多功能激光加工機(jī)的市場(chǎng)銷(xiāo)售動(dòng)向

　　目前，在鈑金加工行業(yè)內(nèi)主要的金屬鈑金切割激光加工機(jī)有2種，一種是大約20年前從工業(yè)激光改造成產(chǎn)品的CO2激光加工機(jī),另一種是大概5年前正式從工業(yè)激光改造成產(chǎn)品的光纖激光加工機(jī)。從近幾年中國(guó)鈑金設(shè)備市場(chǎng)中激光加工光機(jī)的銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)來(lái)看,CO2激光加工機(jī)占40%而光纖激光加工機(jī)占到60%。雖然2007年的時(shí)候，在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的激光加工機(jī)基本上100%是CO2激光加工機(jī)，但是我們知道，近年來(lái)光纖激光加工機(jī)的勢(shì)頭猛烈，正在不斷地被市場(chǎng)認(rèn)可，銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)正逐步擴(kuò)大。

　　CO2激光和光纖激光的基本區(qū)別

　　雖然現(xiàn)在的市場(chǎng)趨勢(shì)是偏向光纖激光加工機(jī)，但是光纖激光加工機(jī)真的是最好的選擇嗎?CO2激光和光纖激光，兩者因激光的物理特征不同，所以激光加工的工藝也不同。當(dāng)然實(shí)際上兩者有各自的長(zhǎng)處和短處，根據(jù)加工對(duì)象的不同，各自有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)。

　　CO2激光是通過(guò)激發(fā)二氧化碳分子而得到的氣體光束，它的波長(zhǎng)是10.6μm;而光纖激光是在光纖中放入一種作為媒介的Yb(ytterbium)化合物的結(jié)晶，將這個(gè)結(jié)晶體用光束照射后得到的固體激光，它的波長(zhǎng)是1.08μm。波長(zhǎng)不同這一物理特點(diǎn)對(duì)兩者的加工特性帶來(lái)很大的影響。

　　最初光纖激光這一概念是由于它是通過(guò)光纖能夠傳播的激光被人認(rèn)識(shí)的。能夠通過(guò)光纖進(jìn)行傳播的原因在于它的波長(zhǎng)，正因?yàn)樗?.08μm的波長(zhǎng)，才能夠通過(guò)光纖進(jìn)行傳播。用光纖進(jìn)行傳播的優(yōu)勢(shì)就是它的光學(xué)部品的使用壽命較長(zhǎng)以及維護(hù)性能較高。

　　CO2激光加工機(jī)從發(fā)振器到加工點(diǎn)，是借助反射鏡傳播激光的，一般是在與外界空氣隔離的光路內(nèi)進(jìn)行傳播。光路內(nèi)雖然被沒(méi)有普通灰塵或異物的空氣所填滿(mǎn)，但是反射鏡的表面經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用以后，也會(huì)被臟東西附著，需要進(jìn)行清掃。另外，反射鏡本身也會(huì)因吸收微量的激光能源而損耗，需要進(jìn)行更換。再加上要從發(fā)振器到加工點(diǎn)傳播激光，需要用多個(gè)反射鏡來(lái)調(diào)整激光的反射角度進(jìn)行傳播，所以要維持正常的運(yùn)行需要一定的技術(shù)能力和管理。

　　但是，光纖激光加工機(jī)從發(fā)振器到加工點(diǎn)，激光是經(jīng)由1根光纖來(lái)傳播的。這根光纖一般被叫做導(dǎo)光光纖。由于不需要像反射鏡那樣的光學(xué)部品，又是在與外界空氣隔離的導(dǎo)光光纖內(nèi)傳播激光的，所以激光幾乎不會(huì)被損耗，可是嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，激光在導(dǎo)光光纖的外圍進(jìn)行反復(fù)傳播，所以導(dǎo)光光纖自己本身多少會(huì)有所損耗，不過(guò)這個(gè)和CO2激光加工機(jī)中的反射鏡相比，使用壽命要長(zhǎng)好幾倍。另外，如果傳播路徑是在導(dǎo)光光纖的最小曲率以上的話(huà)，那么就能夠自由決定路徑，所以調(diào)整和維持起來(lái)也非常方便。

