虽然工业激光领域更奇特的突破往往成为头条新闻，但中小型制造商继续利用供应商提供的主力切割、焊接和标记系统的省时省力优势，这些系统将密集的工艺指导与更智能的操作软件。
包括 IPG 的手持式 LightWELD 1500 装置、更高吞吐量的增材制造系统和更强大的蓝色波长激光器在内的进步在今年赢得了大量赞誉。 LightWELD 是国际光学和光子学会 SPIE 颁发的年度 PRISM 奖制造类别的三名决赛选手之一。
Marubeni Citizen-Cincom 的 Laser L2000 系统将车削、钻孔和铣削与光纤激光切割、焊接和蚀刻。 （由 M 提供arubeni Citizen-Cincom)虽然更大规模的切割、焊接和标记系统往往是制造工程的重点——我们不会让您失望，我们将在本文后面介绍这些系统——值得讨论“通过掌握更先进的基于光子学的系统提供的“利基市场的财富”。投资合适的高端设备并通过严格的供应商验证流程的商店在医疗合同制造等领域取得了成功。
另外两家 PRISM 制造决赛入围者，Boston Micro Fabrication (BMF) 和位于华盛顿州温哥华的 nLight 介绍了 3D 打印的进步，以提高工业生产的速度和质量。据新闻稿称，nLight 的 AFX-1000“旨在实现激光粉末床熔合的广泛采用……用于批量生产的金属增材制造”。该新闻稿称，“nLIGHT 的 AFX 光纤激光器具有事实证明，它可以显着提高构建速度，同时保持出色的材料质量和一致性。 AFX 通过允许完全在光纤激光器内实时调整光束大小和形状来实现这些结果，而无需使用复杂的自由空间光学器件。”
BMF ultimate 赢得了 2021 PRISM其 microArch S240 微型精密 3D 打印机专为短期工业生产量身定制。根据一份新闻稿，S240“建立在 BMF 的专利投影微立体光刻技术或 PµSL 之上，该技术允许使用紫外线闪光以微尺度分辨率快速光聚合整层液体聚合物”。 “复杂、精确和可复制部件的卓越生产使 PµSL 成为广泛行业的终端部件和原型制作用例的最佳选择，包括医疗设备制造、微流体、MEMS、生物技术和制药、电子、教育化，以及研究和开发。”
对于焊接锂离子电池中的铜和铝部件——特别是电动汽车——由于金属吸收波长的速率高于红外光，蓝色激光已变得突出.位于科罗拉多州 Centennial 的 Nuburu 是 2017 年 PRISM 提名者，今年为其焊接和 3D 打印应用赢得了新专利。
Amada 的 FLW ENSIS 焊接装置。 （由 Amada 提供）电池焊接“是激光焊接研究中一个非常受欢迎的领域，”Prima Power Laserdyne 的 Mark Barry 指出，他是这家总部位于明尼苏达州布鲁克林公园的公司的销售和营销副总裁。一般来说，人们对小型精密零件的激光加工越来越感兴趣。一个典型的例子是 LASERDYNE 811，它是为涡轮发动机专业人士开发的减少应用，但现在正在被在汽车领域应用的公司购买。
涡轮发动机制造“在大流行期间受到了巨大打击，”巴里指出。 “许多引擎项目停滞不前。但令我们惊喜的是，到 2021 年，尽管新发动机计划仍存在不确定性，但一级和二级供应商正在询问新设备。”
更广泛地说，他总结道，“现在有趣的是我们以前没有合作过的潜在客户和工程师的增加，他们对激光连接的可能性非常感兴趣。在过去的几年里，我们看到越来越多的公司正在考虑和实施组件设计，让您可以考虑激光焊接。这是由于激光速度、自动化可能性和加工的一致性，以及行业找不到合格焊工的简单事实，所以我们 h必须重新打开考虑使用激光加工的大门。”
取代 TIG 和 MIG 焊接
一个制造商的副业项目——半挂卡车的铝制配件——促使对激光加工进行了大量投资一种激光焊接系统，该公司正在寻找更多使用新系统的方法。
爱荷华州卡罗尔的爱荷华海关是一家从 Terad Fabricating 分拆出来的企业，后来转向位于布埃纳帕克的 Amada America Inc. Amada 的 FLW 产品经理 Dan Belz 解释说，加利福尼亚州对其梯级和照明组件的需求激增。
