在过去的七到八年里，固态激光器已经成为激光焊接和切割的主导，”Trumpf Inc.（康涅狄格州法明顿）的产品专家 Tom Bailey 说。虽然 Trumpf 仍在生产 CO2 激光器，但对于大多数应用来说，固态激光器确实比它们更出色。它们的速度快两到五倍，更易于集成到机床中，购买和操作成本也更低。 “使用固态激光器的操作员每小时的成本要低一个数量级，”他说。
使用绿色激光焊接是铜的理想选择。在这里，Trumpf TruDisk 421 产生 515 纳米的激光，展示了固态激光器（如碟片激光器）的多功能性。固态激光器有多种形式。什么区别使它们与众不同的是谐振器的形状，谐振器是用产生激光束的源光泵浦的装置。 “Trumpf 生产各种固态激光器，包括光纤、圆盘、棒和直接二极管激光器，”他说。根据 Bailey 的说法，由镱铝石榴石或 YAG 制成的固体晶体涂有特殊的光吸收剂。然后将它们制成用于光纤激光器的长细线、直径约 ½–1 英寸（12.7–25.4 毫米）的棒或镍币大小的圆盘。直接二极管激光器有点不同，由半导体材料制成。 Bailey 表示，每种激光器都有其优点，盘式激光器在高功率应用中特别有用，因为盘形激光器在长时间高功率下更容易冷却。直接二极管半导体激光器是最高效且制造最简单的，但直接二极管的光束质量在焦点和光斑尺寸方面尚未达到与其他激光器相同的水平
总之，固态激光器很简单。操作简单，集成简单。这就是光纤激光器占据主导地位的原因，尤其是在切割方面。制造商现在正在做的是创造性地将它们更无缝地集成到生产中，因为它们正在转向激光加工的新应用。
新应用
除了操作更简单之外，固态激光器与 CO2 激光器的远红外线（约 10 µm）相比，产生不同波长的光，近红外线（约 1 µm）。铝、铜、黄铜和钢能更好地吸收近红外线，因此更容易用固态激光切割它们。 Trumpf 宣布了适用于各种应用的新系统，包括高速激光沉积焊接、用于 3D 打印的熔化金属粉末以及使用绿光激光的铜焊接。 “这些激光器现在正在渗透到冰箱等一般制造业，”贝利说。更便宜的电池供电ric 车辆和稳定电网将在一定程度上通过电极的激光焊接实现。
BLM Group USA 提供一台用于弯曲、成型和切割管材的机器，大多数此类系统使用多功能光纤激光固态系统。事实上，激光的速度可能不再是制造业的瓶颈。他说：“固态激光器正在超越材料处理的能力来输送材料。”寻找像 Trumpf 这样的公司来强调围绕激光器构建的系统的新产品，强调自动化和处理速度。
对于 Prima Power Laserdyne LLC（明尼苏达州查普林）销售和营销副总裁 Mark Barry 来说，新的新一代固态激光器，尤其是光纤激光器，大大提高了生产力der “常规”CO2 和 Nd:YAG 激光器。 “Laserdyne 的一位客户通过升级到我们配备光纤激光器并使用先进加工技术的系统，将切割和钻孔操作从 54 小时缩短到 15 小时，”他说。
光纤激光器是工程师可以使用的参数控制级别。 Barry 表示，与旧式 CO2 和 Nd:YAG 激光器明显的时间滞后相比，脉冲频率、功率水平和脉冲持续时间的变化是瞬时的。 “通过实时控制光纤激光器，我们可以产生以前做不到的焊接效果，”他说。举个例子——今天所有的起搏器都是用激光焊接的。 “现在我们有能力使用我们的 SmartTechnique 功能并创建没有缺陷和凹陷的焊缝，而激光缺乏这种控制。以前，制造商会在焊缝中看到凹坑，并不得不进行更多检查比他们需要的还要多，因为它是如此直观，”他解释道。钻孔和切割也是如此。在钻孔周期内更改激光参数可以减少喷出的碎屑并允许对切口进行精细控制。
主流接受度
