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光纤技术的发展实现了光纤激光设备的广泛应用

导读: 光纤技术的发展,实现了光纤激光设备在诸多市场领域大规模生产中的广泛应用。

光纤技术的发展,实现了光纤激光设备在诸多市场领域大规模生产中的广泛应用。

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自动化有望驱动激光焊接在汽车等市场的应用。

汽车发动机将汽油转化为动力,但是其分火盖通过将高电压从点火线圈传递到火花塞,使车辆运动起来。传统的分火盖已经让位于电子点火系统,随之而来的是汽车制造商的最新发展——无分火盖点火系统。

得益于光纤技术进步的驱动,光纤激光器已经获得了长足的发展。在过去的十年间,光纤激光器的快速工业化和快速采用,在很大程度上要归功于物理学家Valentin Gapontsev先生,是他引领了光纤技术的发展。

“我的梦想是看到激光器能像电脑一样,成为批量生产中的一个首选工具,而不是在许多应用中被视为万不得已的选择。”Gapontsev说道。

Gapontsev先生于1991年在俄罗斯成立了IPG Photonics公司。该公司从意大利电信运营商Italtel那里获得了第一份重大合同,随后又从戴姆勒-奔驰航空航天公司赢得了第二份合同,这促使IPG于1994年在德国开设了一家工厂。1998年,IPG在美国马萨诸塞州伍斯特市成立了其全球总部。

2000年,IPG建造了全新高产能工厂,用于制造自己的二极管泵浦源。泵浦二极管是IPG的光纤激光器和放大器中的关键部件。

五年后,IPG在美国上市。今天,IPG能够为光纤激光设备制造商提供从光纤和光学器件、光束耦合器与开关,到加工头、准直器(一种使光束变窄的器件)、过程控制和工具选择等一整套完备的光束传输组件。

快速前行的步伐

“切割市场的趋势是更高功率、更快速度以及切割更厚的材料。”IPG北美销售总监Bryce Sampson说:“为了满足切割市场领域的这些需求,光纤激光设备中所配备的激光器,必须能够在切割材料越来越厚的情况下,提供卓越的切割质量。我们的工作是以具有成本效益的价格,提供光纤技术。”

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IPG的光纤和泵浦二极管,不仅具有成本效益,且提供出色的光束质量。

    Sampson表示,激光设备造商正在将IPG的激光器与他们自己的硬件和软件结合在一起。“正因为如此,我们在2017年美国国际金属加工及焊接展览会(Fabtech)上看到了许多光纤激光设备都增添了新功能,而这些功能在三年前是无法提供的。”

现在,在很多情况下,制造商在面对汽车和其他领域的零部件材料切割应用时,都会选择光纤激光切割机,而放弃了等离子切割机和水射流切割机。

然而,光纤激光器在材料切割领域之外的应用还远未成熟。“我们感觉到,激光焊接和钎焊(金属连接)将是下一个最具增长潜力的市场,”Sampson说,“汽车是最早在其产品线上使用激光焊接的领域,因为自动化机器人系统非常适用于汽车生产。”

Sampson解释说,其原因在于汽车制造商“有能力为一项特定的工艺技术设计零件”,而对于那些没有专门为像激光焊接这样的技术重新设计零件自由的行业而言,这通常是一项障碍。

“随着自动化变得更加主流,也更加经济,机器人变得更容易编程,我们预计激光焊接应用会随之增加,”Sampson说,“我们的工作是让技术走向应用。”

“随着自动化变得越来越经济、机器人变得越来越容易编程,我们预计激光焊接的应用会随之增加。”—— Bryce Sampson, IPG

摆动和焊缝追踪

IPG的摆动和焊缝追踪焊接头适配器,使得制造商在焊接如铝、铜和钛等易产生高反的光亮材料时,能够获得一致的焊接效果。过去焊接此类敏感材料时,通常会导致诸如气孔和热裂纹等缺陷。

在加工那些难以焊接的材料时,IPG的摆动和焊缝追踪焊接头适配器能够确保焊缝的一致性。

有了摆动焊接头,制造商可以调整不同的模式、振幅和频率,以最大限度地优化工艺,将缺陷降到最低。另外,IPG的这款摆动焊接头还允许制造商焊接不同材质的金属。一般情况下,一种材料会比另一种材料具有更高熔点或更高反射率的两种金属。

通过摆动头可以控制两种材料的熔化行为,并通过选择正确的摆动参数来平衡它们。通过控制金属间化合层的熔化和凝固,来提高焊接质量。

“我们将两种技术整合为一个紧凑的模块。”Sampson说,“这种设计有利于同步激光束摆动和焊缝跟踪。通过摆动激光束,焊接质量和表面光洁度得以提升。”

同时,当焊缝位置发生变化时,焊缝跟踪器能够自动调整焊接头的横向位置。 “焊接头在没有填充材料的情况下,提升了间隙搭桥能力,并可得到高质量焊缝表面,同时整条焊缝的一致性也可明显提升。”Sampson说。该模块即插即用,并与IPG的D50大功率焊接头兼容。

清洗与打标

光纤激光器在消融、打标和雕刻领域的应用不断增多。

激光消融正在吸引来自航空航天和汽车等领域越来越多客户的群体关注。该工艺可用于去除油漆、清洁模具或在焊接前去除氧化层和涂层。“它的速度更快,并且产生的废料更少。”Sampson说道。

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此外,打标和雕刻是光纤激光器以性能著称的另外两种应用。“这实际上是我们最大的市场之一。”Sampson说。

“可追溯性需求和规格的多样性,特别是在医疗器械领域,使得能够对零件进行打标和雕刻至关重要。”

光纤激光器也正在越来越多地与自动化加工相结合。“现在,高产量需求正在驱动制造商做出零件生产线自动化的决策,”Sampson说,“与此同时,制造商也必须要考虑零件设计。如果零件合适自动化生产、并且有量产需求,那么光纤激光器自然会成为自动化解决方案的一部分。”

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IPG的构建模块——光纤和泵浦二极管,为公司提供了一个“以更低成本提供更高输出功率和卓越光束质量的产品平台。其包层侧泵技术和分布式单管泵浦架构,是将光纤激光器技术应用于众多行业的大规模生产的关键环节。

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“我们是一家垂直整合的公司,”Sampson解释说,“我们成功的关键是我们的技术都是自己开发的,这使其成本更加低廉。我们能够尽可能广泛地构建我们的网络,因为我们的产品独立于任何其他品牌。我们正在尝试通过与尽可能多的人合作,来扩大光纤激光器在市场上的应用。”

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