“现在很难找到合格的焊工，即使在大都市地区也是如此——但当你'在农村地区，这要困难得多，”Belz 指出。 “最重要的是，优秀的铝焊工更难找到；这不是一件容易的焊接。”
随着爱荷华海关的发展，业主每天要花费 9 个小时进行 TIG 焊接数十种产品。通过购买 Amada FLW3000 ENSIS fiber 激光系统，“他重获新生。 FLW 焊接不仅更快而且更好，因为没有后处理；他只需将产品发送出去进行阳极氧化处理即可，”Belz 说。
爱荷华州海关设计并制造了自己的固定装置，包括 36 × 12 × 12"（91.44 × 30.48 × 30.48 厘米）辅助照明套件. “这是相当重的铝，”Belz 说，“我们为激光焊接稍微调整了他们的设计，并在工艺上提供了很多帮助。但他们焊接了很多；他们是一家聪明的商店，所以他们起飞了
Belz 解释说，在从 TIG 过渡到光纤激光焊接的过程中，零件重新设计需要优化更紧密的装配。对于 TIG，夹具又大又重，因为热量和电线被放入这个过程。“它变成了一个钣金夹具——规格更轻一点，更宽容一点。我们去掉了电线，你得到了一个非常坚固、干净的 fusion 焊接，我们几乎消除了研磨和抛光。”
此外，现在“操作员负责操作工作台和切割激光；他们从一个人把所有时间都花在焊接上，变成了他做其他事情，激光操作员维护和供给 FLW。”
激光焊接给零件带来的热量要少得多与 MIG 和 TIG 焊接相比，热致损坏和变形更少。 （由 IPG 提供）同时，针对传统的 TIG 和 MIG 焊接应用，IPG 于 2020 年 11 月推出了手持式 LightWELD 1500 激光焊接系统。LightWELD 设计为风冷式高可靠性工业装置，已被制造采用商店、HVAC 公司、重型设备制造商和领先的航空航天公司，据 s 主管约翰·比克利 (John Bickley) 说IPG 的系统营销。 “几乎所有拥有不适合自动化制造的轻型焊接应用的人都会受益。”
LightWELD 的尺寸为 316 × 641 × 534 毫米，比一些传统的 TIG 焊机更小。系统输出可调至 1,500 W 平均激光功率，峰值功率为 2,500 W，可对厚度达 4 mm 的钢和铝进行单道焊接。 LightWELD 的内置摆动功能使用 150 µm 的光斑尺寸来获得精度和高功率密度以与反光材料兼容，允许将焊缝宽度扩展至 5 mm。可选的自动送丝机提供了额外的灵活性，可以容纳具有更宽安装间隙的零件。
与所有激光焊接一样，LightWELD 将更少的热量带入零件并产生更少的热引起的损坏和变形比传统的 MIG 和 TIG 焊接。 LightWELD 的用户报告说焊接时间比传统方法和作业更快需要很少或不需要焊后整理的 ins。更快的焊接时间、更少的热效应和更短的精加工时间相结合，可实现更高的吞吐量。
与传统的手工焊接方法相比，传统的手工焊接方法需要熟练协调行进速度、编织、送丝速度以及可能的脚-据该公司称，踏板控制 LightWELD 具有可编程的摆动宽度，是一种更容易学习的焊接技术，相对新手只需练习几个零件即可轻松产生良好的效果。为典型的材料和厚度组合提供了 IPG 推荐的工艺参数，使新用户几乎可以立即成为高效的生产者。
除了焊接工艺外，激光还可用于精加工和清洁。使用焊接工艺的变化，“外观通道”可以进一步改善焊缝的光洁度和外观，并且计划中的可选清洁功能将提供焊前表面准备其应用将不仅限于激光加工零件的能力。
最终，“LightWELD 将更少的热量放入零件，并在更短的时间内产生高质量、具有视觉吸引力的接头，”Bickley 总结道。 “相对缺乏经验的操作员可以轻松执行 LightWELD 焊接，并将在解决高技能焊接能力严重短缺的问题上发挥作用。”
混合机器中的激光器
拥有的灵活性传统 CNC 加工系统中的激光精度在简化制造过程中继续获得牵引力。
Marubeni Citizen-Cincom Inc. (MCC) 的 Laser L2000 系统 — 将车削、钻孔和铣削与光纤激光切割相结合、焊接和蚀刻——对于通常没有棒料进给机器的客户特别有用，MCC（新泽西州艾伦代尔）的激光产品经理 Randy Nickerson 指出。
