激光技術持續升溫------2017金屬加工行業- 榮格技術創新獎側記

3月13日，2017金屬加工行業——榮格技術創新獎的頒獎晚宴在上海隆重舉行。本次創新獎，最終共有38 項創新技術從110項參評技術中脫穎而出，橫跨8個不同的產品類別，得到了評委及用戶的一致認可。激光技術及3D金屬打印成為今年評選中最熱門的類別。當天，所有獲獎企業相聚一堂，共同慶賀這個“創新之夜”。

值得一提的是，為表彰引領新產品或新科技進步的個人或團隊，自上一屆新設的“年度創新團隊”也得到延續，今年獲得該殊榮的是來自德國通快集團（TRUMPF）激光技術部下屬的增材制造能力中心。憑借其激光金屬熔化和激光金屬熔覆兩項技術，成為“年度創新團隊”的獲得者。

上期，我們為大家報道了2017金屬加工行業- 榮格技術創新獎的部分激光獲獎產品。本期，你將看到余下的創新激光技術。

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（二）

功能部件（含激光器）

阿帕奇D50擺動焊接頭

D50 wobble擺動焊接頭是IPG Photonics推出的用于焊接的激光加工頭。它可承受的功率達到業內領先的12kW，具有多重參數選擇，其附帶污染實時監測功能（焊接頭報警模塊），支持攝像頭選項和焦距微調功能，同時兼容多種準直鏡及聚焦鏡，機身設計輕巧。此外，用戶還可以根據自身的需要，選配風刀、氣體輔助裝置/ 金屬蒸汽抑制裝置、同軸噴嘴等，并可選配焊縫跟蹤模塊，以達到更好的焊接效果。

創新點：

● 相比普通的激光焊接，具有更好的焊縫成形性和焊接質量；

● 其具有的螺旋線式加寬了焊縫，就意味著降低了焊縫預制條件——采用擺動焊接可實現間隙較大情況下焊接時的搭橋，從而降低了對前道下料工序的要求，也就降低了下料投入的成本；

● 正8字、倒8字（∞）、環形、線性等的多種擺動波形，以及可調節的擺動振幅與頻率，有效滿足了不同的焊接要求；

● 它與IPGWeld焊接軟件的高效協同，實現了各種焊縫形狀，靈活滿足了各種焊接的要求；

● 它焊接鋁材時有效抑制了氣孔產生，提高焊縫質量，因此是鋁合金焊接的理想選擇；

● 能夠焊接異種材料。

阿帕奇（北京）光纖激光技術有限公司

電話：+86-10-5058 6577 5515

電郵：rosemarywang@ipgbeijing.com

金先鋒 光束質量分析儀

Beam Watch是目前唯一的非接觸式高功率激光光束分析儀，利用顛覆性技術來測量高功率金屬加工激光的光束特性，為更精準的加工提供了保證。它無需阻截激光光束，可以提供實時測量?？梢悦棵腌姕y量多次激光光束聚焦位置，焦點大小，由此可以直觀測量出大功率激光器開啟時刻激光的光束特性。

該技術具備：

● 實時測量激光光斑大??；

● 非接觸式，激光光束完全通過；

● 激光器啟動狀態下測量焦平面位置及大小；

● 功率范圍：1kW-沒有上限（目前為止，已經測量到120kW）；

● 自動化系統集成接口設計；

● 本地網絡GigE相機接口設計；

● 專利技術。

開發背景：

隨著激光在工業加工中的應用越來越廣泛，用戶對激光器的要求也越來越高。為了得到更精確的加工指標，用戶希望對激光器的認知也越來越全面。過去我們只需要了解激光器能否對金屬進行焊接、切割、打標等就可以了。而現在，對參數的要求越來越嚴格。所以，準確檢測激光器參數成為了工業加工用戶的必要要求。

激光器主要有功率/ 能量、光斑大小、光束質量M2、焦點穩定性等參數。過去我們都是使用接觸式測量方法，也就是激光直接照射在測量儀器上，然后得出我們需要的技術參數。隨著激光器的功率越來越大，直接照射在測量儀器上的測量方法已經沒辦法適應工業加工的要求。主要原因是激光器功率太高，測量儀器需要大幅度衰減激光能量，這樣已經沒辦法得到實時的準確數據了。因此，非接觸式高功率激光光束分析儀Beam Watch應運而生。它具有專利技術，不需要直接接觸激光，就可以實時測量出激光參數。因此收到了廣大客戶的好評。

