激光技術持續升溫——2017金屬加工行業榮格技術創新獎側記

從長三角到珠三角，再到渤海灣的京津冀，過去的幾年，激光產業正在中國的各個角落快速布局。一時間，各地“光谷”如雨后春筍般的冒尖，并開始產生激光全產業鏈集群效應。的確，被業內譽為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”的激光，正在散發他的迷人魅力。

根據最新發布的市場研究報告“2016-2022年全球激光加工市場預測”顯示，到2022年, 全球激光加工市場規模預計將達到97.5億美元，6年期間實現的復合年增長率為6.13%。預測期內，亞太地區將占據全球激光加工市場的最大份額。隨著新應用及自動化進程加快，中國、日本及韓國將成為最主要的激光應用市場。

這個飛速發展的產業，在近兩年出現了哪些創新技術？相信您能從“2017金屬加工行業- 榮格技術創新獎”的獲獎名單中找到答案。在今年超過110項的參評技術中，最終有38項創新技術脫穎而出，得到了評委及用戶的一致認可，其中更是有約15項創新技術與激光相關。值得一提的是，德國通快公司（TRUMPF）憑借來自評委和用戶的極高人氣，以及自身所擁有的激光金屬熔化和激光金屬融覆兩項技術，成為“年度創新團隊”的獲得者。

專家評委團成員之一的鋼鐵研究總院冶金工藝所副所長，教授級高級工程師馮光宏對于今年在金屬成形領域出現的激光創新技術給予了高度評價，“不難發現，今年金屬成形加工領域的先進技術增多，在異形、復雜斷面金屬加工和智能生產方面出現了諸多創新技術?！蓖瑫r，來自華中科技大學激光加工國家工程研究中心副主任唐霞輝教授，廣東省光學學會激光加工專業委員會主任、華南師范大學信息光電子科技學院院長張慶茂教授也為本屆評選中的激光技術進行了嚴格評審。

本期中，讓我們一同來看看這些站在科技尖端的創新激光技術。

激光技術篇

2017 金屬加工行業——榮格技術創新獎獲獎產品報道（一）

功能部件（含激光器）

貳陸 BIMO-FSC 高功率光纖激光切割頭

貳陸Highyag 推出的BIMO-FSC 高功率光纖激光切割頭，最高可承受功率可達8KW，有電動控制焦點位置和光斑大小兩種配置可以選擇，產品具有緊湊的結構，模塊化設計，從而使貳陸Highyag 能夠為客戶提供寬范圍的切割解決方案?？煽康慕Y構和靈巧的設計能夠適用多種材料和厚度切割，為終端客戶在方便性和高效切割方面有優秀的表現。產品具有以下特性：

● 體積緊湊，模塊化設計，適用于平板切割的各種應用

● 大范圍的簡便調整功能和明確的焦點位置指示

● 直線型和90度轉角結構均可實現

● 最大40mm焦點調節范圍

● 客戶可以有1.2-3.2倍連續放大倍率的選擇來獲得不同直徑光斑

● 6kW及以下激光功率無需水冷

● 保護窗快速更換

● 可選的高度傳感器模塊及保護鏡污染監控模塊

開發背景：

激光技術在國內市場的運用已經日益明顯，特別是最近幾年。據相關部門統計，目前二維和三維激光切割機加工占激光應用的65%，激光焊接占20%左右激光打孔、打標占10% 以下，其它應用占5%左右。我國已有越來越多的用戶認識到激光加工的獨特高效性能，在汽車制造業、航空航天領域、開關行業、機車制造和金屬材料加工行業激光切割機都得到了普及性的運用。

隨著大功率激光器光束質量的不斷提高激光切割機的加工對象范圍大幅擴大，幾乎包含了當今所有的金屬和非金屬材料，適用行業也幾乎覆蓋了全球所有的加工制造生產行業，可以說，只要激光技術的研究開發能夠快速轉化為應用，激光加工的應用前景一片大好，且不可限量。

