隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會需求的多樣化,產(chǎn)品的競爭越來越激烈,更新?lián)Q代的周期也越來越短。為此,要求不但能根據(jù)市場的要求盡快設(shè)計出新產(chǎn)品,而且能在盡可能短的時間內(nèi)制造出原型,從而進(jìn)行性能測試和修改,最終形成定型產(chǎn)品。而在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中,需要大量的模具設(shè)計、制造和調(diào)試等工作,成本高,周期長,已不能適應(yīng)日新月異的市場變化。為了提高研發(fā)和生產(chǎn)速度,快速而精確地制作出高質(zhì)量、低成本的模具和產(chǎn)品,能對市場變化做出敏捷響應(yīng),人們作了大量的研究和探索工作。隨著工業(yè)激光器價格的不斷下降和工業(yè)激光加工技術(shù)的日益成熟,給模具制造和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝帶來了重大變革。本文首先介紹了工業(yè)加工激光器,然后在模具激光制造、模具表面激光強(qiáng)化和替代、模具激光修復(fù)、模具激光清洗等幾個方面進(jìn)行了介紹和分析。
工業(yè)加工激光器
目前,用于激光加工的工業(yè)激光器主要有兩大類:固體激光器和氣體激光器。其中,固體激光器以Nd:YAG激光器為代表;而氣體激光器則以CO2激光器為代表。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,目前人們也開始在某些加工應(yīng)用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導(dǎo)體激光器。
1) Nd:YAG激光器
Nd:YAG激光器的激光工作物質(zhì)為固態(tài)的Nd:YAG棒,其激光波長為1.06μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較低,同時受到Y(jié)AG棒體積和導(dǎo)熱率的限制,其激光輸出平均功率不高。但由于Nd:YAG激光器可以通過Q開關(guān)壓縮激光輸出的脈沖寬度,在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率(108W),適用于需要高峰值功率的激光加工應(yīng)用;其另一大優(yōu)點(diǎn)是可以通過光纖傳輸,避免了復(fù)雜傳輸光路的設(shè)計制作,在三維加工中非常有用。此外,還可以通過三倍頻技術(shù)將激光波長轉(zhuǎn)換為355nm(紫外),在激光立體造形技術(shù)中得到應(yīng)用。
2) CO2激光器
CO2激光器的激光工作物質(zhì)為CO2混合氣體,其主要應(yīng)用的激光波長為10.6μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較高,同時激光器工作產(chǎn)生的熱量可以通過對流或擴(kuò)散迅速傳遞到激光增益區(qū)之外,其激光輸出平均功率可以做到很高的水平(萬瓦以上),滿足大功率激光加工的要求。
國內(nèi)外用于激光加工的大功率CO2激光器,主要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器:橫流激光器的光束質(zhì)量不太好,為多模輸出,主要用于熱處理和焊接。我國目前已能生產(chǎn)各種大功率橫流CO2激光器系列,可滿足了國內(nèi)激光熱處理和焊接的需求。②軸流激光器:軸流激光器的光束質(zhì)量較好,為基模或準(zhǔn)基模輸出,主要用于激光切割和焊接,我國激光切割設(shè)備市場主要由國外軸流激光器所占領(lǐng)。盡管國內(nèi)激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多工作,但由于主要配件還需進(jìn)口,產(chǎn)品價格難以大幅度下降,普及率低。
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