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从无到有详谈激光加工技术的发展

迄今为止,全球已形成了以美国、欧盟、日本等国家或地区为领头羊的激光加工市场,激光加工技术正以前所未有的速度发展,并成为21世纪先进加工


及制造技术,并已经在全球形成了一个新兴的高技术产业。


激光切割为例,目前,国际上有代表性的激光切割设备制造商有:德国TRUMPF(通快)公司,瑞士BYSTRONIC(百超)公司,意大利PRIMA(普瑞玛)公司,美国PRC公司和日本MAZAK公司等。这些国际知名公司已陆续开发出了大功率、大幅面、高速、飞行光路、三维立体、自动数控的激光切割机,并且每年都在推出新的机型。如百超2002年推出加速度2g的高速机床(g,


重力加速度),2007年推出加速度3g(g,重力加速度)的高速机床,技术发展之迅速可见一斑。


近几年来,我国在数控激光切割技术装备领域发展迅速,CO2激光器功率达到4kW,加工幅面从3015mm到6 030mm都能实现,各种光路设计都已成熟应用,在驱动方面普遍采用直线电机伺服系统,国产数控激光切割设备已经具备较强的市场竞争能力。


随着激光切割的逐步普及,市场要求进一步提高切割效率(高速切割),降低待机时间(自动上下料系统),扩大应用面(向三维立体切割、厚板、高反射材料方向发展),降低运行成本(降低电耗)等。


激光切割加工广阔的应用市场,加上现代科学技术的迅猛发展,使得国内外激光研究学者对激光切割加工技术进行不断深入的研究,推动着激光切割技术不断地向前发展,发展包括以下几个方面:


(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变,所能够切割的材料板厚也将进一步地提高。高功率激光可以通过使用Q开关或加载脉冲波,从而使低功率激光器产生出高功率激光。


(2)根据激光切割工艺参数的影响情况,改进加工工艺,如:增加辅助气体对切割熔渣的吹力;加入造渣剂提高熔体的流动性;增加辅助能源,并改善能量之间的耦合;改用吸收率更高的激光(YAG激光或CO2激光等)切割。


(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将 CAD/CAPP/CAM以及人工智能运用于激光切割,研制出高度自动化的多功能激光加工系统。


(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式,或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心,面向通用化的CAPP开发工具,对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析,建立相适应的数据库结构。


(5)向多功能的激光加工中心发展,将激光切割、激光焊接以及热处理等各道工序的质量反馈集成在一起,充分发挥激光加工的整体优势。


(6)随着 Internet和Web技术的发展,建立基于Web的网络数据库,采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数,并且能够远程异地访问和控制激光切割过程,成了不可避免的趋势。


(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术。为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要,三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向发展,激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC无人化和自动化方向发展。


(8)光纤激光切割。由于符合光纤激光器发展需要的各种光纤结构、光纤材料,特别是各种稀土掺杂光纤材料和新的激光泵浦技术均得到了快速的发展,极大地推动了光纤激光器技术的进步。目前国内外对于光纤激光器的研究方向和热点主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、超短脉冲光纤激光器、拉曼光纤激光器等几个方面。


中国在今后的五到十年里,光纤激光切割装备将会迎来快速增长与发展的时机,市场需要不同种类、功率更高的激光器以及相关技术及器件。目前国内一些激光器件及技术与国外差距较大,缩小差距不仅要进行高强度的自主创新。


同时还要加强国际间的技术交流与合作,与外国同行共同把握住中国快速发展的节奏,做到互利双赢,共同发展。


可以预计,未来的五到十年里,大功率激光三维切焊一体机、大台面激光切割技术、大功率激光切割柔性制造系统(FMS)、大功率激光焊接工业系统将在我国各行各业被广泛应用。我们期望“中国装备,装备中国”,期望激光产业设备在我国国民经济建设中发挥出巨大的作用。


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