Prima Power Laserdyne 的 Laserdyne 606D 具有两个独立的工作站在一个外壳中。在这张图片中，为清楚起见，工作区分隔线被移除。Barry 指出，客户对光纤激光器的接受度可能比技术本身更重要。它正在推动激光切割和焊接系统开发的下一步——使机器适应多种工艺并创造空间高效的机器。 “我们刚刚完成并正在销售一个带有两个独立工作区的新工作站，”巴里说。 Laserdyne 606D 双工作站是一个多轴激光系统，具有两个独立的激光器、运动系统和运动控制器。新型 606D 由四个主要组件组成：两个六轴运动系统、一个带双自动门的一体式 1 级外壳、两个用于运动和激光协调的 S94P 激光过程控制以及两个光纤激光器。
“最大的优势是该系统的占地面积利用率，”他说。 “我们今天继续听到的一件事只是偶尔被评论，那就是工程师们意识到激光系统可以有多大，以及它们占用多少占地面积。他们希望将它们用于电池制造，因此即使工作立方体需要保持不变甚至变大一点，整个系统的尺寸也必须缩小。”
光纤激光器的另一个重要应用占主导地位的是修整高级高强度钢，或 AHSS，这是汽车轻量化的新趋势。这是h不在需要修整的模具中成型和淬火。 “没有激光就无法修整这种坚硬的硼钢，它已成为 Prima Power 和其他公司的重要全球市场，”他说。该公司的最新系统 Laser Next 2130 专为以高质量和短周期时间修整热冲压汽车门环而设计。
美国 BLM 集团（密歇根州诺维）对激光器的使用说明光切割如何成为主流，以及为什么转向固态如此重要。 “BLM Group 主要是一家机床制造商，将激光作为其工作的一部分，”该公司北美销售总监 Andrew Dodd 说。他表示，他们是最早采用固态光纤激光器的公司之一，从第三方供应商处购买它们并将它们集成到公司的切管机中。现在大多数机器使用光纤激光源而不是二氧化碳。
“Fo对于我们的客户，光纤激光器意味着更低的运营成本 [与 CO2 相比]；对我们来说，这意味着更容易整合，”他说。 “光纤激光器装在一个免维护的盒子里，末端有一根灵活的电缆。它们易于集成，而且通常运行非常可靠。”据 Dodd 称，大多数新的 BLM 机器都是光纤，只有在特殊条件下才出售 CO2 激光器。 “有时只是因为这是客户所熟悉的，”他说。
激光切割通常需要辅助气体。氧气通常用于提供放热过程，但会增加切割表面的热量和氧化。 BLM Group 现在经常使用氮气作为惰性辅助气体来获得干净的切割。 “使用高压氮气可能被视为一项费用。但是，我们对薄材料进行了大量研究，表明更快的切割速度足以弥补氮气辅助气体的增加，”他说。
该公司提供弯管服务g、线材弯曲和端部成型机以及管材、板材和五轴激光切割系统。固态激光器意味着通过柔性光纤电缆传输光束，极大地增强了传输选项并允许在空间中有更多的自由度。 “我们的最新产品是 LC5 机器，它可以切割平板和管材，”他说。 “我们的五轴激光切割已经弯曲的管子，重复准确地打孔。”光纤激光传输的简便性在设计 LT Free 五轴切管机时特别有用。
Dodd 同意，当今的挑战是机器移动轴和放置切割材料的速度和效率如何，不是激光切割的速度有多快。这就是为什么该公司为其机器提供的一项关键技术是用于设计和编程管状零件的 Artube CAD/CAM 软件。它导入零件的 CAD 模型，让操作员离线编程如何最有效地弯曲和切割零件
改进旧的，现在
Bystronic 专有的光纤切割头具有自动对焦位置和焦距调整功能，专为光纤激光切割而设计。在某种程度上，Hank White 的经验与 CO2 激光器的趋势背道而驰。 “我们看到 CO2 系统的销量减少了，但我们的销量仍然不少，”他说。他是 MC Machinery Systems Inc.（伊利诺伊州埃尔克格罗夫村）的全国激光器产品经理。虽然同意光纤激光器相对于已经提到的 CO2 的许多优势——更快的切割速度、更便宜和更简单的操作——但他列举了选择 CO2 的原因。也许其中一个原因是三菱激光专门提供低成本、入门级 CO2 切割 SR 系列机器。 “很大一部分我们销售的目标仍然是二氧化碳，”怀特说。 “实际上，我们的低功率 2.7 千瓦 CO2 平板切割机的运营成本低于我们销售的任何光纤激光器。它可以很好地切割 ¾ 英寸 [19 毫米] 低碳钢，尽管它的切割速度比光纤激光器慢。”
