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準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器迎來黃金發(fā)展期

2018-08-06

對(duì)于企業(yè)來說,使用準(zhǔn)連續(xù)(QCW)光纖激光器的原因有許多,例如光纖激光器結(jié)合了一臺(tái)脈沖Nd:YAG激光器的鉆孔和焊接優(yōu)勢(shì)以及一臺(tái)CO2激光器的切割能力。
采用傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)這些加工性能的組合,所以在過去許多公司同時(shí)擁有CO2激光器和Nd:YAG激光器來應(yīng)對(duì)更廣泛的加工需求和應(yīng)用。QCW光纖激光器可以在脈沖和連續(xù)(CW)模式下工作,所以單個(gè)激光器便可以處理過往需要兩個(gè)不同的激光器才能完成的各種加工任務(wù)。
今天,數(shù)以萬計(jì)的光纖激光器正全天候應(yīng)用于不計(jì)其數(shù)的行業(yè)和領(lǐng)域。在許多材料加工應(yīng)用中,這些激光系統(tǒng)正在快速替代Nd:YAG 激光器和CO2激光器的作用。除此外,企業(yè)正在替換現(xiàn)有生產(chǎn)線上的舊激光器,同時(shí)確保其現(xiàn)有設(shè)備的停產(chǎn)損失被降至最低。
為何選擇QCW光纖激光器?
準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器如今已成為現(xiàn)代制造工廠的一部分。
這類激光器可以同時(shí)在連續(xù)和高峰值功率脈沖模式下工作。與傳統(tǒng)的連續(xù)(CW)激光器不同,其峰值和平均功率在CW和CW/調(diào)制模式中總是相同的,而QCW激光器在脈沖模式下的峰值功率要比平均功率高出10倍。
因此,這樣能夠在從幾十赫茲到幾千赫茲的重復(fù)頻率下產(chǎn)生具有高能量的微秒和毫秒脈沖,并且可實(shí)現(xiàn)數(shù)千瓦的平均功率和峰值功率。
耗材和維護(hù)要求
顯示的是一臺(tái)典型的光纖激光諧振器。它是一種固態(tài)激光器,配置了永久密封連接的連續(xù)光纖以防止灰塵和污垢的產(chǎn)生,并且不含移動(dòng)部件或自由空間鏡片,諧振器無需做任何調(diào)整,沒有耗材,也不需要維護(hù)。
這些特點(diǎn)有助于確保激光器的性能,從而使其在多年的操作中保持穩(wěn)定性和一致性。在沒有消耗性部件的情況下,輸出功率沒有衰減,激光輸出的光束質(zhì)量也維持不變,并且也不再需要技術(shù)人員做定期調(diào)整,以保持激光加工系統(tǒng)的正常運(yùn)作。
電光轉(zhuǎn)換效率
電光轉(zhuǎn)換效率(WPE)是指激光器將消耗的電能轉(zhuǎn)換為光輸出功率的效率指標(biāo)。
QCW光纖激光器的固態(tài)光纖諧振器基于其較大的表面積/體積比而能有效散熱,從而在被動(dòng)式冷卻方案下能夠?qū)崿F(xiàn)大于30%的電光轉(zhuǎn)換效率。由于QCW光纖激光器與其它激光系統(tǒng)相比,可提供十倍的WPE增量,所以也不難理解為何近幾年來這類激光器的接受度得到迅速擴(kuò)張。
顯著降低的電力費(fèi)用,再加上沒有消耗品,沒有零配件以及低維護(hù)需求,沒有預(yù)熱時(shí)間要求,最終帶來相當(dāng)大的成本優(yōu)化。
典型規(guī)格和加工能力
QCW光纖激光器在微秒至毫秒的脈寬下提供數(shù)焦耳到數(shù)十焦耳的脈沖能量。它們還在高達(dá)50KHz的脈沖重復(fù)頻率下提供高出幾倍的最大平均功率(從150W到超過2kW)。此外,QCW激光器還能夠在CW/調(diào)制模式下工作,占空比高達(dá)100%。
例如,一臺(tái)20kW峰值功率的QCW光纖激光器可以在CW或脈沖模式下以2kW功率運(yùn)行,并且在100Hz的重復(fù)頻率下產(chǎn)生200焦耳的脈沖能量,1kHz下產(chǎn)生20焦耳脈沖,或在5kHz的重復(fù)頻率下產(chǎn)生4焦耳的脈沖能量。
由于其較高的平均功率和脈沖重復(fù)頻率,QCW光纖激光器顯著提高了加工速度以及生產(chǎn)效率。例如,當(dāng)在航空部件上切割稀釋孔或窗口時(shí),根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和材料厚度,大多數(shù)激光器的切割進(jìn)給速率為5至10IPM。然而,當(dāng)使用QCW光纖激光器切割同一部件上的相同孔洞時(shí),其進(jìn)給速率則能達(dá)到20-30IPM,甚至更高。
操作模式,脈沖調(diào)制和整形
QCW光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠快速增加和降低功率水平,并且可以在線從脈沖模式切換到連續(xù)運(yùn)行模式。鑒于光纖諧振器中沒有熱透鏡以及泵浦二極管的快速響應(yīng),這是可以實(shí)現(xiàn)的,但如果使用閃光燈泵浦激光器便無法做到這一點(diǎn)。
單個(gè)QCW光纖激光脈沖可以使用模擬控制或內(nèi)部脈沖發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制,以實(shí)現(xiàn)任何特定應(yīng)用所需的最佳時(shí)間脈沖形狀。操作員還可以使用定制的重復(fù)頻率和功率調(diào)制對(duì)所需的脈沖序列進(jìn)行預(yù)編程。
當(dāng)處理復(fù)雜零件(例如銳角和窄孔)或是高反及敏感材料時(shí),操作員可以實(shí)時(shí)控制脈寬、占空比、頻率、脈沖能量和平均功率。QCW激光器為整形脈沖的產(chǎn)生提供了卓越的脈沖整形功能,其調(diào)制能力超越其它技術(shù)。
水冷機(jī)保養(yǎng)
大多數(shù)的非光纖激光器必須使用大型水冷機(jī)進(jìn)行水冷,這需要定期進(jìn)行日常維護(hù)。去離子(DI)濾芯、顆粒過濾器以及去離子水必須定期更換(通常每六個(gè)月更換一次),以防止水污染。如果冷卻水的質(zhì)量無法得到保障和維持,激光效率便會(huì)降低,并且光學(xué)元件也可能被損壞。
因而,公司必須儲(chǔ)存閃光燈、去離子濾芯、顆粒過濾器和去離子水,并且安排定期的停機(jī)時(shí)間來保養(yǎng)激光器。然而,光纖激光器消除了這些消耗和維護(hù)問題;無需更換光學(xué)部件或閃光燈,同時(shí)與這些問題息息相關(guān)的保養(yǎng)和停機(jī)等事宜也一并得到消除。
許多光纖激光器采用空氣冷卻方式, 不需要水冷機(jī)。QCW光纖激光器高達(dá)4.5kW的峰值功率可以提供空氣冷卻,無需水冷機(jī)。