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怎么选择适合自己的激光器

  激光加工怎么选择适合自己应用的激光器?激光器是现代激光加工系统中必不可少的核心组件之一。随着激光加工技术的发展,激光器也在不断向前发展,出现了许多新型的激光器。

激光加工

  早期激光加工用激光器主要是大功率CO2气体激光器和灯泵浦固体YAG激光器,发展趋势主要是往激光功率提高的方向发展,但当激光功率达到一定要求后,激光器的光束质量受到重视,激光器的发展随之转移到提高光束质量上来。接连研发出了半导体激光器、光纤激光器和碟片激光器,使激光材料加工、医疗、航空航天、汽车制造等领域取得了飞速的发展。

  CO2激光器、Nd:YAG激光器、半导体激光器、碟片激光器和光纤激光器作为目前市面上最常见的五类激光器,它们各自有怎样的特点及应用范围呢?

  CO2激光器

  应用:CO2激光器的激光波长为10.6um,对金属的吸收系数较低,一般适用于非金属材料的切割,可用于金属材料的焊接。能广泛应用于航空、电子仪表、机械、汽车等领域的焊接应用。

  Nd:YAG激光器

  应用:YAG激光器对金属的吸收系数较高,可以进行金属的切割、焊接、打标等应用。由于其具有能量大,峰值功率高、结构紧凑、牢固耐用、性能可靠等特点,被广泛应用于工业、国防、医疗、科研等领域。

  半导体激光器

  应用:半导体激光器受限于激光光束的均匀性较高,其穿透性较差,因此不适合进行金属切割应用,但其光斑的特点适合金属的表面处理,如熔覆,硬化,3D打印等。可广泛应用于航空航天、医疗,汽车等领域。

  碟片激光器

  应用:碟片激光器是空间光路耦合结构,因此光束质量很高,对于激光材料应用方面如金属切割、焊接、打标、激光熔覆、硬化和3D打印等均可适用,其广泛应用于汽车制造、航空航天、精密机械、3C电子等领域。

  光纤激光器

  应用:由于光纤激光器电光转换效率高,金属吸收系数好,光束质量高,因此可进行金属切割、焊接、打标、金属表面处理等应用。广泛应用于航空航天、汽车制造、3C电子,医疗等领域。

  激光技术在工业上的应用十分广泛,但究竟选择哪一类激光器产品更合适,还是要根据每个激光器的性能和应用来选择,下面就用一张表带你看懂各类激光器的特点及应用。

  五类激光器的性能及应用对比

激光器类型 YAG激光器 CO2激光器 光纤激光器 半导体激光器 碟片激光器
激光器波长(μm) 1.0-1.1 10.6 1.0-1.1 0.9-1.0 1.0-1.1
光电转换效率 3%-5% 0.1 35-40% 70-80% 0.3
输出功率(kw) 1-3 1-20 0.5-20 0.5-10 1-20
光束质量 15 6 <2.5 10 <2.5
聚焦性能 发散角大,不易获得单模式,聚焦后光斑较大,功率密度低 光束发散角小,易获得基膜,聚焦后光斑小,功率密度高 光束发散角小,聚焦后光斑小,单模和多模光束质量好,峰值功率高,功率密度高 光束发散角较大,聚焦后光斑较大,光斑均匀性好 光束发散角小,聚焦后光斑小,功率密度高
切割特性 较差,切割能力低 不适合切割金属材料,切割非金属材料时切割厚度大,切割速度快 适合切割金属材料,切割速度快,能适应不同厚度的板材切割,效率高,切割厚度大 因光斑均匀性较一致,光束穿透性较差,不适合切割应用,适合金属表面处理 不适合切割金属材料,下个速度较快,能适应不同厚度板材的切割
焊接特性 适用于点焊/三维激光焊接/高反材料焊接 适用于激光钎焊,高反材料焊接 适用于点焊/钎焊/复合焊/激光扫描焊和高反材料焊接 适用于钎焊/复合焊/激光熔覆焊接/金属表面处理/高反材料焊接 适用于激光点焊/钎焊/复合焊/激光扫描焊接/高反材料焊接
可加工材料类型 可加工铜/铝 不可加工高反材料 可加工高反材料 可加工高反材料 可加工高反材料
金属吸收率 35% 12% 35% 35% 35%
体积 较小 最大 小巧紧凑 较小 较小
维护周期 300小时 1000-2000小时 无需维护 无需维护 无需维护
相对运行成本 较高 较高 较低 一般 较高
加工便携性 柔性好,适应性强 不方便移动 柔性好,适应性强 柔性好,适应性强 柔性好,适应性强,抗震较敏感
使用寿命 大于300小时 大于2000小时 大于10万小时 大于1.5万小时 大于10万小时

  与传统的CO2激光器、YAG固体激光器相比,半导体激光器具有很明显的技术优势,如体积小、重量轻、效率高、能耗小、寿命长以及金属对半导体激光吸收高等优点。随着半导体激光技术的不断发展,以半导体激光器为基础的其他固体激光器,如光纤激光器,直接输出光纤半导体激光器及碟片激光器等的发展也十分迅速。其中,光纤激光器发展较快,尤其是稀土掺杂的光纤激光器,已经在光纤通信、光纤传感、激光材料处理等领域获得了广泛的应用。

  国产激光器快速崛起 进口替代势不可挡我国当前正处在制造业升级的重要时间窗口,高精度、高效率、高自动化程度的激光加工设备有广阔的市场空间。近期的中美贸易战对于中国机械制造业,尤其是激光装备行业的影响几何,尚待市场去揭晓,但值得庆幸的是,近年来国产激光器发展迅猛,自主研发能力日趋成熟,使产品性价比更占优势,因此进口替代大势所趋。


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