光纖激光器技術(shù)在過(guò)去數(shù)年獲得了迅速發(fā)展，在選擇高功率光纖激光器時(shí)，很難區(qū)分什么是重要的。除了最高額定功率或所宣傳的最快進(jìn)料速率之外，還有更多的因素需要考慮。為確保成功，需涉及許多評(píng)價(jià)領(lǐng)域的整體考慮。其中一些考慮因素可能包括額定功率和進(jìn)料速率，但還應(yīng)該包括輔助氣體切割解決方案、以及單件成本、自動(dòng)化和為應(yīng)對(duì)未來(lái)增長(zhǎng)的擴(kuò)展能力。

許多年以來(lái)，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是以整個(gè)90年代末至2000年代所銷售的最普通的激光功率為基礎(chǔ)的，也即功率范圍在4千瓦內(nèi)的二氧化碳（CO2）激光器。的確是有一些更高的機(jī)器等級(jí)，但最常見(jiàn)的都在這個(gè)范圍內(nèi)。CO2技術(shù)的進(jìn)步經(jīng)歷了近30年，在其中的許多年里趨于平穩(wěn)，而瓦數(shù)卻從未增長(zhǎng)到超過(guò)6千瓦的范圍。這與我們所看到的光纖激光器技術(shù)的發(fā)展形成了很大的反差。

高功率光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)光纖激光器在2000年代中期被引入的時(shí)候，市場(chǎng)反應(yīng)平平，直到2010、2011年光纖激光器才得到應(yīng)有的反響。從這時(shí)起，激光切割行業(yè)開(kāi)始注意到各大機(jī)器制造商引入其產(chǎn)品，相信這項(xiàng)技術(shù)能夠成為一個(gè)可行的生產(chǎn)工具，具備大量?jī)?yōu)勢(shì)（在激光切割行業(yè)中才開(kāi)始見(jiàn)到主要機(jī)器制造商充滿自信地介紹他們的產(chǎn)品道：這項(xiàng)技術(shù)有作為可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)工具的能力，并具有許多優(yōu)勢(shì)。

在早期版本中，第一批激光器的功率介于2至4千瓦之間。短短幾年，其等級(jí)迅速上升了一倍甚至三倍。隨著光纖激光器技術(shù)的快速發(fā)展，需要考慮的因素很多。對(duì)于生產(chǎn)需要來(lái)說(shuō)什么是最好的？將其全部整合在一起以最大程度地滿足制造業(yè)的需要，是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。

高功率激光器帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)，包括提高生產(chǎn)率和吞吐量，以及降低單位小時(shí)的運(yùn)行成本和能源效率。在享受這些益處的同時(shí)，有一個(gè)問(wèn)題可能被忽略了，即在需要大量氣體和一定壓力的中厚材料切割時(shí)氮?dú)獾南牧?。針?duì)這一問(wèn)題，進(jìn)一步研究通過(guò)不同切割技術(shù)進(jìn)行零件加工，也有助于降低單個(gè)零件的加工成本。

氮?dú)馇懈?/p>

通過(guò)評(píng)估氮?dú)馍上到y(tǒng)、優(yōu)化的噴嘴技術(shù)、更高的氮?dú)饧兌人胶洼o助氣體壓力，可以獲得良好的邊緣質(zhì)量以及較低的零件成本等益處。應(yīng)用這些技術(shù)能帶來(lái)20-30%的進(jìn)料速率提升，同時(shí)與傳統(tǒng)的氮?dú)馇懈钕啾?，輔助氣體消耗量減少了70%。

氮?dú)馇懈钔ǔＪ钱?dāng)切削材料處于加工范圍內(nèi)時(shí)的首選方法。與在下游工藝中會(huì)留下必須去除的氧化邊緣的會(huì)發(fā)生變熱反應(yīng)的氧氣切割相比，氮?dú)馐鞘走x的方法，因?yàn)樗軠p少這類二次操作，并允許產(chǎn)品直接進(jìn)入粉末涂層或焊接工序。

圖1：該N 代系統(tǒng)為激光切割提供清潔、干燥的氮?dú)狻?/p>

場(chǎng)內(nèi)氮?dú)馍煽赡苓m用于那些正在尋找一種簡(jiǎn)單解決方案以消除薄材料內(nèi)部氧化、且不需要高純氮?dú)獾挠脩?。Amada的氮?dú)馍上到y(tǒng)可提供清潔、干燥的切割用氮?dú)?，它也可以與氣體混合器一起使用，從而實(shí)現(xiàn)更多的材料加工選項(xiàng)（圖1）。