創新點：

傳統的測量方式都是由激光直接照射在檢測儀器上，然后來測量激光的參數。但是隨著激光功率越來越高，普通檢測儀器已經承受不了激光功率，非常容易損壞。所以，非接觸式激光測量儀器的出現可以說是勢在必行。

如何對激光進行非接觸式測量呢？這是一件非常難的事情。眾所周知，激光本身沒有實體，所以必須要有一個載體才能測量。我們利用高功率激光本身遇到高密度氣體會產生散射的原理，給Beam Watch充高密度氮氣。當激光照射到氮氣上產生散射后，我們用相機來拍攝并進行分析，最終得出激光參數。由于激光并沒有接觸到實體，所以對激光功率沒有限制，可以測量非常高的激光。

北京金先鋒科技有限公司

電話：+86-10-6263 4840

網址：www.teo.com.cn

特種加工（激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工、3D 打?。?/span>

斯來福臨

EWAG Laser Touch Machining? 激光加工專利技術

“EWAG LASER LINE ULTRA”激光機器采用最先進的超短脈沖激光技術，只需一次裝夾即可加工各種具有復雜幾何形狀的高品質切削刀具。機床擁有EWAG Laser Touch Machining?激光加工專利技術，可處理所有最新商用精密磨削刀具材料，包括硬質合金、CBN、PCD、CVD 和MCD等。機器不會產生熱效應區，因此刀具的表面加工質量極其優異，且壽命更長。

Laser Touch Machining? 激光機采用一種切向激光束加工工藝，通過在 10 皮秒的極短脈沖內使用激光束外沿塑造刀具表面，從而生成切削刀具的邊緣和幾何形狀。這些超短激光脈沖會直接蒸發材料，而不產生明顯的熱量。在重復掃描工藝中，激光掃描單元與機器的八個數控軸同步運動，從而產生刀具的幾何形狀。LASER LINE ULTRA 激光磨床均裝備了自動化技術，集成了6軸 FANUC機器人、二合一的 HSK 63型刀架和托盤。所有裝備均可在無光線環境下不間斷地進行回轉刀具的全自動生產。該機器還能夠使可轉位鉆石切削刀片的大批量生產實現自動化。

開發背景：

市場對PCD刀具的設計復雜性的提高以及多種超硬材料的需要一次裝夾加工，如難磨削的單晶材料和新型的CVD材料。為超硬材料的復雜輪廓的加工提供技術保障。

創新點：

超硬材料刀具的刃口崩碎率及表面光潔度要求大大提高。與此同時產品加工的效率要求提高，使得機床在產品開發時需要多方面考慮。受到技術專利保護的Laser Touch Machining? 可以很好的解決這些問題。

柯爾柏斯來福臨機械( 上海) 有限公司

電話：+86-21-3958 7426

網址：www.grinding.cn

天田 光纖激光加工機ENSIS3015AJ

天田（AMADA）最新推出的光纖激光加工機ENSIS3015AJ的最大特點，就是可以僅以2kW激光功率對25mm碳鋼板進行不遜色于二氧化碳激光的切割。

以往，光纖激光無論其激光功率有多大，由于激光模態本身的緣故，導致焦點的能量密度更高，聚焦出來的焦點直徑就更小，雖然可以以更集中的能量對薄板進行高速切割，但對于厚板的加工，卻反而因為輔助氣體無法在更小的割縫中被吹掉，導致切割不良或斷面不理想。所以中厚板切割時所需要的，反而是焦點直徑更寬，便于輔助氣體將熔渣完全吹掉的焦點。

ENSIS的光束可變裝置的基本功能就是可以根據加工材料不同而自動的改變光束品質，在薄板切割時以普通光纖激光的光束品質進行加工；反之，在中厚板切割時則自動變化光束品質，以此來實現中厚板更為節能、高效和高品質的加工。

