光纖激光器技術(shù)在過去數(shù)年獲得了迅速發(fā)展，在選擇高功率光纖激光器時，很難區(qū)分什么是重要的。除了最高額定功率或所宣傳的最快進(jìn)料速率之外，還有更多的因素需要考慮。為確保成功，需涉及許多評價領(lǐng)域的整體考慮。其中一些考慮因素可能包括額定功率和進(jìn)料速率，但還應(yīng)該包括輔助氣體切割解決方案、以及單件成本、自動化和為應(yīng)對未來增長的擴(kuò)展能力。
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許多年以來，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是以整個90年代末至2000年代所銷售的最普通的激光功率為基礎(chǔ)的，也即功率范圍在4千瓦內(nèi)的二氧化碳（CO2）激光器。的確是有一些更高的機(jī)器等級，但最常見的都在這個范圍內(nèi)。CO2技術(shù)的進(jìn)步經(jīng)歷了近30年，在其中的許多年里趨于平穩(wěn)，而瓦數(shù)卻從未增長到超過6千瓦的范圍。這與我們所看到的光纖激光器技術(shù)的發(fā)展形成了很大的反差。
高功率光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)
當(dāng)光纖激光器在2000年代中期被引入的時候，市場反應(yīng)平平，直到2010、2011年光纖激光器才得到應(yīng)有的反響。從這時起，激光切割行業(yè)開始注意到各大機(jī)器制造商引入其產(chǎn)品，相信這項(xiàng)技術(shù)能夠成為一個可行的生產(chǎn)工具，具備大量優(yōu)勢（在激光切割行業(yè)中才開始見到主要機(jī)器制造商充滿自信地介紹他們的產(chǎn)品道：這項(xiàng)技術(shù)有作為可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)工具的能力，并具有許多優(yōu)勢。
在早期版本中，第一批激光器的功率介于2至4千瓦之間。短短幾年，其等級迅速上升了一倍甚至三倍。隨著光纖激光器技術(shù)的快速發(fā)展，需要考慮的因素很多。對于生產(chǎn)需要來說什么是最好的？將其全部整合在一起以最大程度地滿足制造業(yè)的需要，是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。
高功率激光器帶來了許多優(yōu)點(diǎn)，包括提高生產(chǎn)率和吞吐量，以及降低單位小時的運(yùn)行成本和能源效率。在享受這些益處的同時，有一個問題可能被忽略了，即在需要大量氣體和一定壓力的中厚材料切割時氮?dú)獾南牧?。針對這一問題，進(jìn)一步研究通過不同切割技術(shù)進(jìn)行零件加工，也有助于降低單個零件的加工成本。
氮?dú)馇懈?/div>
通過評估氮?dú)馍上到y(tǒng)、優(yōu)化的噴嘴技術(shù)、更高的氮?dú)饧兌人胶洼o助氣體壓力，可以獲得良好的邊緣質(zhì)量以及較低的零件成本等益處。應(yīng)用這些技術(shù)能帶來20-30%的進(jìn)料速率提升，同時與傳統(tǒng)的氮?dú)馇懈钕啾?，輔助氣體消耗量減少了70%。
氮?dú)馇懈钔ǔＪ钱?dāng)切削材料處于加工范圍內(nèi)時的首選方法。與在下游工藝中會留下必須去除的氧化邊緣的會發(fā)生變熱反應(yīng)的氧氣切割相比，氮?dú)馐鞘走x的方法，因?yàn)樗軠p少這類二次操作，并允許產(chǎn)品直接進(jìn)入粉末涂層或焊接工序。
圖1：該N 代系統(tǒng)為激光切割提供清潔、干燥的氮?dú)狻?/div>
場內(nèi)氮?dú)馍煽赡苓m用于那些正在尋找一種簡單解決方案以消除薄材料內(nèi)部氧化、且不需要高純氮?dú)獾挠脩簟mada的氮?dú)馍上到y(tǒng)可提供清潔、干燥的切割用氮?dú)猓部梢耘c氣體混合器一起使用，從而實(shí)現(xiàn)更多的材料加工選項(xiàng)（圖1）。
