日前，來(lái)自德國(guó)薩克森州和以色列科學(xué)家組建的一支研究團(tuán)隊(duì)正在Fraunhofer IWS聯(lián)合測(cè)試一種用于工業(yè)加工的新型激光器。該系統(tǒng)基于“相干光束集成”（Coherent Beam Combining）方法，這對(duì)于現(xiàn)在的高功率激光器而言是全新的。

這臺(tái)13kW激光器可以在運(yùn)行過(guò)程中快速產(chǎn)生不同的能量分布模式，從而能夠非常精確和快速地加工材料。研究團(tuán)隊(duì)希望這項(xiàng)技術(shù)最終推廣至全球激光器供應(yīng)商，并讓行業(yè)分享成果。

■動(dòng)態(tài)光束激光器近照

Fraunhofer IWS的這臺(tái)“動(dòng)態(tài)光束”（Dynamic Beam）激光器，是以色列科學(xué)家最新的創(chuàng)新成果。研究所也是世界上首個(gè)采用該激光解決方案的研究機(jī)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)與項(xiàng)目合作伙伴Civan Lasers公司，希望在測(cè)試中拓展更多新的應(yīng)用場(chǎng)景。

“新型激光器將推動(dòng)材料加工的極限，例如在醫(yī)療技術(shù)和航空航天領(lǐng)域，”Fraunhofer IWS研究所切割和連接技術(shù)領(lǐng)域負(fù)責(zé)人Andreas Wetzig博士對(duì)此談到。

快一千倍

以色列Civan Lasers公司的“動(dòng)態(tài)光束”激光器將數(shù)十個(gè)單獨(dú)的光束組合成高質(zhì)量的強(qiáng)大激光束。通過(guò)部分光束中波谷和波峰的小相移（光相控陣），激光器可以在激光束中快速生成不同的能量分布模式，而典型激光器僅在光束中心聚焦能量。新激光器系統(tǒng)可在工件上產(chǎn)生例如環(huán)形、八字形或馬蹄形的能量聚焦模式。

要想達(dá)到新系統(tǒng)同樣的能量分布模式，過(guò)去往往需要通過(guò)光束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件或快速振蕩反射鏡實(shí)現(xiàn)。但即使是最快的振蕩反射鏡，仍然需要幾毫秒時(shí)間重新調(diào)整激光束的能量模式。研究團(tuán)隊(duì)的測(cè)試內(nèi)容包括評(píng)估將動(dòng)態(tài)光束整形用于金屬增材制造的可能性。作為“ShapeAM”項(xiàng)目的一部分，研究人員測(cè)試新激光器系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)材料特性的改進(jìn)。

■研究團(tuán)隊(duì)成員正在對(duì)新型激光器進(jìn)行測(cè)試

具體而言，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是鈦、鋁合金的增材制造，這些材料將應(yīng)用于空間部件、植入物和移動(dòng)輕質(zhì)部件。測(cè)試過(guò)程中，Civan Lasers公司計(jì)劃使用動(dòng)態(tài)光束整形技術(shù)消除工藝加工中可能出現(xiàn)的缺陷，從而獲得更高質(zhì)量的3D打印效果。公司首席執(zhí)行官Eyal Shekel博士表示，“ShapeAM項(xiàng)目使我們能夠探索動(dòng)態(tài)光束整形在金屬增材制造中的優(yōu)勢(shì)。”

德國(guó)與以色列的合作交流

該聯(lián)合項(xiàng)目有望發(fā)展成為以色列和德國(guó)之間的科學(xué)交流。測(cè)試結(jié)束后，F(xiàn)raunhofer IWS將把測(cè)試結(jié)果傳回給耶路撒冷。此外，研究所還計(jì)劃臨時(shí)向以色列派遣交換科學(xué)家。作為回報(bào)，Civan Lasers公司專家可以在激光實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行其他測(cè)試。

■13kW激光器可以在運(yùn)行過(guò)程中以數(shù)千倍的速度生成能量分布模式

聯(lián)合測(cè)試旨在確定“動(dòng)態(tài)光束”激光器的可能性和局限性。最初，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用各種光束輪廓、材料和工藝進(jìn)行基本測(cè)試。之后他們將評(píng)估新系統(tǒng)的具體應(yīng)用，例如難以加工的材料和材料復(fù)合材料切割、連接或增材制造。

“動(dòng)態(tài)光束”使加工速度翻倍

可以預(yù)見(jiàn)的是，新型激光器在增材和連接工藝中將實(shí)現(xiàn)不熔池表面和熔池深度的快速精確控制。研究團(tuán)隊(duì)期待在無(wú)毛刺切割和高邊緣質(zhì)量方面，新型激光器能繼續(xù)顯現(xiàn)出激光切割的優(yōu)勢(shì)。他們估計(jì)，與傳統(tǒng)光纖激光器相比，“動(dòng)態(tài)光束”激光器的加工速度可以提升兩倍。

無(wú)論如何，一旦新型激光器測(cè)試成功，將預(yù)示著這項(xiàng)技術(shù)有望在未來(lái)的金屬加工、醫(yī)療技術(shù)、電動(dòng)汽車以及航空航天工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。