并且，由于光束品質可以自動調制，在實際加工中就無需根據板材更換聚焦鏡；配合噴嘴自動更換裝置，真正實現無需工前準備的連續加工，進一步提高工廠運轉率。

ENSIS光束可變技術，是致力于獨立研發光纖激光發振器的AMADA公司所創造的先進技術，并已經提交申請專利技術。ENSIS在拉丁文里是“劍”的意思。代表著光束可變的ENSIS技術，就像劃破光纖激光厚板加工壁壘的利劍一般，定將為光纖激光發展史又增添了濃厚重彩的一筆。

開發背景：

隨著光纖激光的進一步市場化發展，針對用戶“節能”、“變種變量”、“擴大加工范圍”的要求，AMADA潛心開發了這款最先進光纖激光加工機。

以往，用戶在激光設備的選擇上，一般是薄板采用光纖激光，中厚板采用二氧化碳激光的加工區分。但出于進一步提高競爭力的需求，用戶廣泛提出希望中厚板也通過光纖激光生產。雖然該需求可以通過加大功率來實現，但存在著切割斷面品質差、加工效率低等缺點。

另一方面，通過對用戶加工板厚的調查統計得知，薄板和中厚板加工的比例一般為8:2左右。為了這20%的加工量不得不投資專用設備，無疑是一種資源的浪費。

出于這兩方面考慮，AMADA決定開發光束可變技術。而將來，ENSIS技術將不僅用于切割，還將用于激光焊接等方面。

創新點：

● 光束品質的自動改變：要任意變化光束品質，就需要對激光的各部分零件及參數進行不斷的實驗。得益于AMADA的光纖激光發振器為獨立研發，所以才能順利攻克這一技術難點；

● 超越二氧化碳激光的厚板加工技術：使用一半的功率，就實現超越二氧化碳激光的加工品質及效率，并將其最佳加工條件存儲于數控系統和輔助編程軟件之中，這就需要大量細致的測試工作。AMADA采用了眾多品牌的材料進行測試，這個過程是相當漫長的。另一方面，AMADA充分利用光束可變技術，歷史性的將厚板穿孔時間控制在1 秒以內（以16mm 碳鋼板為例），遠遠超越二氧化碳激光的技術；

● 全新的數控系統：為了讓用戶的操作體驗更方便、更直觀，AMADA開發了如智能手機般操作感覺的直覺式數控系統：AMNC3i。

天田（中國）有限公司

電話：+86-21-5985 8222

網址：www.amada.com.cn

通快 3D 打印系統 TruPrint 1000

TruPrint系列是通快集團為全球3D 打印領域帶來的誠意之作。其小巧精致的外觀，穩定的系統功能，定義了激光3D打印的全新標準。

TruPrint 1000是一臺基于激光金屬熔化增材制造技術的3D打印系統，在穩定而緊湊的工作系統下，機器最大的3D打印尺寸可達到直徑為100mm，高度為100mm的體積。由于體積小，加上直觀的觸摸屏面板和Mobile Control（MCA）應用程序，可通過現場圖片監控生產流程，操作簡單便捷，減少了不必要的人力成本。以平行方式協調粉末涂層和激光照射來生產零件的方式將停機時間減少到最低，從而實現更快的處理速度?；贑AD設計模型，無論是小批量的還是一次性的原形件，甚至是復雜的工件形狀，TruPrint 1000能滿足客戶的各種需求，為客戶的個性化生產提供最低成本、最高質量且幾何形狀更加復雜、精致的輕便型產品。通快的3D打印系統特別適合于加工渦輪葉片、模具、牙齒或者醫療器械等行業。

開發背景：

市場對3D打印機加工金屬工件的需求不斷增長，因為它非常適用于工業環境。通快是世界上唯一一家在其產品范圍內同時擁有激光金屬熔化和激光金屬融覆兩項技術的制造商。選擇最適合的加工過程取決于特定應用的細節之處。通快將大力進軍增材制造行業，尤其是金屬材質的3D打印技術和解決方案。公司全新的TruPrint 1000激光金屬熔融技術系統能生產出更高質量、更精致且幾何形狀更加復雜的輕便型產品。

