在過去幾十年里,Nd:YAG脈沖
激光器一直是
材料加工的主力軍,其中相當一部分機器的使用時間甚至已經超過30年。其中,
波長為1070nm的脈沖
激光器應用最為廣泛,比如醫(yī)療器械、航空、
電子等等。盡管如此,在某些方面,這種激光器仍有待改進,比如峰值功率高,但平均功率低,電效率不高,功率提升時
光束質量不穩(wěn)定,聚焦光斑尺寸近似高斯光束,在獲得穩(wěn)定輸出之前需要幾輪脈沖預熱等等。然而,縱有種種不盡如人意,這種激光器還是在相當長一段時間里發(fā)揮著重要的作用。在航空領域,Nd:YAG脈沖激光器更是占據著主導地位,廣泛用于各種器件的冷卻孔加工。
3*$9G)Ey 4bev*[k |W*@}D 光纖激光工藝
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#bo H9VXsFTW 2009年初,從事材料加工行業(yè)的人開始將目光投向那些能夠提供高峰值功率的脈沖激光器,以及具有較高功率水平的連續(xù)激光器,這類激光器峰值功率一般可達到3kW,平均功率300W。技術的飛躍催生出更高的峰值功率及平均功率。如今,峰值功率高達20kW,平均功率2kW,以及超高功率連續(xù)激光器已經問世。功率的不斷更新換代,將光纖激光器推上了航空器件加工的舞臺。
o.3YM.B# 30 [#%_* o 相較于傳統(tǒng)的Nd:YAG激光器,光纖激光器在電光轉換效率及光束亮度(單;虻臀徊僮鳎┓矫婢酗@著的改善,且無需預熱,功率改變時,無論是平頂模式(如圖1所示),還是高斯模式,光斑直徑始終保持穩(wěn)定如一,同時,脈沖頻率更高,
參數的實時調節(jié)性能也更強。由于光纖激光器利用的是單個發(fā)射器激發(fā),所以在可靠性、功率穩(wěn)定性及靈活性方面較閃光燈泵浦激光器而言,有了質的飛躍。
@D~+D@i$TW N1N{Ol' OssR[$69 圖1平頂模式
$@_t5?n``F 鑒于光纖激光器的應用方式靈活多樣,不僅可以作為新機安裝,也可以對現有生產線進行升級,所以正在占據越來越多的市場份額。之前所有使用Nd:YAG激光器的生產
系統(tǒng)都能轉換為光纖激光器。隨著市場需求的發(fā)展,現在已有峰值功率達到20kW高功率光纖激光器可供選擇(見下表)。
#3K,V8( .^~l_LkA Zfy~mv$ 上述峰值功率及平均功率已經可以覆蓋從微加工到大型加工,從微鉆孔到大型鉆孔,薄厚板材切割,深雕等多種應用需求。
(y~laW! =v4r M0m, 航空領域的鉆孔需求
.blft,' ]osx. 航空領域無疑是又一個因光纖激光器而獲益匪淺的行業(yè)。在現在航空業(yè)中,一個渦輪引擎可能會有多達數百萬計個孔,這些孔主要用于幫助器件在運轉過程中及時散熱?椎暮穸取⒔嵌、直徑、形狀各不相同。在航空領域鉆孔應用中,新型光纖激光器是一種更快,更靈活、更穩(wěn)定,也更具成本優(yōu)勢的選擇。
poQdI?ed, + sywgb) 生產航空器件冷卻孔主要有兩種方式:一種是利用多重脈沖,依據所需孔徑形成鉆孔(脈沖鉆孔);另一種是利用小光斑,在圓形范圍內移動光束形成鉆孔(套孔)?偟膩碚f,套孔速度慢,但形狀更完美。在某些應用中,只能選擇套孔,這些孔通常直徑為0.015–0.030in(如圖2所示)。
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08FY 圖2:脈沖鉆孔,左側孔徑為0.010in,右側孔徑為0.030in