“在我们的多轴机器中安装了激光器es 不仅允许您在激光特征之前或之后进行任何可能需要的车削（车床）工作，而且还使您能够执行任何去毛刺，”Nickerson 解释道。虽然典型的零件可能需要在车床上车削，用激光打磨，然后带到工作台上去毛刺，“我们在带有高压冷却液和雾气控制的九轴棒材进料机上的系统将能够完成所有这些功能更经济。这将消除车床和激光之间的排队时间，并且在大多数情况下，完全消除了钳工时间。这节省了大量时间，并缩短了获得成品零件的时间。”
有一段时间，MCC 的传统瑞士客户“由于缺乏有效手段”而错失了许多激光切割机会生产零件，”尼克森回忆道。 “这让我们调查了这些类型的零件是在哪里制造的。这把我们带到了激光产品制造商代理部门；这些公司在车床加工完成后才拿到零件，只做激光加工。通过增加激光选项，我们已经将其中一些制造商转变为新的瑞士客户群。”
MCC 开发了使用各种装载机将预切零件毛坯插入夹头的系统。 “使用碗式喂料器、步进式喂料器、机器人和 MCC 设计的自动装卸系统为我们的客户提供了解决和改进其制造过程的工具。这在制造复杂部件时尤其重要。”
MCC 遇到的大多数应用“直径小于 20 毫米，有些应用的尺寸小于 0.5 毫米。小直径零件非常具有挑战性，因为在高转速下旋转长棒材的尺寸和不稳定性，您不能总是从棒料中运行它们。” MCC 的自动化部门设计和建造单元来应对这些挑战。 “我们我曾使用碗式送料器装载直径小于 0.5 毫米的零件，并使用步进式送料器将直径降至 1.5 毫米。其中许多部件是壁厚薄至 0.004 英寸（0.102 毫米）的管子。”
激光功率从 100 W 到 6.5 kW 不等，并且全部采用风冷方式，无需冷却器。“我们现在还在切割头内安装了一个温度和湿度传感器，用于监控这些水平，并在其中一个增加到可能损坏设备的程度时停止。”
激光打标
Beamer 的全国销售经理 Nicholas Kaczmarski 说，随着跟踪和可追溯性越来越成为监控正品零件和产品性能以及防止假冒的一部分，激光打标是“一个值得涉足的伟大行业” Laser Marking Systems，法拉盛，密歇根州。
枪支、航空航天和医疗行业的严格要求正在推动激光打标的进步——尤其是涉及到工程解决方案时结合定制的自动化以提高吞吐量，同时消除操作员错误。
Beamer Laser Marking Systems 的在线激光打标系统。 （由 Beamer 提供）随着枪支行业特别繁忙，Kaczmarski 指出，在制造部件的同一台 CNC 机器上进行的标记正在转移到专用标记系统上。他解释说，在 CNC 机器上标记这些零件可能需要 30 秒到两分钟；现在，这段时间专门用于零件生产。
虽然 Kaczmarski 预计医疗和汽车市场会随着这些行业摆脱 COVID-19 大流行所需的及时库存而回暖，他指出，“我们开始看到激光打标在航空航天领域的应用急剧增加。”塔由于国防部的标记标准 Mil-Std 130N，以及美国联邦航空局 (FAA) 对激光标记的批准，国防和商业航空航天标记应用将成为 Kaczmarski 预测的“标记行业在未来的指数级增长”中的重要组成部分25 年。”
大约 70% 的应用可以通过 Beamer 标准解决方案之一的变体解决，Kaczmarski 解释说，“而 30% 的工业激光打标解决方案由我们的工程或在线解决方案解决”
在一个枪支客户的案例中，Beamer 设计了一个系统，该系统通过采用德国 Straubenhardt 的合作伙伴供应商 TBH GmbH 提供的 100 W 振镜激光系统和烟雾抽取设备，将吞吐量提高了 20%。 Beamer 的 Marking Creator 3.0 软件提供了“独特的竞争优势”，这要归功于允许用户更改“大量附加参数”现状；典型的打标软件并不常见。
在位于康涅狄格州布卢姆菲尔德的 Dapra Marking Solutions，扩大“激光打标窗口”一直是一个优先事项，据副总裁 Dave Noonan 说。
