光束，它的波長是10.6μm围辙；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(jié)晶我碟，將這個結(jié)晶體用光束照射后得到的固體激光，它的波長是1.08μm姚建。波長不同這一物理特點(diǎn)對兩者的加工特性帶來很大的影響矫俺。

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(rèn)識的。能夠通過光纖進(jìn)行傳播的原因在于它的波長掸冤，正因?yàn)樗?.08μm的波長厘托，才能夠通過光纖進(jìn)行傳播。用光纖進(jìn)行傳播的優(yōu)勢就是它的光學(xué)部品的使用壽命較長以及維護(hù)性能較高稿湿。

CO2激光加工機(jī)從發(fā)振器到加工點(diǎn)铅匹，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(nèi)進(jìn)行傳播饺藤。光路內(nèi)雖然被沒有普通灰塵或異物的空氣所填滿包斑，但是反射鏡的表面經(jīng)過長時間使用以后，也會被臟東西附著涕俗，需要進(jìn)行清掃罗丰。另外，反射鏡本身也會因吸收微量的激光能源而損耗山堵，需要進(jìn)行更換腊囤。再加上要從發(fā)振器到加工點(diǎn)傳播激光，需要用多個反射鏡來調(diào)整激光的反射角度進(jìn)行傳播硅决，所以要維持正常的運(yùn)行需要一定的技術(shù)能力和管理韭展。

但是，光纖激光加工機(jī)從發(fā)振器到加工點(diǎn)拂是，激光是經(jīng)由1根光纖來傳播的酬裆。這根光纖一般被叫做導(dǎo)光光纖辟侠。由于不需要像反射鏡那樣的光學(xué)部品，又是在與外界空氣隔離的導(dǎo)光光纖內(nèi)傳播激光的牡增，所以激光幾乎不會被損耗旱樊，可是嚴(yán)格說來，激光在導(dǎo)光光纖的外圍進(jìn)行反復(fù)傳播柑耙，所以導(dǎo)光光纖自己本身多少會有所損耗述茂，不過這個和CO2激光加工機(jī)中的反射鏡相比，使用壽命要長好幾倍雷鸟。另外雇寇，如果傳播路徑是在導(dǎo)光光纖的最小曲率以上的話，那么就能夠自由決定路徑蚌铜，所以調(diào)整和維持起來也非常方便锨侯。

在激光的生成過程(激光發(fā)振器構(gòu)造)中，兩者也有所不同冬殃。CO2激光發(fā)振器是將混有CO2的氣體放置在放電空間之后囚痴，生成激光的。為了確保從激光輸出功率而得出的共振長正常運(yùn)作审葬，在發(fā)振器的內(nèi)部配置了光學(xué)部品深滚，而且發(fā)振器內(nèi)部的光學(xué)部品需要進(jìn)行定期的清掃和更換。

光纖激光發(fā)振器涣觉，就像剛才所提到的痴荐，生成激光是在光纖內(nèi)部進(jìn)行的，而且與外界空氣相隔離官册，沒有光學(xué)部品生兆，所以就幾乎沒有必要定期維護(hù)。

CO2激光發(fā)振器的清掃等維護(hù)周期是設(shè)定在大約4000個小時膝宁，而光纖激光發(fā)振器是設(shè)定在大約20000個小時鸦难。前面所提到的在使用壽命和維護(hù)性能等方面，可以說對于光纖激光加工機(jī)來說有很大的優(yōu)勢籍喧。

另外拘挡，我們也可以試著從消耗電力之類的運(yùn)營成本角度也來進(jìn)行比較。CO2激光發(fā)振器的光電轉(zhuǎn)換率據(jù)說大概在10～15%蝶桑，而光纖激光發(fā)振器大概在35～40%。由于光電轉(zhuǎn)換率高哥笤，所以轉(zhuǎn)變成發(fā)散熱量的電氣能源變少窄切，光纖激光加工機(jī)才能夠?qū)⒗鋮s機(jī)之類的冷卻裝置所消耗的電力控制得更低。一般來說协悼，光纖激光加工機(jī)的發(fā)振器炫胡，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哈寂，但是，同樣的激光輸出功率下狗城，光纖激光加工機(jī)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佑茴。所以從激光加工機(jī)所有裝置的消耗電力來考慮，光纖激光加工機(jī)在CO2激光加工機(jī)的1/3左右的消耗電力下就能夠運(yùn)行蚊楞，可以說是非常節(jié)能的激光加工機(jī)键闺。

