衡阳大功率激光刀模机供应商 一站式服务
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激光加工的防护
1、为避免发生各种伤害,先对激光加工设备采取必要的防护措施。这些措施主要包括以下方面。
(1)激光加工设备要可靠接地,电器系统外罩的所有维修门应安装有连锁装置,电器外罩应设置相应措施一边在进入维修门之前使内部的电容器组放电。
(2)激光加工设备应有各种安全措施,在激光加工设备上映舍友明显的危险警告标志和信号,如“激光危险”“高压危险”等字样。
(3)激光加工的光路系统应尽可能全部封闭,如使激光在金属管中传递,以防止对人体的直接照射造成伤害。
(4)如果激光加工的光路系统不可能全封闭,则光路应设在较高的位置,使光束在传递过程中避开人的头部,让激光从人的高度以上通过。
(5)激光加工设备的工作台应采用 玻璃等防护装置屏蔽,以防止激光的反射。
(6)进行激光加工的场地也应设有明显的安全标志,并设置栅栏、隔墙、屏风等,防止与工作无关人员误入危险区。
2、对人身的保护
(1)对于激光切割机的防护设备典型的就是激光防护镜,因为防止激光对人眼损伤的防护镜,按其防护原理可分为反射式、吸收式、衍射式和复合式等几种,当然,他们都会根据激光切割机的激光波长进行过滤防护,达到对人体的激光切割机激光的保护,这也是市场上较为安全方便的激光切割机的防护设备。
(2)人体如果有了足够的健康程度,对于激光切割机的稍微是可以抵御的。所以激光切割机操作人员要注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含、C和蛋白质的食物,经常喝些绿茶等等。因为这些食物都能帮助人类较好的保护眼睛,让人体能够在激光切割机的条件下,较好的保护人体。
国内激光产业现状及应用产业链分析
世界上台激光器诞生于1960年,我国也于1961年研制激光器,距今已有半个世纪了。50年来,激光技术与应用发展迅猛,已与多个学科相结合形成多个应用技术领域,比如光电技术,激光与生物光子学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、超快激光学、激光化学、量子光学、激光、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光等等。
这些交叉技术与新的学科的出现,大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。经过近50年的艰苦努力,我国激光技术研究获得重大突破,激光产业也从无到有,我国激光加工产业一直呈指数增长,成为我国科学技术应用领域中活跃的产业之一。
目前,全国共有5个激光技术研究中心,10多个研究机构;有21个省、市生产和销售激光产品,常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。
目前国内激光企要集中在湖北、、江苏、上海、和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市。已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲激光产业群,激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
激光应用主要分为工业、、商业、科研、信息和军事六个领域。我国激光加工产业规模十几年间增长了近500多倍。在工业激光应用中,主要有材料加工和测量控制两大类。
激光材料加工则是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光微加工和激光标刻。
激光材料加工技术是涉及到光、机、电、算、材料及检测等多门学科的一门综合技术。发展激光技术,推动激光应用,我们不能只从某一方面来谈,而是要综合这些学科全盘考虑。为了便于描述和研究,抓住典型,我们以激光产业链为主线索来谈激光技术的发展,但激光产业链也还是一个大课题,我主要分析工业激光应用系统的产业链。
工业激光应用系统的产业链应该由下面四个方面组成:激光应用、激光加工系统、激光器和激光配件。可以看到,每一个激光应用领域都可以形成一个产业链,每一个产业链一定包括激光加工系统、激光器和激光配件。现在,成熟的激光产业链应该是工业激光应用的产业链,它包括激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链、激光表面处理产业链、激光打孔产业链等等。