創新點：

● 利用貳陸Highyag本身的技術優勢，如高功率透鏡光學及冷卻設計。采用高純度熔融石英材料進行光學系統設計，可實現6kW以下無水冷切割；

● 采用非球面光學設計，實現光纖最佳匹配，準直光斑最佳，聚焦光斑尺寸小，能量集中度高，有效的提高了切割頭的切割速度；

● 高密封性機械結構設計，保證內部鏡片長時間使用壽命；

● 采用模塊化設計，實現易耗品零部件的靈活維護。

貳陸紅外激光（蘇州）有限公司

電話：+86-512-6761 9295

網址：www.ii-vi.com.cn

凱普林 9XXnm/210W 高功率半導體激光器

NewBeamTM 系列915nm 高功率半導體激光器產品在全新的光學平臺上實現了≥ 210W@135μm 0.22NA的功率輸出。產品利用全新的光學耦合設計，將多支單管通過專利設計的光學結構進行空間和偏振合束，高效耦合入135μm/0.22NA光纖，實現了≥ 210W的穩定光功率輸出。該產品還可提供內置熱敏電阻，方便用戶使用時精確控溫。此外，NewBeamTM 系列產品體積小，結構緊湊，十分適用于小型化光纖激光器的泵浦。希望這款210W級915nm/135μm/0.22N.A. 光纖輸出的穩波長泵浦產品為高功率光纖激光器用戶提供更高效的泵浦、實現更高的光功率輸出。

開發背景：

隨著光纖激光器的應用越來越廣泛，未來對≥ 2KW 級功率光纖激光器的需求明顯增加，這就對作為泵浦源的半導體激光器的輸出提出了更高的要求，要求半導體激光器向更高功率、更高亮度、更高性價比方向發展。目前在實現kW級別的高功率光纖激光器一般選擇200W@200μm 量級或者140-150W@105μm量級的產品作為泵浦源，但是這兩款產品配合在kW 級光纖激光器上，或者亮度不夠或者性價比不夠高。為了實現更高功率同時又保證性價比，我司開發了NewBeam TM系列915nm 210W高功率半導體激光器，希望能夠為高功率光纖激光器提供更理想的泵浦源。

創新點：

利用全新的光學耦合設計平臺，同時將多只管芯同時以超高耦合效率耦合進入135μm，0.22NA芯徑光纖中并且保證產品可以穩定可靠的工作是改進創新的關鍵。如何實現高功率的耦合效率，如何設計光纖結構保證可靠性，如何保證產品設計適于批量生產都是技術難點。

北京凱普林光電科技股份有限公司

電話：+86-10-8368 1053

網址：www.bwt-bj.com

英諾 AOFemto 工業級飛秒激光器

AOFemto系列激光器采用了自主研發的混合主振蕩半導體泵浦固體功率放大技術，目前AOFemto系列激光器可穩定輸出功率20W 紅外和10W綠光?；诔墒炜煽康挠⒅Z激光AONano系列激光器產品生產線，AOFemto系列激光器采用了同樣的高品質部件和配件，并且其緊湊型的產品設計極易整合于激光加工設備中，提供了可靠、穩定的優質光源，非常適合用于24/7 大規模生產環境。

由于擁有卓越的光束質量和穩定的高輸出功率，AOFemto 系列工業級固體飛秒激光器幾乎可以加工所有材料而不留下任何熱損傷或留下非常少的熱損傷。而這樣高質量要求的材料加工在以前是不可能采用激光的。正因為擁有如此革命性的加工優勢，AOFemto 廣泛適用于汽車工業、醫療設備生產、消費電子業、工業激光加工、半導體，以及生物醫療和國防等行業。

目前這種獨特的材料加工已經對汽車工業產生了重大影響，AOFemto 系列激光器已被用于處理高端噴油嘴的缸內噴氣（GDi）模組加工。由于GDi 模組能夠極大地提高引擎效率的同時，還能有效地增加經濟效益和減少有害物質排放，所以目前幾乎所有新生產的汽車都裝配這種噴油嘴模組。

在消費電子行業方面，特別是AMOLED和OLED顯示上，AOFemto 系列激光器已經廣泛被用作制造精細的金屬掩膜（FFM），而這種金屬掩膜是將RGB 和電極材料沉淀在低分子有機電致發光顯示器上。目前FFM 制作工藝是用光刻腐蝕法，不僅制造時間長，還造成掩膜表面留下嚴重的錐度，使得顯示器失真。用AOFemto系列激光器則可以完美解決這個難題，生產商如今可以利用AOFemto去制造錐度極小的FMM掩膜，而更重要的，激光制造可以省去光刻腐蝕所需的光學掩膜。

開發背景：

飛秒激光市場在過去幾年有了長足的增長，同時也被預測在未來的3 至5年內有飛躍性的爆發。然而，這一樂觀的發展態勢，依賴于飛秒激光器高額的采購成本和運營成本的下降。英諾激光視此為一個機會，借助于久經納秒級激光器市場苛刻考驗的成熟可靠激光器生產元器件、模組以及穩定緊湊的平臺化、模塊化激光器設計，經過不斷檢驗測試，最終研制出行業領先、穩定和突出性價比的工業級飛秒激光器。

創新點：

飛秒激光及其特性讓產品在新型材料和新型設計上的開發擁有無限可能。AOFemto系列激光器能提供給客戶更具性價比的飛秒激光解決方案，讓他們進一步提高設備的設計和性能，從而使得終端客戶擁有更好的體驗，并且還能減少使用危害環境的有毒化學制造。