　　在激光的生成過(guò)程(激光發(fā)振器構(gòu)造)中，兩者也有所不同。CO2激光發(fā)振器是將混有CO2的氣體放置在放電空間之后，生成激光的。為了確保從激光輸出功率而得出的共振長(zhǎng)正常運(yùn)作，在發(fā)振器的內(nèi)部配置了光學(xué)部品，而且發(fā)振器內(nèi)部的光學(xué)部品需要進(jìn)行定期的清掃和更換。

　　光纖激光發(fā)振器，就像剛才所提到的，生成激光是在光纖內(nèi)部進(jìn)行的，而且與外界空氣相隔離，沒(méi)有光學(xué)部品，所以就幾乎沒(méi)有必要定期維護(hù)。

　　CO2激光發(fā)振器的清掃等維護(hù)周期是設(shè)定在大約4000個(gè)小時(shí)，而光纖激光發(fā)振器是設(shè)定在大約20000個(gè)小時(shí)。前面所提到的在使用壽命和維護(hù)性能等方面，可以說(shuō)對(duì)于光纖激光加工機(jī)來(lái)說(shuō)有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　另外，我們也可以試著從消耗電力之類(lèi)的運(yùn)營(yíng)成本角度也來(lái)進(jìn)行比較。CO2激光發(fā)振器的光電轉(zhuǎn)換率據(jù)說(shuō)大概在10～15%，而光纖激光發(fā)振器大概在35～40%。由于光電轉(zhuǎn)換率高，所以轉(zhuǎn)變成發(fā)散熱量的電氣能源變少，光纖激光加工機(jī)才能夠?qū)⒗鋮s機(jī)之類(lèi)的冷卻裝置所消耗的電力控制得更低。一般來(lái)說(shuō)，光纖激光加工機(jī)的發(fā)振器，對(duì)于發(fā)振器的冷卻溫度管理相對(duì)于CO2發(fā)振器來(lái)說(shuō)精度要求更高，但是，同樣的激光輸出功率下，光纖激光加工機(jī)的發(fā)振器用CO2激光發(fā)振器的1/2～2/3左右的冷卻能力就足夠了。所以從激光加工機(jī)所有裝置的消耗電力來(lái)考慮，光纖激光加工機(jī)在CO2激光加工機(jī)的1/3左右的消耗電力下就能夠運(yùn)行，可以說(shuō)是非常節(jié)能的激光加工機(jī)。

　　加工特性的區(qū)別

　　在CO2激光和光纖激光的加工方面，因各自的波長(zhǎng)不同，兩者的區(qū)別很大。

　　圖1所示的是在加工不銹鋼材料時(shí)，CO2激光加工機(jī)和光纖激光加工機(jī)的加工速度的比較圖。激光的輸出功率都是4kW。我們可以看到在板厚4.0mm以下的領(lǐng)域中，光纖激光加工機(jī)能夠以CO2激光加工機(jī)的2～3倍的加工速度進(jìn)行加工。

　　為什么即使在同樣的輸出功率下，加工速度方面會(huì)有這么大的差距?首先可以說(shuō)是因?yàn)榧す饽茉磳?duì)金屬材料的吸收率這一部分存在著很大的差異。不僅僅是金屬材料，世間萬(wàn)物中，由于物質(zhì)的物理特性不同，在不同的光的波長(zhǎng)下，光能的吸收率也不同。例如上述所舉的不銹鋼材料，它對(duì)CO2激光的吸收率大約是12%，而對(duì)光纖激光的吸收率是大概35%，相差3倍左右。所謂的吸收率高，是指激光在照射到金屬材料之后，光能轉(zhuǎn)換成熱能后熔化金屬材料這一步驟的時(shí)間非常短，所以也就能夠以很快的加工速度形成切割加工工藝。

