激光加工技術被公認為“未來制造系統的共同加工手段”

來源:中金普華產業研究院    關鍵詞:激光加工, 激光, 激光技術,    發布時間:2019-04-01

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激光加工技術是一種新型的綠色先進制造技術,相比傳統機械加工具備明顯優勢,其加工方式以非接觸方式進行,加工過程能耗低、環保效益高、加工速度快、低噪音、熱影響小、適應性強,可加工超高硬度、高脆性、高熔點材料,并可實現自動控制,在精密加工、復雜結構加工、批量自動化生產等領域具備明顯優勢,被公認為“未來制造系統的共同加工手段”。


二氧化碳激光器,可稱“隱身人”,因為它發出的激光波長為10.6 微米,“身”處紅外區,肉眼不能覺察,它的工作方式有連續、脈沖兩種。連續方式產生的激光功率可達20 千瓦以上。脈沖方式產生波長10.6 微米的激光也是最強大的一種激光。人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展,也是光武器和核聚變研究中的重大成果。

二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成,里面充以CO2氣體和其他輔助氣體(主要是氦氣和氮氣,一般還有少量的氫或氙氣);電極一般是鎳制空心圓筒;諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡,另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。當在電極上加高電壓(一般是直流的或低頻交流的),放電管中產生輝光放電,鍺鏡一端就有激光輸出,其波長為10.6微米附近的中紅外波段;一般較好的管子。一米長左右的放電區可得到連續輸出功率40~60瓦。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因為它具有一些比較突出的優點:

1、它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續輸出功率,這遠遠超過了其他的氣體激光器,橫向流動式的電激勵CO2激光器則可有幾十萬瓦的連續輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器,從脈沖輸出的能量和功率上也都達到了較高水平,可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉換效率可達30~40%,這也超過了一般的氣體激光器。

2、它是利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的,有比較豐富的譜線,在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來發現的高氣壓CO2激光器,甚至可做到從9~10微米間連續可調諧的輸出。

3、它的輸出波段正好是大氣窗口(即大氣對這個波長的透過率較高)。除此之外,它也具有輸出光束的光學質量高,相干性好,線寬窄,工作穩定等優點。因此它在國民經濟和國防上都有許多應用,如應用于加工(焊接、切割、打孔等),通訊、雷達、化學分析,激光誘發化學反應,外科手術等方面。

因為二氧化碳激光器能達到的功率非常高,經常用來做工業的切割機,而低功率的激光器常常用來雕刻。此外,由于水在二氧化碳激光器的發光頻率極容易揮發,因此也常常被用來做激光嫩膚,磨皮等激光手術。

相較于二氧化碳激光器,光纖激光器具有溫度穩定性好、光電轉換效率高、光束質量好以及成本較低等優點,因此光纖激光器在全球范圍內的金屬切割、焊接和標記等工業制造領域中已被大規模應用。2013年以及2017年全球光纖激光器銷售收入分別為8.41億美元以及20.39億美元,年均復合增長率為24.78%。

隨著光纖激光器的技術進步以及應用范圍的不斷外延,下游企業的強勁需求將支撐光纖激光器行業的持續發展。然而由于二氧化碳激光器更早被應用、技術更為成熟,且在金屬加工領域具有一定優勢,預計短期內無法完全被光纖激光器替代。
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