在高功率激光加工領(lǐng)域耕耘近30年的領(lǐng)創(chuàng)公司，在不斷積累裝備制造和加工工藝經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，成功攻克若干關(guān)鍵技術(shù)難題，在國內(nèi)率先推出10kW和12kW“愛可寶”系列激光切割機(jī)，批量投放國內(nèi)外市場后，引起行業(yè)同仁廣泛關(guān)注，筆者特在此深度解析該系列萬瓦級激光裝備所突破的關(guān)鍵技術(shù)，分享給大家以供參考。
 

可靠穩(wěn)定的光源技術(shù)
 

激光裝備功率要突破萬瓦級，首先需實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的光源技術(shù)。在激光切割領(lǐng)域，目前主流激光光源的制造商是美國IPG和德國通快，可將12kW的激光功率耦合進(jìn)100μm的光纖內(nèi)，其核心技術(shù)是耦合技術(shù)、封裝技術(shù)、熱應(yīng)力管理、散熱管理、光譜控制及光斑控制，IPG光源模塊目前有500W、700W、1000W和1500W，近期將推出2000瓦／模塊，通過增加單一模塊的冗余量實現(xiàn)長期穩(wěn)定的功率輸出；通快碟片激光器則通過功率閉環(huán)控制，其每個模塊只有1000W一種。不管何種光源，其用于切割工藝方面的光束質(zhì)量BPP值一般不能大于8mm·mrad，電光轉(zhuǎn)換效率不小于30％。

光束傳導(dǎo)技術(shù)
 

解決光束傳導(dǎo)技術(shù)難題對實現(xiàn)萬瓦級激光裝備也極其重要。由于受到光學(xué)加工能力限制，很難加工出整形效果好、衍射極限高的光學(xué)元器件，一定程度上制約了大功率激光傳輸技術(shù)的發(fā)展，如何提升光學(xué)端面拋光技術(shù)、提高衍射效率高的光學(xué)器件制備能力是未來超高功率激光發(fā)展和應(yīng)用的挑戰(zhàn)。萬瓦級功率激光從100μm的光纖芯徑內(nèi)射出，其功率密度之大可想而知，一般而言，激光傳導(dǎo)經(jīng)過的路徑由光纖端面鏡、QBH或QD接口、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡組、變焦系統(tǒng)、聚焦鏡和下保護(hù)鏡等組成，鑒于超高的功率密度，對所有上述路徑上的光學(xué)鏡片提出嚴(yán)苛的潔凈度和溫升要求，整個光路必須嚴(yán)格密閉，不得與外界有介質(zhì)交換，而且須在潔凈空間內(nèi)安裝和清潔光學(xué)器件，另外各環(huán)節(jié)冷卻回路的壓力、流量、水流進(jìn)出順序及水溫同樣重要，確保切割加工過程中溫度保持相對恒定。通常來說，激光切割必須先有起刀孔，尤其是切割厚板材料時，穿孔質(zhì)量十分重要，優(yōu)良的穿孔是保證光束和氣流穩(wěn)定的基礎(chǔ)，對萬瓦級激光切割而言，變焦穿孔技術(shù)是通過伺服電機(jī)控制擴(kuò)束鏡組與聚焦鏡的相對距離，實現(xiàn)聚焦光斑正負(fù)離焦量的變化，切割不銹鋼、鋁及鋁合金、黃銅及紫銅需要負(fù)離焦，厚度越大，負(fù)離焦越深（圖1）。采用伺服控制“雙凸—雙凹—雙凸”ZOOM鏡組，實現(xiàn)分級或無級調(diào)焦（圖2），高速動態(tài)變焦穿孔，實現(xiàn)割縫斷面無斜度切割。采用光束整形技術(shù)、模式自動變換控制技術(shù)、能量密度微積分技術(shù)，實現(xiàn)大厚度不銹鋼及高反射材料的“亮面切割”。