Noonan 解释说，Dapra 基于检流计的标记系统即将进行界面升级，以允许操作员更轻松地标记更大的区域。与安装在高架龙门架上的激光器不同，振镜装置通过反射镜偏转光束进行标记，允许在标记区域的边界内调整角度。
“我们经常与拥有铭牌等应用的人交谈那是 9 英寸（22.86 厘米），或者谁想要组合多个部件，”Noonan 解释说。“问题不在于技术不存在——我们可以做 XYZ 平台——但等式的软件方面是橡胶遇到了道路，这就是我见过的大多数激光接口失败的地方。”这将允许用户标记，因为例如，在 24 in2 (155 cm2) 窗口内，而不是更常见的 4 × 7" (10.16 × 17.78 cm) 空间内。Dapra 的“更简化的操作界面使客户能够标记更大的标记窗口，而无需工程师来设置和运行它。”
而且，由于 XYZ 标记平台的功能通常会使系统成本翻倍，因此 Dapra 正在努力使它们更实惠，Noonan 补充道。
“我们觉得我们在这里有一个真正的赢家，因为现在我们是可扩展的。如果你正在标记枪支并且你想做枪管并在激光头下排列 10 支枪，系统是否是开放式的或封闭式——我们可以提供——客户将能够与该枪支上的任何区域进行交互。系统名称，努南说。“我们目前命名我们的亲管道”，但计划开始将机器瞄准个别行业，包括医疗、航空航天、能源和汽车。安全设备制造商利用 Trumpf 激光焊接
访问Trumpf 在芝加哥的智能工厂是一项合作的开始，该合作为总部位于阿拉巴马州坦纳的安全设备供应商 Claborn Manufacturing 带来了丰厚的回报。
寻求减少其 36 × 84 的手工劳动和零件重量”（91 × 213 厘米）空心金属安全门，Claborn 的重量减轻了 20%，取消了精加工步骤，并在结构中使用了剩余的薄片。
阿拉巴马州坦纳市的 Claborn Manufacturing 公司使用通快激光焊接其中空金属安全门。 （由 Trumpf 提供）最初，Claborn 的大门由 u产品设计工程师 Ric Hall 回忆说，使用电阻点焊将帽子部分连接到每个面板上，然后使用手动 GMAW 工艺将两半焊接在一起。工厂经理 Jeff Fulks 补充说，在打底漆和喷漆之前需要大量劳动力来填充和打磨的多个塞焊进一步减慢了工艺。
在 Trumpf 的智能工厂，激光焊接产品经理 Masoud Harooni 展示了省时的方法这促进了 Claborn 门的重新设计，以实现更高效、可重复的生产。
“必须切割每扇门一侧的所有接缝，然后进行 MIG 焊接，然后打磨，”Harooni 解释道。 “现在，这些是激光焊接的接缝。第一道用于热穿透，第二道用于热传导，光束更散焦”，提供更美观的饰面。
自从他们开始合作以来，“Trumpf 已发送应用支持来帮助我们无数帮助我们克服挑战的时候，”H都说了“当人们看到自动化时，他们看到的是最终产品，看到机器人完美地执行一切，但要做到这一点确实需要一段时间。你必须固定你的零件，这样接缝会随着时间的推移保持在同一个位置。”
Trumpf 的 TruTops Weld 软件让 Claborn 将 3D 零件模型加载到虚拟环境中并精确绘制每个焊缝；每扇门需要大约 20 分钟的焊接时间。
Fulks 解释说，组建一个四人团队来设计最佳工作流程对于 Claborn 的成功至关重要。该团队包括 Hall、一名专门的程序员和两名操作员。 Fulks 补充说：“我们非常关注为每个角色开发特定的技能组合，以研究和开发我们的新门设计，同时考虑到激光焊接机和机器人系统的使用。”
门最终提交了 ASTM 物理攻击测试，“我们轻松满足了业界最严格的安全要求y 级，”Hall 说。
在优化工艺后，Claborn 还应用了其 Trumpf 设备——一台用于平面切割的 TruLaser 1030、一台 TruMatic 6000 冲床和激光机，以及一台配备零件穿梭系统的 5000XL TruLaser 单元——制作天花板和墙板。该公司还在探索其系统可以处理哪些其他类型的工作。
