如何選擇適合的萬瓦光纖激光器?

 西安國(guó)盛激光     |      2022-07-19

      據(jù)中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告顯示,在國(guó)內(nèi)光纖激光器市場(chǎng)中,隨著國(guó)產(chǎn)光纖激光器功率和性能逐步提高,在出貨數(shù)量方面,國(guó)產(chǎn)常規(guī)中低功率段光纖激光器整體出貨量已超過國(guó)外同功率段產(chǎn)品,真正實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。國(guó)產(chǎn)常規(guī)10kW以上超高功率段光纖激光器整體出貨量已接近國(guó)外同功率段產(chǎn)品。這表明國(guó)產(chǎn)光纖激光器隨著自主研發(fā)實(shí)力的不斷增強(qiáng)正逐步被國(guó)內(nèi)市場(chǎng)接受。同時(shí)隨著工業(yè)市場(chǎng)對(duì)激光器產(chǎn)品的加工要求越來越高,高功率萬瓦激光器的需求量逐年提升已成為大勢(shì)所趨,而面對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)品類繁多的萬瓦激光器,如何挑選適合自己的設(shè)備,客戶存在很多困惑。



  2018-2021E年我國(guó)光纖激光器出貨情況(單位:臺(tái))


  關(guān)于光纖激光器選擇的幾點(diǎn)常見困惑

  困惑1:功率越高,加工效率就越高嗎?

  近些年,高功率在激光加工行業(yè)的確越來越受歡迎。以銳科為例,去年萬瓦以上激光器產(chǎn)品銷售已超過2380臺(tái)(歷史累計(jì)達(dá)3200臺(tái)),較2020年增長(zhǎng)達(dá)到243%,數(shù)量更是遠(yuǎn)超國(guó)內(nèi)其他友商;從功率來看,銳科的連續(xù)光纖激光器產(chǎn)品已達(dá)100kW之高,開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)先河。

  那么是不是功率越高,就代表激光器產(chǎn)品加工效率越高?實(shí)際并非如此,這取決于激光器的核心器件(有源光纖、泵浦源、高功率合束器等)的配置和客戶實(shí)際加工板材的類型及厚度。首先,激光器的核心器件配置一定程度地影響激光器的加工效率,更先進(jìn)的核心器件及其匹配性可以實(shí)現(xiàn)加工效率高于同功率其他品牌的激光器。其次,要根據(jù)客戶加工板材的種類及厚度去進(jìn)行衡量,同時(shí)在不同的應(yīng)用中如焊接、熔覆等,決定其加工效率的因素更多。因此,單一只看功率則無法進(jìn)行加工效率的對(duì)比。

  那么,我們來看一下銳科12kW、20kW、30kW切割不同厚度的碳鋼的工藝效果的對(duì)比情況。




  多模組30kW、多模組20kW及多模組12kW切割碳鋼進(jìn)行工藝實(shí)測(cè)(表格中未標(biāo)注輔助氣體的為空氣)


  從表中可以看出,30kW輔助空氣切割10mm厚度的碳鋼相較20kW效率提升了25%,效率相較雖有提升,但優(yōu)勢(shì)并不非常明顯,而在切割25mm厚度的碳鋼優(yōu)勢(shì)明顯,30kW的效率相較20kW (輔助氧氣)提升114.3%。



  產(chǎn)品應(yīng)用案例


  因此,從實(shí)際應(yīng)用來看,客戶要依據(jù)自身加工板材的類型及厚度選擇最適合自己的高功率產(chǎn)品。若客戶加工板材多以薄板為主,則可選配萬瓦級(jí)別中能夠最大程度滿足自身所需加工效率的產(chǎn)品,若加工板材中厚板居多或加工量大,則可選配功率更高的萬瓦級(jí)激光器產(chǎn)品。不少客戶因?yàn)榧庸ち糠浅4?,也?huì)選擇配置銳科30kW激光器的設(shè)備,正是看重其可以兼顧對(duì)薄、中、厚板的切割速度、斷面質(zhì)量等綜合需求,尤其是在空氣切割中厚板方面優(yōu)勢(shì)明顯,使得工廠的加工效率大幅提升,進(jìn)而減少整體運(yùn)營(yíng)成本,更快獲得收益回報(bào)。

  困惑2:同一功率下,纖芯越小越好嗎?

  眾所周知,高功率和高亮度是當(dāng)前激光技術(shù)突破的方向。某些激光器廠商引導(dǎo)“小纖芯就代表高亮度”這個(gè)觀點(diǎn),讓客戶在選擇上誤以為纖芯越小就代表激光器更厲害。其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)。

  高亮度激光器和光束參數(shù)積BPP值緊密相關(guān),BPP=ω?*θ?,ω?是光束的束腰半徑,θ?是激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角。BPP值越低,光束質(zhì)量就越好。亮度定義為單位面積、單位立體角內(nèi)的功率,亮度Br=P/(π*BPP)2 。達(dá)到高亮度的前提條件有兩項(xiàng),一是提升激光器功率,二是提高光束質(zhì)量,兩者單一提升或共同提升都可以帶來激光器亮度提升,功率提升辦法固然較多,但光束質(zhì)量提升不等同于采用更小芯徑的光纖就能達(dá)到。因?yàn)槔w芯直徑不能等同于束腰直徑,縮小纖芯的同時(shí)必須要不增大光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角,才能降低BPP值,達(dá)到更好的光束質(zhì)量。