創新點：

簡單且直觀的操作；創新的涂層系統提高加工速度；移動操作和監控；遠程診斷與可視化在線支持服務。

通快（中國）有限公司

電話：+86-512-5328 7700

網址：www.cn.trumpf.com

雷尼紹 RenAM 500M金屬增材制造系統

RenAM 500M金屬增材制造系統是一款專門為工廠車間的金屬部件生產而設計的激光粉末床熔化式增材制造系統。可采用金屬粉末床熔化技術，直接根據CAD數據制造多種金屬材質的復雜組件。RenAM 500M 配有全面集成到系統控制硬件和軟件中的500W光纖激光使用逐點曝光法提供激光能量，可精確控制金屬粉末床所需的能量。在成型文件準備和處理階段，可使用開源參數開發和優化工具來配置成型過程。它具有自動化的粉末和廢物處理系統，可實現工藝品質的一致性、減少操作人員與粉末或廢物的接觸并確保高標準的系統安全性。該系統的加工體積為250 mm×250 mm×350mm。

開發背景：

RenAM 500M增材制造系統凝聚著雷尼紹十多年的金屬粉末床熔化技術的開發成果和經驗，并利用雷尼紹最先進的制造專業知識，最終打造出一款助力成功生產零件的平臺技術。該系統是基于雷尼紹自主開發的光學系統和控制技術的系列產品中的第一款。

創新點：

● 光束定位技術：系統采用雙軸檢流計精確定位X和Y軸上的激光光束。經校準后定位精度在整個工作區域可達到±25μm。

● 動態聚焦功能：自主研制的光學系統可動態聚焦激光，對掃描區域實現平場校正，在整個工作區域精確控制光束焦點。

● 粉末自動化再循環：專為批量生產而設計，并配有機內自動化篩粉和再循環系統，可提高機器專門處理單一材料類型的效率。

● 超聲波篩粉系統：可控制通過篩粉系統的粉末進料，通過送粉器輸送加入到機器中的所有材料，并在傳輸到加料蓄粉倉之前進行篩粉。

● Z軸構造：配有雷尼紹Resolute ?絕對式直線光柵系統，分辨率達到100nm，可直接測量Z軸升降位置和光柵反饋補償反向間隙。

● 雙濾芯：獲得專利的高性能SafeChange ?雙濾芯系統支持在穩定的受控環境中長時間執行操作。

雷尼紹（上海）貿易有限公司

電話：+86-21-6180 6416

網址：www.renishaw.com.cn

大族激光 高功率高重復頻率紫外金屬切割設備

高功率高重復頻率紫外金屬切割設備是大族激光光源事業部以市場需求為向導，2015年8月針對切割手機陽極鋁應用研發的一款新機型，采用高功率25W紫外固體激光器及自主研發冷卻系統、EMCC卡控制系統、CCD視覺定位系統。

該產品具備：

● 加工精度高。自主研發的HL6.0切割件軟件可以直接導入PTL、DXF、多種格式圖形，并且支持在線修改，方便快捷得到你理想的加工圖形。HL6.0軟件把圖形數據傳到EMCC 控制卡控制振鏡加工各種任意形狀圖，加工輪廓精度達0.01mm，結合CCD視覺對產品定位，加工的位置精度達0.02mm。

● 加工工藝質量好、效率高。激光切割切口細窄、切逢兩邊并行且垂直表面，材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切逢附近材料的性能幾乎不受影響。加工過程序使用自制水冷卻系統對產品降溫切割比普通直接切割加工率效提高40%。

● 激光系統功率穩定，光斑模好。光斑橢圓度大于93%，平均功率穩定性小于2%RMS。自主研發冷卻系統溫控精度達0.1度，通過RS232與激光器通信，保證激光器穩定運行。

開發背景：

該設備能夠為產品厚度0.6mm以下的加工帶來裨益，由于傳統的金屬沖壓加工工藝，外形尺寸公差大，位置精度無法滿足，沖壓效果不理想，無法滿足客戶對翻邊、脫模、白點、切邊粗糙度的要求，紫外激光器進行激光加工時直接破壞材料的化學鍵，是“冷”處理過程，具有很小的熱影響區，能很好的控制加工精度和效果。激光切割設備配制自主研發的HL6.0切割軟件系統，具有復雜曲線的切割圖形編輯和文字處理能力，柔性度更大，能快速適應客戶前期驗證而變化產品的圖形和規格。