輔助氣體選擇

混合這些輔助氣體在為不同材料創(chuàng)造最合適的環(huán)境上有優(yōu)勢(shì)。這是通過(guò)為現(xiàn)有氧氣和氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)添加氣體混合器，然后將這種混合氣體供給機(jī)器，以形成可改善邊緣質(zhì)量和無(wú)浮渣處理的另一個(gè)解決方案。

例如，在激光鋁切割中，不進(jìn)行二次去毛刺加工的話，其邊緣質(zhì)量是不可接受的。在切割工藝中引入少量氧氣，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)浮渣纖維激光器鋁切割?；旌蠚怏w則可同時(shí)獲得以下的便利性：更高的切割質(zhì)量、保持可焊性以及粉末涂層應(yīng)用毋須任何二次工藝影響。

添加氣體混合器也有利于中厚低碳鋼的切割。這個(gè)范圍包括11-量規(guī)7-量規(guī)、1/4英寸，以及3/8英寸材料，這些材料以往都是使用氧氣利用CO2激光器切割的，現(xiàn)在，利用高功率光纖激光器的優(yōu)勢(shì)，可以采用氮?dú)馇懈?，采用混合氣體切割則更佳。如上所述，與傳統(tǒng)的纖維氮?dú)馇懈钕啾?，進(jìn)料速率可提高20-30％，同時(shí)輔助氣體消耗量減少70％以上。這種先進(jìn)的切割解決方案是通過(guò)噴嘴技術(shù)、高氣體純度水平以及高流速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

如何選擇自動(dòng)化系統(tǒng)

明智地選擇好自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)于讓整個(gè)解決方案更趨完善、并最大限度地提高平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)間是來(lái)說(shuō)極其重要的。高速切割導(dǎo)致嵌套循環(huán)時(shí)間大大縮短，自動(dòng)化的速度現(xiàn)在與先前的CO2循環(huán)時(shí)間相關(guān)性更高。在考慮最適合制造需求的自動(dòng)化時(shí)，應(yīng)該評(píng)估當(dāng)前和未來(lái)的需求。最佳的自動(dòng)化解決方案應(yīng)該是一個(gè)靈活的系統(tǒng)。靈活的系統(tǒng)有助于配置出一個(gè)既能充分利用光纖激光器，同時(shí)又能擴(kuò)展并提升業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。

在早期包含激光的自動(dòng)化單元中，循環(huán)時(shí)間超過(guò)3-4分鐘，并且自動(dòng)化速度沒(méi)有當(dāng)前那么大的影響。光纖激光器可以產(chǎn)生嵌套循環(huán)時(shí)間，這就要求自動(dòng)系統(tǒng)在1分鐘之內(nèi)將下一張板材提供給激光器以備切割。為了實(shí)現(xiàn)這些快速的自動(dòng)循環(huán)時(shí)間，要求系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。

圖2：卸載先前已切割好的，同時(shí)拾取下一張，使激光器能交換切割托盤，并繼續(xù)處理。

例如，系統(tǒng)一邊從移動(dòng)工作臺(tái)上卸載先前已切割好的，一邊從原材料堆棧中拾取下一張以便即時(shí)替換已卸載的。這使激光器能簡(jiǎn)單地交換切割托盤并繼續(xù)處理，而不必等待自動(dòng)化系統(tǒng)遞送下一張板材（圖2）。

材料存儲(chǔ)

另一個(gè)可以滿足您需求的自動(dòng)化領(lǐng)域是材料存儲(chǔ)。您可能接受單個(gè)原料架嗎？您是否需要存儲(chǔ)多種材料以便按計(jì)劃通過(guò)光纖激光器？與不知道何時(shí)需要進(jìn)行下一份加工訂單的生產(chǎn)車間相比，一家能夠預(yù)測(cè)未來(lái)生產(chǎn)需求的大型OEM制造商要回答上述問(wèn)題通常更為容易。這兩種不同的情形可以通過(guò)相同的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)處理。生產(chǎn)車間可能存在最基本的自動(dòng)化需要，以便在非高峰班次的時(shí)候最大化生產(chǎn)，并且只需為激光器提供一個(gè)托盤的原料。

OEM制造商或者稍大的生產(chǎn)車間，可能會(huì)需要一個(gè)能隨時(shí)向激光器遞送多種材料的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從一個(gè)具有靈活性的、可以隨時(shí)擴(kuò)充的系統(tǒng)出發(fā)，可使企業(yè)有能力準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)將來(lái)可能出現(xiàn)的任何情況。