  BPP=ω?*θ?,ω?束腰半徑,θ?遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角


  在超高功率光纖激光器應(yīng)用場(chǎng)景中,客戶需求的是效益的提升,具體可以從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn):一是光纖激光器電光轉(zhuǎn)換效率的提升,達(dá)到省電更省錢的目的;二是綜合加工效益的提升,達(dá)到提效更掙錢的目的。激光加工是一個(gè)系統(tǒng)工程,只有做到機(jī)床、系統(tǒng)、氣路、加工頭、激光源、板材以及加工工藝多維匹配、相輔相成,才能真正提高系統(tǒng)的利用率,創(chuàng)造最優(yōu)收益。而銳科萬瓦系列光纖激光器電光轉(zhuǎn)化效率高達(dá)40%以上,且較大程度地對(duì)發(fā)散角進(jìn)行優(yōu)化,使之能夠較好地匹配市場(chǎng)所有品牌不同光學(xué)配置的切割頭及系統(tǒng),從而更好地兼顧客戶對(duì)薄、中、厚板的切割需求。

  困惑3:同一功率下,單模組、多模組如何選擇?

  光纖激光器的模塊組成分為單模組和多模組兩種,在切割應(yīng)用中,聚焦光斑對(duì)切割出的質(zhì)量有很大影響,單模組萬瓦激光器采用單纖放大達(dá)到萬瓦級(jí)別,光束為近高斯分布,能量比較集中,一般采用模式轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)光束勻化效果,其效果受器件一致性影響波動(dòng)較大。多模組萬瓦激光器一般采用多個(gè)2000~6000W光模塊合束而來,實(shí)現(xiàn)了多光束的疊加,天然的形成勻化效果,一致性較好。



  單模組和多模組萬瓦光纖激光器光束圖對(duì)比(上2為單模組,下2為多模組)


  單模組萬瓦激光器的優(yōu)勢(shì)在中薄板切割速度,以銳科單模組12000和多模組12000激光器進(jìn)行對(duì)比,在20mm以下不同厚度的不銹鋼輔助氮?dú)饣蚩諝馇懈顥l件下,單模組12000切割效率優(yōu)于多模組12000光纖激光器。




  單模組12000W和多模組12000W切割不銹鋼工藝實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)效果對(duì)比


  多模組萬瓦激光器在光束勻化效果上更好,使得厚板切割質(zhì)量上優(yōu)勢(shì)更為明顯。有的客戶對(duì)加工斷面的要求非常高,因此他們?nèi)匀粫?huì)首選多模組光纖激光器。

  總而言之,單模組和多模組并不能進(jìn)行單純的對(duì)比,它們都是光纖激光器的一項(xiàng)配置,就好比一輛車,轎車適合公路,越野適合山地,但是轎車也能跑山地,越野也能跑公路,所以光纖激光器到底選多模組還是單模組要看客戶實(shí)際的加工需求。



  12000W單模組切割6mm碳鋼效果



  12000W多模組切割30mm碳鋼效果


  此外,為了滿足不同公司個(gè)性化應(yīng)用需求,同種功率下銳科可提供更多選擇。以12kW為例,銳科生產(chǎn)制造單模組連續(xù)光纖激光器12000S、多模組連續(xù)光纖激光器12000TZ、12000TC等多種同功率的光纖激光器,而且同一類型的激光器還可定制匹配不同的纖芯,可最大程度地滿足客戶的需求。




  如何挑選合適的萬瓦激光器產(chǎn)品?

  產(chǎn)品的選擇需建立在市場(chǎng)應(yīng)用需求上,對(duì)于廣大客戶來說,根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求來選擇性價(jià)比高的激光器才是王道??蛻艨梢詮募庸ば枨蟆⒊杀拘枨蠛头?wù)需求三個(gè)方面去綜合衡量。

  首先,在加工需求方面,不同客戶對(duì)板材的切割厚度、速度、加工效率的需求不同。因此在選配激光器產(chǎn)品時(shí),需結(jié)合日常工廠切割板材及厚度等實(shí)際加工需求量較多的情況進(jìn)行考量。

  其次,在最大化滿足當(dāng)前加工需求現(xiàn)狀的情況下,產(chǎn)品的使用成本也是一大衡量因素。激光器的使用成本可以從產(chǎn)品的電光轉(zhuǎn)化效率、停機(jī)成本、購(gòu)買價(jià)格等因素多方面綜合對(duì)比。

  最后,激光器屬于高單價(jià)的大宗商品,使用年限較長(zhǎng),拋開產(chǎn)品的性能參數(shù)(光束質(zhì)量、電光轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性等)、板材切割需求等因素??蛻暨€需重點(diǎn)考慮產(chǎn)品的質(zhì)保和售后問題,而從這個(gè)角度看,優(yōu)選激光器大品牌是一個(gè)較好的選擇。

  來源:激光制造網(wǎng)