■加工特性的區(qū)別

在CO2激光和光纖激光的加工方面，因各自的波長不同澈驼，兩者的區(qū)別很大辛燥。

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，CO2激光加工機(jī)和光纖激光加工機(jī)的加工速度的比較圖缝其。激光的輸出功率都是4kW挎塌。我們可以看到在板厚4.0mm以下的領(lǐng)域中，光纖激光加工機(jī)能夠以CO2激光加工機(jī)的2～3倍的加工速度進(jìn)行加工内边。

為什么即使在同樣的輸出功率下榴都，加工速度方面會有這么大的差距？首先可以說是因?yàn)榧す饽茉磳饘俨牧系奈章蔬@一部分存在著很大的差異漠其。不僅僅是金屬材料嘴高，世間萬物中，由于物質(zhì)的物理特性不同辉懒，在不同的光的波長下阳惹，光能的吸收率也不同。例如上述所舉的不銹鋼材料眶俩，它對CO2激光的吸收率大約是12%琢播，而對光纖激光的吸收率是大概35%，相差3倍左右荠补。所謂的吸收率高茄颈，是指激光在照射到金屬材料之后，光能轉(zhuǎn)換成熱能后熔化金屬材料這一步驟的時間非常短宁线，所以也就能夠以很快的加工速度形成切割加工工藝去柿。

如果要用激光加工機(jī)對石英玻璃進(jìn)行切割加工的話，那么用CO2激光加工機(jī)是可以進(jìn)行切割加工的僻一，但是用光纖激光加工機(jī)卻不能進(jìn)行切割加工幅裳。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冀肆。另外铆寓，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(lǐng)域中，比CO2激光加工機(jī)更加有優(yōu)勢陵蜻，也是因?yàn)榻饘俨牧细芪展饫w激光的波長這一物理特性的原理怕收。

在比較不銹鋼材料的加工速度時，我們可以看到在板厚超過6.0mm的領(lǐng)域內(nèi)舆瘪，兩者的加工速度是基本相同的片效。從切割加工的工藝來看，與其參考瞬間熔化金屬的系數(shù)英古，還不如參考如何將熔化的金屬更高效排除的系數(shù)更為重要淀衣。用激光進(jìn)行切割加工時，要一邊將輔助氣體（普遍是指氮?dú)獠肝亍⒀鯕獾龋﹪娚渲良庸c(diǎn)一邊將激光照射至材料舌缤，這樣才能得到良好的加工狀態(tài)。不同的切割對象的材料某残，采用的輔助氣體也不同国撵。另外，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玻墅。在加工對象是厚板的情況下介牙，要得到良好的切割狀態(tài)，需要輔助氣體發(fā)揮作用澳厢，把要熔化的金屬從材料的下面部分下方隔離出來环础，最終可以達(dá)到提高加工速度的效果。

但是姊康，從加工領(lǐng)域和切割品質(zhì)的角度來看岗翔，可以說CO2激光加工機(jī)更勝一籌。CO2激光加工機(jī)在行業(yè)內(nèi)自實(shí)用化以來大概經(jīng)歷了30年的歷程碎瓢，它的加工工藝中很多的特性已經(jīng)被大家研究透徹蹲鱼，所以已經(jīng)能夠?qū)?yīng)從薄板到厚板的加工領(lǐng)域。另外戴仁，加工技術(shù)也已經(jīng)非常成熟哲耐，可以保證一定的加工品質(zhì)，不僅僅具備了切割各種形狀的加工技術(shù)贱僚，同時還具備了能夠確保切割面達(dá)到一定粗糙度之類的加工技術(shù)鳞爱。

用光纖激光加工機(jī)的切割加工在保證切割品質(zhì)方面還有一些難題未能解決。特別是在板厚超過3.0mm的領(lǐng)域內(nèi)吝沃，用光纖激光加工機(jī)加工出的產(chǎn)品便师，切割面的下方會有一些明顯的小顆粒附在表面難以剝離，這些小顆粒就是我們常說的浮渣俱竭。另外乙淡，切割加工面也與CO2激光加工機(jī)相比成形更加粗糙。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。激光加工是將激光反射至材料表面炊汹，然后金屬被熔化之后落下去的過程。光纖激光在吸收率比較高的金屬表面被反射時逃顶，會引起反吸收熔化切割面的金屬讨便，導(dǎo)致切割后得到的切割斷面變得粗糙。

圖2． CO2激光加工機(jī)的加工成形樣品

（左：不銹鋼材料20mm　右：軟鋼板25mm）

加工品質(zhì)是難以將其數(shù)值化的項目之一以政，所以很多客戶在選擇激光加工機(jī)時不怎么重視霸褒。但是，前面所講的浮渣問題就是有關(guān)加工品質(zhì)的問題盈蛮。采用光纖激光加工機(jī)即使速度變快废菱，成本控制得很低，激光切割加工之后抖誉，要是需要進(jìn)行去除浮渣等后道工序的話殊轴，總的加工成本與用CO2激光加工機(jī)加工出來的成本差不多。意思是說袒炉，大家需要更加重視激光切割加工機(jī)的加工品質(zhì)旁理。

