实现高性价比和高速切割的1kW封离型CO2激光器

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欢迎访问e展厅 展厅 1 激光器展厅 半导体激光器, 固体激光器, Er:YAG激光器, CO2激光器, 光纤激光器, ... CO2激光器用于金属切割和焊接领域已有几十年，但由于轴流式CO2激光器占用空间较大，操作成本较高，限制了其更广泛的应用。与轴流式激光器相比，较低功率的板条放电封离型CO2激光器结构紧凑、性能可靠、经济性更好。 相干公司最近推出了一种新型METABEAM系统，基于1kW的Diamond CO2激光器，所能达到的切割速度可与2kW量级的轴流式激光器相比。 METABEAM 1000系统使基于激光器的金属切割操作更方便，帮助它们扩展了市场，对那些小规模经营和作业的车间极具吸引力。下面我们会比较两种类型激光器切割常用金属的情况，并总结板条放电封离型CO2激光器购置成本的优势。 切割特点 板条放电谐振腔设计以及适当的光束调制光路，能产生优质的高斯输出光束，其M2值较小（<1.2），所以能获得较小的焦斑，几乎将全部激光能量集中在光束中央。板条放电设计能自然地产生接近方波形状的脉冲，上升和下降时间极短。 由于卓越的光束质量和高峰值功率的方波脉冲，所获得的切割特性，能够使板条放电封离型激光器与更高功率的轴流式激光器相抗衡。特别是Diamond E-1000（1kW）所能实现的薄金属切割速度，一般相当于使用2kW轴流式激光器所达到的切割速度——因为激光功率是通过可控而且受限的方式来输出，而非只用“蛮力”，所以使切割薄金属更加有效。 图1显示了以氧气作为辅助气体时，采用相干Diamond E-1000（1kW）和2kW轴流式激光器切割冷轧钢的速度。事实上，相比较轴流式2kW激光器, 1kW板条放电封离型激光器在切割各种厚度的材料（厚度可达0.25英寸）时，能够达到等同的（实际上稍高的）切割速度。 以氮气为辅助气体切割不锈钢时，1kW Diamond激光器仍然能够媲美2kW轴流式激光器的切割速度（图2）。切割冷轧钢与不锈钢的结果之间存在着差异，主要原因是使用了不同的辅助气体。以氧气为辅助气体时，产生放热反应，释放额外热量，进一步促进切割。而以氧气辅助切割时，会产生更大的微粒，可以方便地从激光加工区域吹走。 上述两种效应都有利于Diamond激光器，其较小的高峰值功率焦斑能够在聚焦区域产生非常高的能量密度。相反，氮气用作辅助气体时，不发生反应，还能冷却加工区域。因此，同等的初始功率的应用更有价值。 图3显示了两种激光器切割铝的结果。1kW的Diamond激光器在切割最高厚度约0.07英寸的材料时，切割速度更高。再次说明，切割更薄的材料时能量高度集中于局部，而切割更厚的材料就需要更大的能量。 购置成本 与轴流式激光器相比，板条放电封离型CO2激光器性能卓越，还具有三个主要方面的购置成本优势，分别是用电、用气和成本维护。 轴流式激光器使用的泵、风机和热交换器，需要耗费大量的电力。另外，轴流式激光器的效率相对较低，要求的预热时间较长。板条放电封离结构不使用泵，没有与之相关的用电成本。同时，光电效率也比快速轴流式激光器高50%左右，节约了相应的用电成本。此外，板条放电封离型激光器不需要预热，能够在需要时随时出光，节约时间和额外的能源。 泵的油蒸汽被带入激光器气体，所以轴流式激光器需要持续补充气体。通过真空泵慢慢清除等量的废气，同时必须将新的预混合气体输进系统内。另外，涡轮油本身会最终沉积在激光光路上，必须定期清除和清洁，最终需要更换。 全封离谐振腔消除了所有这些问题。特别是在设备的40000小时使用寿命期间，气体自身能够保持纯净，消除了与换气、处理、储存和供给相关的成本，以及更换储气罐的停机时间；同时不需要与泵相关的维护和消耗品。而轴流式激光器需要频繁维护和换油。甚至谐振腔的冷却水也是通过闭环系统循环使用。 板条放电封离型结构还使激光器实现了机械稳定性，功率与尺寸比、功率与重量比都较高的特点。例如，相干Diamond E-1000是一款1kW激光器，但是包括射频元件的激光头尺寸只有1497 x 384 x 471毫米，重量仅173千克。由于尺寸紧凑，集成这些激光器更方便，降低了系统的整体价格，同时占用空间更小。 结束语： 占用空间更小、碳排放影响更小的激光切割系统，对切割应用的益处更大。非金属和极薄金属切割的应用，长期得益于这些系统，主要是因为板条放电封离型激光器尺寸小、电气效率高以及切割效率高。这些激光器的功率已经提高至千瓦级功率水平，也可用于切割更厚的金属板（厚至3毫米）。(end)

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