輔助氣體選擇
混合這些輔助氣體在為不同材料創(chuàng)造最合適的環(huán)境上有優(yōu)勢。這是通過為現(xiàn)有氧氣和氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)添加氣體混合器，然后將這種混合氣體供給機(jī)器，以形成可改善邊緣質(zhì)量和無浮渣處理的另一個解決方案。
例如，在激光鋁切割中，不進(jìn)行二次去毛刺加工的話，其邊緣質(zhì)量是不可接受的。在切割工藝中引入少量氧氣，可以實(shí)現(xiàn)無浮渣纖維激光器鋁切割。混合氣體則可同時獲得以下的便利性：更高的切割質(zhì)量、保持可焊性以及粉末涂層應(yīng)用毋須任何二次工藝影響。
添加氣體混合器也有利于中厚低碳鋼的切割。這個范圍包括11-量規(guī)7-量規(guī)、1/4英寸，以及3/8英寸材料，這些材料以往都是使用氧氣利用CO2激光器切割的，現(xiàn)在，利用高功率光纖激光器的優(yōu)勢，可以采用氮?dú)馇懈?，采用混合氣體切割則更佳。如上所述，與傳統(tǒng)的纖維氮?dú)馇懈钕啾?，進(jìn)料速率可提高20-30％，同時輔助氣體消耗量減少70％以上。這種先進(jìn)的切割解決方案是通過噴嘴技術(shù)、高氣體純度水平以及高流速來實(shí)現(xiàn)的。
如何選擇自動化系統(tǒng)
明智地選擇好自動化系統(tǒng)，對于讓整個解決方案更趨完善、并最大限度地提高平穩(wěn)運(yùn)行時間是來說極其重要的。高速切割導(dǎo)致嵌套循環(huán)時間大大縮短，自動化的速度現(xiàn)在與先前的CO2循環(huán)時間相關(guān)性更高。在考慮最適合制造需求的自動化時，應(yīng)該評估當(dāng)前和未來的需求。最佳的自動化解決方案應(yīng)該是一個靈活的系統(tǒng)。靈活的系統(tǒng)有助于配置出一個既能充分利用光纖激光器，同時又能擴(kuò)展并提升業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。
在早期包含激光的自動化單元中，循環(huán)時間超過3-4分鐘，并且自動化速度沒有當(dāng)前那么大的影響。光纖激光器可以產(chǎn)生嵌套循環(huán)時間，這就要求自動系統(tǒng)在1分鐘之內(nèi)將下一張板材提供給激光器以備切割。為了實(shí)現(xiàn)這些快速的自動循環(huán)時間，要求系統(tǒng)同時執(zhí)行多個任務(wù)。
圖2：卸載先前已切割好的，同時拾取下一張，使激光器能交換切割托盤，并繼續(xù)處理。
例如，系統(tǒng)一邊從移動工作臺上卸載先前已切割好的，一邊從原材料堆棧中拾取下一張以便即時替換已卸載的。這使激光器能簡單地交換切割托盤并繼續(xù)處理，而不必等待自動化系統(tǒng)遞送下一張板材（圖2）。
材料存儲
另一個可以滿足您需求的自動化領(lǐng)域是材料存儲。您可能接受單個原料架嗎？您是否需要存儲多種材料以便按計劃通過光纖激光器？與不知道何時需要進(jìn)行下一份加工訂單的生產(chǎn)車間相比，一家能夠預(yù)測未來生產(chǎn)需求的大型OEM制造商要回答上述問題通常更為容易。這兩種不同的情形可以通過相同的柔性自動化系統(tǒng)來處理。生產(chǎn)車間可能存在最基本的自動化需要，以便在非高峰班次的時候最大化生產(chǎn)，并且只需為激光器提供一個托盤的原料。
OEM制造商或者稍大的生產(chǎn)車間，可能會需要一個能隨時向激光器遞送多種材料的存儲系統(tǒng)。從一個具有靈活性的、可以隨時擴(kuò)充的系統(tǒng)出發(fā)，可使企業(yè)有能力準(zhǔn)備好應(yīng)對將來可能出現(xiàn)的任何情況。
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