他还指出，在一定条件下，使用 CO2 可以获得更好的切割质量情况。 “如果您使用氮气作为辅助气体（许多人这样做是为了消除去除氧化物和毛刺等二次加工的需要），那么 CO2 可以在较厚的材料中提供更好的切割质量，”他解释道。在这些情况下，根据应用，光纤激光器通常需要二次去毛刺操作，因为切口底部会形成微毛刺。虽然二次去毛刺或抛光操作可以解决这个问题，但他的许多客户希望在不进行二次操作的情况下直接将零件送去喷漆或焊接。 CO2 和氮气提供更清洁切割的情况包括不锈钢厨房部件、航空发动机部件和由较厚的低碳钢制成的农业设备部件。
不过，他指出，他现在的大部分销售都是光纤激光器，以及它们满足的应用范围或超过 CO2 的性能正在增长。 “例如，使用更高功率光纤激光器的薄量规开始获得更干净的边缘，而使用氧气作为辅助气体的低碳钢在大多数应用中几乎不相上下，”他说。
大多数新产品他承认，投资和研究正在进入光纤激光技术。该公司的最新产品是入门级光纤激光切割机，公司称之为 SR-F。它的占地面积为 3 × 1.5 米，具有功能更强大的 eX-F 系列的许多功能。该公司表示，它与入门级 SR CO2 建立在同一平台上，支持更高的功率和更快的切割速度。 “它已为生产车间自动化做好准备，&rd现状； White 说。
改进流程
对于 Bystronic Inc.（伊利诺伊州埃尔金市）的产品营销主管 Frank Arteaga 来说，最引人注目的关键趋势之一是自 2009 年首次投入实用以来，固态光纤激光器的功率和性能都得到了提高。“第一台用于钣金切割的光纤激光器是 1 kW 光源，现在我们刚刚在我们最新的产品中引入了 10 kW 光纤激光切割系统提供——只有八年的时间表，”他说。相比之下，该行业在 20 世纪 80 年代中期推出了第一台 1 kW CO2 激光器，并且用了将近 25 年的时间才推出更高功率的 6 kW CO2 激光器。
“光纤的优点激光是它比二氧化碳快两到五倍；光纤激光器的缺点是它的速度快了两到五倍，”Arteaga 说。这需要一台能够跟上的机器才能充分利用这些好处。这就是为什么 Bystronic 采用特殊的 int在设计其 ByStar 光纤激光切割系统时，着重于驱动系统和内部结构。 “这是专门为光纤激光切割设计的系统，”他说，而不是专为较慢的 CO2 激光切割系统设计的改装机器。
ByStar 光纤激光切割机的光源范围从 3 kW 到 10 kW千瓦。 Bystronic 设计了一种采用专利三角形设计的桥式机器，以减轻重量并增加刚度以实现更快的运动，同时保持精度。 X 和 Y 方向的线性驱动电机提供平稳、无摩擦的运动。最新的选择是一个集成的旋转轴，这样管子就可以在同一台机器上切割平板。
光纤激光器的额外速度会给加工车间这样不准备处理的设施带来压力增加的吞吐量。 “光纤激光器前后的一切都会受到影响，”Arteaga 说。因为更快的流程会给流程的前端带来压力，程序和原材料必须跟上。 “即使在材料被切割之后，您也需要更快地卸载、弯曲和加工产品，”他说。
所有这些过程都必须进行检查，而 Bystronic 提供了其 BySoft 7 软件来帮助编程切割和嵌套解决方案。 Plant Manager 模块允许用户从 ERP 系统接收订单并自动将它们放入队列中。收集订单后，它们将按材料类型、厚度和交货日期分开。该软件将根据有效截止日期自动开始构建嵌套。
“即使程序员不在场，Plant Manager 也会创建嵌套，”Arteaga 说。高速材料自动化和折弯系统补充了 Bystronic 的高速光纤激光切割系统