　　如果要用激光加工機(jī)對(duì)石英玻璃進(jìn)行切割加工的話(huà)，那么用CO2激光加工機(jī)是可以進(jìn)行切割加工的，但是用光纖激光加工機(jī)卻不能進(jìn)行切割加工。這個(gè)是由于石英玻璃可吸收CO2激光的波長(zhǎng)，而對(duì)光纖激光的波長(zhǎng)不吸收反而會(huì)穿透這一物理原理引起的。另外，平時(shí)我們所說(shuō)的光纖激光在鋁、銅等高反射性材料的切割領(lǐng)域中，比CO2激光加工機(jī)更加有優(yōu)勢(shì)，也是因?yàn)榻饘俨牧细芪展饫w激光的波長(zhǎng)這一物理特性的原理。

　　在比較不銹鋼材料的加工速度時(shí)，我們可以看到在板厚超過(guò)6.0mm的領(lǐng)域內(nèi)，兩者的加工速度是基本相同的。從切割加工的工藝來(lái)看，與其參考瞬間熔化金屬的系數(shù)，還不如參考如何將熔化的金屬更高效排除的系數(shù)更為重要。用激光進(jìn)行切割加工時(shí)，要一邊將輔助氣體(普遍是指氮?dú)?、氧氣?噴射至加工點(diǎn)一邊將激光照射至材料，這樣才能得到良好的加工狀態(tài)。不同的切割對(duì)象的材料，采用的輔助氣體也不同。另外，輔助氣體的另一大作用是將熔化后的金屬?gòu)牟牧系南路礁綦x出來(lái)。在加工對(duì)象是厚板的情況下，要得到良好的切割狀態(tài)，需要輔助氣體發(fā)揮作用，把要熔化的金屬?gòu)牟牧系南旅娌糠窒路礁綦x出來(lái)，最終可以達(dá)到提高加工速度的效果。

　　但是，從加工領(lǐng)域和切割品質(zhì)的角度來(lái)看，可以說(shuō)CO2激光加工機(jī)更勝一籌。CO2激光加工機(jī)在行業(yè)內(nèi)自實(shí)用化以來(lái)大概經(jīng)歷了30年的歷程，它的加工工藝中很多的特性已經(jīng)被大家研究透徹，所以已經(jīng)能夠?qū)?yīng)從薄板到厚板的加工領(lǐng)域。另外，加工技術(shù)也已經(jīng)非常成熟，可以保證一定的加工品質(zhì)，不僅僅具備了切割各種形狀的加工技術(shù)，同時(shí)還具備了能夠確保切割面達(dá)到一定粗糙度之類(lèi)的加工技術(shù)。

　　用光纖激光加工機(jī)的切割加工在保證切割品質(zhì)方面還有一些難題未能解決。特別是在板厚超過(guò)3.0mm的領(lǐng)域內(nèi)，用光纖激光加工機(jī)加工出的產(chǎn)品，切割面的下方會(huì)有一些明顯的小顆粒附在表面難以剝離，這些小顆粒就是我們常說(shuō)的浮渣。另外，切割加工面也與CO2激光加工機(jī)相比成形更加粗糙。這個(gè)就是上述所說(shuō)的對(duì)金屬材料的吸收度較高這一特性所引起的現(xiàn)象。激光加工是將激光反射至材料表面，然后金屬被熔化之后落下去的過(guò)程。光纖激光在吸收率比較高的金屬表面被反射時(shí)，會(huì)引起反吸收熔化切割面的金屬，導(dǎo)致切割后得到的切割斷面變得粗糙。

　　加工品質(zhì)是難以將其數(shù)值化的項(xiàng)目之一，所以很多客戶(hù)在選擇激光加工機(jī)時(shí)不怎么重視。但是，前面所講的浮渣問(wèn)題就是有關(guān)加工品質(zhì)的問(wèn)題。采用光纖激光加工機(jī)即使速度變快，成本控制得很低，激光切割加工之后，要是需要進(jìn)行去除浮渣等后道工序的話(huà)，總的加工成本與用CO2激光加工機(jī)加工出來(lái)的成本差不多。意思是說(shuō)，大家需要更加重視激光切割加工機(jī)的加工品質(zhì)。

　　激光加工機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能

　　雖然我用光纖激光和CO2激光的概念進(jìn)行了比較，但是實(shí)際在選擇激光加工機(jī)時(shí)，只要做這樣的比較就可以了嗎?光纖和CO2的概念，始終是激光加工機(jī)的構(gòu)成要素——發(fā)振器的比較。激光加工機(jī)的構(gòu)成系統(tǒng)中還有叫X、Y、Z的驅(qū)動(dòng)軸，這個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)性能和控制性能也是一個(gè)很大的構(gòu)成要素。

