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透析光纤激光器金属切割的巨大潜力

2013-04-10 10:37
魏丁小陆
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  OFweek激光网讯——高亮度、高功率固体激光源,如光纤激光器,展现了它们在未来金属切割应用中的潜力。IPU前身为丹麦产品发展学会,即Institute for Product Development,有一个研发的新概念采用了单模光纤激光器进行激光切割,已开始在DOEFLAC和ROBOCUT两个项目中得以应用,并与许多其它项目伙伴开展合作。

  最初的实验测试表明,这种新的加工方式有潜力超越先进的光纤激光切割和CO2激光切割,比后两种激光切割技术的加工速度更快、效果更好,而且更便宜。预计,两个项目完成之后,这种切割技术将日益成熟并达到一定水平,可依照通常的商业条件用于制造出产品并销售。

  定制光束形状

  这些项目基于一个原则,即:与使用单束圆形激光束的传统激光切割相比,新的切割工艺采用了复杂的激光光束形状。利用大功率单模光纤激光器独特的聚焦特性,产生复杂的光束形状,并使之有可能从整体激光能量中分出一部分,以便创建一个“匙孔”,用于激光焊接或激光切割应用中。其余的能量将分配到熔体;在此之前,主光束用来创建一个适当的高蒸汽压力分布在熔融材料表面。这使得它可以将局部压力施加在切口流出的熔体上,这远远超过了在激光切割中常用的同轴气体喷射的压力。结果是,切口非常狭窄。新工艺极具潜力,在较大的切割速度范围内不会产生毛边,而且在狭窄的轮廓切割中也能进行高速切削,产生高质量的切口。

  几种切割方式

  而且,通过正确地定制激光光束形状(添加“盖”形的光束形状),即使没有使用切割辅助气体,熔融流体也会沿着入射激光束相反的方向流出切口。因此一个单通道远程切割技术被开发出来,这种技术具有明确的应用前景,比先进的远程激光切割能更有效地从切口处去除熔融物。

  光束整形

  这种激光切割技术的核心是光束整形,可以通过不同方式实现,例如:设计一个配有单模光纤激光器的系统。通过光束组合结构——而不是把所有的单模传输光束汇入一条大的传输光纤中,就能将这些光束传输到切割头,正如用于大功率多模光纤激光器配置。

  应用一个单模光纤激光源。采用一种先进的光学系统与一个特别设计的人工全息图(也称为衍射光学器件),将输入激光束转换为辐射模式,以便优化给定的激光切割工艺。由于光束模式是非对称的,衍射光学器件必须根据实际切割方向转动,如图所示。

采用定制激光束模式的远程激光切割系统

原理图:采用定制激光束模式的远程激光切割系统

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