大族激光公司從用戶需求出發，自行開發研制了創新性的高功率高重復頻率紫外金屬切割設備，使用振鏡快速掃描加工方式，配制高控溫精度冷水機，自動循環冷卻系統，可以滿足客戶對產品加工的高效率、高精度、低成本的要求，同時解決由傳統工藝無法滿足的切邊效果。

創新點：

● 高功率激光器：高功率高重復頻率紫外金屬切割設備采用高功率全固態紫外激光器, 電光轉換效率高、重復頻率高、性能可靠、運行成本低、體積小、光束質量好、功率穩定。

● 自主研發HC010H3-82A冷卻系統溫控精度達0.1度，通過RS232與激光器通信，保證激光器穩定運行。

● HL6.0切割軟件：該軟件由大族激光自主研發，該系統是一個基于矢量圖形切割并具備擴展文字處理、精確繪圖和精美打標功能的切割控制軟件。同時該版本支持的操作系統為Windows XP、Windows 7，使系統能夠在更穩定、更可靠的環境中運行，極大提高軟件運行的可靠性。

● 創新型水冷卻切割工藝：高功率高重復頻率紫外金屬切割設備配有循環水冷卻治具，把產品放置水面，并保持液面平行。切割時產生的熱量通過水迅速帶走，使用產品受到熱影響更小，同時此方法切割比正常不加水冷卻切割效率提高40%。

主要難點：

● 精度控制：該設備為高精密切割設備，切割產品位置精度為0.02mm，輪廓度為0.01mm。

● 治具水槽液面控制：由于產品厚度為0.6mm以內，激光切割使用循環水進行冷卻，液面高度變動范圍需要控制在產品的厚度以內。

大族激光科技產業集團股份有限公司

網址：www.hanslaser.com

華工激光 金屬激光鉆孔機

該金屬激光鉆孔機適用于加工1mm以下的金屬加工，直徑小于1mm以下的孔。設備主要特點是加工效率高、加工孔圓度高，可達到90%圓度，孔一致性好，可一次性加工多個孔。以加工0.8mm鋁板為例，加工0.015mm孔，效率為400-500孔/秒，孔加工完成后肉眼很難看見，需用光照才能看到微孔。

該設備主要由機柜、光纖激光器、中型升降機、光具座、振鏡，透鏡組成。激光器采用進口高功率脈沖光纖激光器，該激光器具有高功率、理想的光束質量和高電光轉換效率等特性，可進行光纖傳輸。具有其他各種固體激光器和氣體激光器無與倫比的高可靠性，其優越性體現在寬范圍的運行波長選擇、極低的信噪比、極高的穩定性和超長的泵浦源壽命。

開發背景：

由于金屬材質筆記本小而輕，外觀看起來高檔、精致，這幾年在市場上越來越流行，市場占有率也不斷提升。金屬筆記本外殼上面有不少微孔需要加工，這些微孔直徑小，用傳統的CNC加工方法加工不出來，這時需要采取新的加工方法來加工。于是我們就想到了激光加工技術加工微孔，激光打孔的實質是把激光光束聚焦到工件上，將光能轉換為熱能一種加工方法。激光打孔的過程是將一定能量密度的脈沖輻射對工件材料的作用過程，將材料熔化和氣化及部分材料以固態形式拋出的過程。激光微孔加工屬于無接觸加工，不損壞產品，激光熱影響小，材料損耗小，效率高。

創新點：

本產品創新點主要是金屬微孔激光鉆孔工藝。微孔加工尤其是小孔加工比較難，尤其是加工直徑在1mm 以下的微孔加工，其難度更是非常的大。微孔加工，是傳統加工里面很難的技術，其介于傳統加工和微細加工之間。在很多國家的研究室里，都有這方面的研究。用電火花是不錯的選擇，最小可以加工0.08mm直徑的微孔，但是，其微孔孔壁會留下再鑄層，從而影響微孔的使用壽命，使得微孔的孔壁表面質量發生惡化。利用激光加工微孔時是激光直接打孔是利用聚焦透鏡直接打孔，孔大小，圓度取決激光光斑大小及圓度，孔的大小不易控制。只能適合較小的孔?？讖?.005-0.3mm左右，打孔速度快。

武漢華工激光工程有限責任公司

電話：+86-27-8718 0277

網址：www.hglaser.com