　　激光加工機(jī)加工的形狀除了圓孔、方孔、矩形以外還有異形孔、楔形、凹凸等復(fù)雜的外觀形狀。所以不管加工速度有多快，如果決定加工形狀的XY驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)性能低的話(huà)，縮短加工時(shí)間也就無(wú)望了。假設(shè)用光纖激光機(jī)加工，加工速度是40m/min,用CO2激光加工機(jī)加工，加工速度是20m/min，那么光纖激光機(jī)的加工時(shí)間會(huì)是因?yàn)樗乃俣仁荂O2激光加工機(jī)的2倍，所以在加工某個(gè)形狀時(shí)，加工時(shí)間也是CO2激光加工機(jī)的1/2嗎?如果加工的形狀復(fù)雜，加工孔數(shù)多的話(huà)，答案就變成了NO。要明顯體現(xiàn)出加工速度差的話(huà)，需要提高驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)性能，特別是切割加工時(shí)的加減速能力。

　　激光加工機(jī)的綜合能力

　　有了較高的加減速性能,還需要能夠承受其運(yùn)動(dòng)性能的強(qiáng)韌的高剛性機(jī)架。為了保持產(chǎn)品的加工精度,就需要能夠控制高運(yùn)動(dòng)性的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。要最大發(fā)揮發(fā)振器的激光加工能力,就需要提高包括驅(qū)動(dòng)軸在內(nèi)的激光加工機(jī)的綜合能力。

　　因?yàn)楣饫w激光加工機(jī)的構(gòu)成要素相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以在考慮設(shè)計(jì)和制造激光加工機(jī)時(shí)，沒(méi)有激光加工技術(shù)，也能制造出一定質(zhì)量的光纖激光加工機(jī)。另外，光纖激光加工機(jī)的很多構(gòu)成要素在市場(chǎng)上是可以買(mǎi)得到的，而且將這些構(gòu)成要素組裝后做出來(lái)的加工機(jī)其加工能力也基本不遜色。這就是最近為什么制造銷(xiāo)售光纖激光加工機(jī)廠(chǎng)家泛濫的原因之一。

　　但是在CO2激光加工機(jī)中，需要很多像激光傳播之類(lèi)的加工技術(shù)，所以各個(gè)加工機(jī)廠(chǎng)家之間就很容易出現(xiàn)特征和性能方面的差異。真正的激光加工機(jī)的廠(chǎng)家應(yīng)該具備成熟的技術(shù)，有能力設(shè)計(jì)和制造CO2激光加工機(jī)，還要用從生產(chǎn)CO2激光加工機(jī)所積累的加工技術(shù)能夠用來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)和制造光纖激光加工機(jī)，擁有這樣子加工技術(shù)的廠(chǎng)家才是今后加工機(jī)市場(chǎng)上所需要的。

　　雖然加工精度和加工品質(zhì)很難用數(shù)值來(lái)表現(xiàn)，但是能夠始終保持較高的加工精度和加工品質(zhì)，而且運(yùn)動(dòng)性能也非常高的激光加工機(jī)才是最好的選擇。但是，在決定之前還需要根據(jù)加工內(nèi)容，進(jìn)行冷靜判斷。如果加工的材料中薄板比較多，生產(chǎn)量比較大，還想控制加工成本的話(huà)，光纖激光加工機(jī)是最好的選擇。但是，如果很多時(shí)候需要加工超過(guò)6.0mm的厚板，或者需要達(dá)到一定加工品質(zhì)的話(huà)，CO2激光加工機(jī)比較合適。后續(xù)作業(yè)需要用另外的工藝進(jìn)行，而且用人力來(lái)操作的話(huà)，總的加工成本是非常高的。在選擇激光加工機(jī)時(shí)，除了判斷激光加工工序以外，請(qǐng)從您的產(chǎn)品和制造的角度來(lái)進(jìn)行綜合的判斷。