■激光加工機(jī)的運(yùn)動性能

雖然我用光纖激光和CO2激光的概念進(jìn)行了比較，但是實(shí)際在選擇激光加工機(jī)時思早，只要做這樣的比較就可以了嗎个宾？光纖和CO2的概念，始終是激光加工機(jī)的構(gòu)成要素——發(fā)振器的比較包萧。激光加工機(jī)的構(gòu)成系統(tǒng)中還有叫X颁音、Y、Z的驅(qū)動軸荠划，這個驅(qū)動軸的運(yùn)動性能和控制性能也是一個很大的構(gòu)成要素恕下。

激光加工機(jī)加工的形狀除了圓孔、方孔杀铆、矩形以外還有異形孔沮汇、楔形、凹凸等復(fù)雜的外觀形狀抚袁。所以不管加工速度有多快嬉咐，如果決定加工形狀的XY驅(qū)動軸的運(yùn)動性能低的話，縮短加工時間也就無望了多尺。假設(shè)用光纖激光機(jī)加工绕睹，加工速度是40m/min,用CO2激光加工機(jī)加工，加工速度是20m/min憨琳，那么光纖激光機(jī)的加工時間會是因?yàn)樗乃俣仁荂O2激光加工機(jī)的2倍诫钓，所以在加工某個形狀時，加工時間也是CO2激光加工機(jī)的1/2嗎？如果加工的形狀復(fù)雜菌湃，加工孔數(shù)多的話问拘，答案就變成了NO。要明顯體現(xiàn)出加工速度差的話惧所，需要提高驅(qū)動軸的運(yùn)動性能骤坐，特別是切割加工時的加減速能力。

■激光加工機(jī)的綜合能力

有了較高的加減速性能,還需要能夠承受其運(yùn)動性能的強(qiáng)韌的高剛性機(jī)架下愈。為了保持產(chǎn)品的加工精度,就需要能夠控制高運(yùn)動性的內(nèi)在結(jié)構(gòu)纽绍。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(qū)動軸在內(nèi)的激光加工機(jī)的綜合能力。

因?yàn)楣饫w激光加工機(jī)的構(gòu)成要素相對比較簡單势似，所以在考慮設(shè)計和制造激光加工機(jī)時拌夏，沒有激光加工技術(shù)，也能制造出一定質(zhì)量的光纖激光加工機(jī)履因。另外辰诉，光纖激光加工機(jī)的很多構(gòu)成要素在市場上是可以買得到的，而且將這些構(gòu)成要素組裝后做出來的加工機(jī)其加工能力也基本不遜色那赘。這就是最近為什么制造銷售光纖激光加工機(jī)廠家泛濫的原因之一企恢。

但是在CO2激光加工機(jī)中，需要很多像激光傳播之類的加工技術(shù)朦我，所以各個加工機(jī)廠家之間就很容易出現(xiàn)特征和性能方面的差異弓聋。真正的激光加工機(jī)的廠家應(yīng)該具備成熟的技術(shù)，有能力設(shè)計和制造CO2激光加工機(jī)袜娇，還要用從生產(chǎn)CO2激光加工機(jī)所積累的加工技術(shù)能夠用來來設(shè)計和制造光纖激光加工機(jī)纷炼，擁有這樣子加工技術(shù)的廠家才是今后加工機(jī)市場上所需要的。

雖然加工精度和加工品質(zhì)很難用數(shù)值來表現(xiàn)输跑，但是能夠始終保持較高的加工精度和加工品質(zhì)桂葛，而且運(yùn)動性能也非常高的激光加工機(jī)才是最好的選擇。但是营将，在決定之前還需要根據(jù)加工內(nèi)容秀裂，進(jìn)行冷靜判斷。如果加工的材料中薄板比較多冗美，生產(chǎn)量比較大魔种，還想控制加工成本的話，光纖激光加工機(jī)是最好的選擇粉洼。但是节预，如果很多時候需要加工超過6.0mm的厚板，或者需要達(dá)到一定加工品質(zhì)的話属韧，CO2激光加工機(jī)比較合適安拟。后續(xù)作業(yè)需要用另外的工藝進(jìn)行蛤吓，而且用人力來操作的話，總的加工成本是非常高的糠赦。在選擇激光加工機(jī)時会傲，除了判斷激光加工工序以外，請從您的產(chǎn)品和制造的角度來進(jìn)行綜合的判斷愉棱。

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