英諾激光科技股份有限公司

電話：+86-755-86350999

網址：www.inno-laser.com

嘉強 自動調焦激光切割頭

BM110系列是于2016年推出的一款自動調焦的光纖切割頭。該產品外置電機內置驅動單元，通過線性機構驅動聚焦鏡在22mm范圍內自動變更位置，使用者可以通過程序設定連續調焦，完成厚板的快速穿孔和自動切割不同厚度、材料的板材。該產品可搭載D30的復合透鏡組對光束進行整合，多元化的接口設置，使之能夠搭配各種光纖激光器；優化了光學設計，水冷的設計使得激光頭可以在高功率下長時間持續穩定地工作。

開發背景：

了解激光切割的朋友們知道，激光切割的高精度以及優秀的切割效果是和激光切割頭焦點的控制不可分割的，尤其是在切割不同材料及不同厚度的板材時，更是需要進行精確的調焦。在現今市面上，絕大多數的激光切割頭調焦的主要方式是依靠人工手動來完成的。而與傳統的調焦方式不同，BM110具備了自動調焦的功能。

目前市場上的激光切割頭大多都是不可調整焦距或者需要手動調整焦距，這樣的激光頭需要事先調整焦距，在做切割等工藝，只適合切割較為平滑的鈑金材料，然而如果鈑金材料高低不平，激光頭則會因為無法對準焦距而產生位置偏移、切不透、毛刺嚴重、牽引線偏移大等等。因此EMPOWER 嘉強集合機電單元，解決了這一大障礙。

創新點：

BM110是通過采用一個電機驅動聚焦鏡作上下運動來實現自動調焦的。只要在數控設備上設置數值，機器就可自動將焦點快速調整到最合適的位置。這大大提高了激光切割的加工效率，用戶可以通過程序設定連續調焦，完成厚板的快速穿孔和自動切割不同厚度、材料的板材。搭配3kW 光纖激光器切割20mm碳鋼板預穿孔時間保守估計小于8s，而工藝精湛的最快可達到3s ！

上海嘉強自動化技術有限公司

電話：+86-21-6760 1510

網址：www.empower.cn

阿比泰克 自適應激光遠程淬火頭

RLH-A自適應激光遠程淬火頭是一款用于表面硬化或軟化的多用途、高精度的激光加工系統。RLH-A獲得專利的溫度控制技術為熱處理提供了一個清晰的加工過程。這開辟了一個廣泛的應用領域：從細小工件到大型、復雜的工件，RLH-A都能勝任。

RLH-A 使用了一個高度動態的一維掃描單元來適應不同尺寸的作業軌跡。在掃描過程中，與激光束同軸的目標位置的溫度被記錄下來。記錄下來的溫度數據會被控制器對比激光功率的變化進行分析加工。RLH-A 有專利權的雙極控制電路將使系統速度的調節范圍更廣、調節精度更高。這項技術既能有效的防止薄壁零件或零件邊緣的過度加工，又能使熱容量大的較厚工件得到充分加熱。

開發背景：

隨著工業自動化越來高，細小工件或大型復雜的表面熱處理工件的逐漸增多，客戶對局部表面熱處理要求越來越高。伴隨著激光大規模的應用，激光淬火應用而生。

制造者們要求能夠實時記錄并調節控制焊接目標位置的溫度信息激光表面淬火技術，同時對零件表面淬火時能有效的防止薄壁零件或零件邊緣的過度加工，又能使熱容量大的較厚工件得到充分加熱。還需要對各種復雜的零件進行均勻有效的表面淬火處理。

創新點：

● 只需一臺RLH-A—就能完成各種輪廓工件的加工；

● 能對具有多維曲面輪廓、孔洞或凹口的工件進行局部硬化作業，同時適用于易扭曲變形工件的加工；

● 邊緣層硬化；

● 過程參數的精確調整；

● 輸入激光能做大范圍的調整：焦點（直徑，形狀）、激光功率、掃描速度；

● 局部輸入激光功率可調。

技術難點：

● 能對具有多維曲面輪廓、孔洞或凹口的工件進行局部硬化作業，同時適用于易扭曲變形工件的加工；

● 邊緣層硬化：具有額外的優勢—不影響其它部位的延展性；

● 局部輸入激光功率可調：因此，在加工軌跡上的孔的邊緣不會被破壞；厚度變化的工件所有部位都將得到相同的硬化效果。

廣州阿比泰克焊接技術有限公司

電話：+86-20-8226 5568

網址：www.abitec.com.cn