所以任何一个小的产业链都有它自身的发展过程和特点,该链中的每一个环节都很重要,任何一个环节发展不充分或发展滞后,这个产业链就不完整,就很难得到蓬勃发展。
目前国内有很强的激光切割机生产能力,包括设计制造切割系统、导光系统工作台运动系统及其关键零部件,也有很强的软件开发能力,生产高功率二氧化碳激光切割机典型企业包括武汉法利莱、楚天激光、上海团结普瑞玛、深圳大族等,但切割机中的二氧化碳激光器和聚焦镜则大部分依靠进口,切割机中几乎一半的成本是激光器,所以我们基本上是在中国“打洋工”,很大部分利润被外国公司拿走了。
就高功率二氧化碳激光器的功率指标来看,武汉科威晶可以生产高达4kW的激光器和正在开发7kW激光器,南京东方可以生产4kW激光器,南京通快可以生产3200W激光器。
但这些公司含有合资或引进国外技术的成分,激光器中的关键零部件也是依靠进口,比如风机和谐振腔镜片等。在低功率二氧化碳激光切割应用中,我国是产销量大的国家,不仅占领国内市场,并且大量出口,形成了成熟的中小功率二氧化碳激光切割机产业链,包括系统集成、激光器生产和相关的激光配件。
典型厂家有武汉众泰、三工、金运、东莞粤铭、济南金威刻等,但我们的产品也是以低端的直流激励的玻璃管二氧化碳激光器为主,价格低,品质一般,而的射频激励二氧化碳激光器只有南京晨锐达一家可以生产和供应市场,但产量很小,高功率只有50W。
值得庆幸的是,与之相关的激光配件如光学元器件、运动系统和控制软件等已经相当成熟。
高功率Nd:YAG激光切割是近年来中国激光产业发展较快的一个新型产业链,主要动力来源于薄钢板切割和高功率Nd:YAG激光器发展的相对成熟。
在5mm以下钢板切割中,使用固体激光器切割机整体投资较低,适合中小企业自主采购。现在主要用的是500W脉冲固体激光器,该激光器相关的产业如激光电源、金属和陶瓷泵浦腔等也发展比较成熟,质量也已达到产业化要求。
激光器和配件的主要厂家有武汉新特、中谷、华泽宏大等,典型激光切割机厂家有武汉华俄、奥华、华工激光、天琪、金运、广州瑞通等,武汉在全国具有优势,在开发生产高功率固体激光器和切割机的厂家也比较多。主要元器件都是国产的,所有产品在价格上很有优势。目前,攻关主要是在高功率下怎样获得高光束质量和高峰值功率,以便取得更好的切割质量。
激光加工新应用
激光加工技术解决航空发动机火焰筒工艺难题
火焰筒是航空发动机燃烧室的主要组成部件,也是发动机重要的受热部件之一,燃油和压缩空气在火焰筒内混合燃烧,将燃油的化学能转化为热能。
随着航空发动机性能不断提升,航空发动机燃烧室进口温度也随之不断提高,为保障火焰筒在端高温环境下稳定持续工作,必须对其进行冷却降温,通过在火焰筒合金材料上涂覆涂层并结合气膜冷却的方式是目前采用的主要手段之一。
对于带热障涂层火焰筒气膜孔的加工,国内通常采用先打孔再涂覆涂层的方式,存在涂层材料沉积导致孔径缩随机性小等问题;而采用长脉冲激光加工带热障涂层火焰筒气膜孔,又存在涂层表面飞溅、烧蚀、涂层崩边等缺陷,严重影响火焰筒的工作寿命。
针对以上工艺难题,光机所攻克了一批核心技术、关键工艺及整机系统集成技术,研发的基于机械臂的柔性火焰筒超短脉冲激光精密制孔设备及加工工艺,在国内率先实现了带热障涂层火焰筒异形气膜孔一次性制孔,并从根本上解决了诸多技术难题,为带热障涂层发动机火焰筒气膜孔制造提供了全新加工手段,对于加快我国商用航空发动机自主化进程具有重要的支撑意义。
激光加工技术在手机摄像头模组行业中的应用
如今,智能手机朝着轻薄化发展,手机摄像头模组也越做越小,如何加工处理这种微型元器件成为掣肘发展的重要环节。而激光加工技术是微精密加工领域的重要工具,加工精度高,可对各类型元件加工,特别是在摄像头领域中。
手机摄像头模组中的PCB电路板由FR4和FPC组成的软硬结合板,也有一些使用的是纯硬板或者软板。激光技术应用到这个板块中主要是针对FR4激光切割和FPC激光切割技术,另外一种激光工艺技术就是在FR4或是在FPC上对其进行二维码激光打标技术。
激光达标技术主要应用到摄像头芯片表面打标,通常都是标记出企业的logo以及产品的相关信息,起到宣传和下游环节管理、操作简便的作用。随着产品的进步,内部追溯系统的应用导入,芯片表面二维码激光打标技术也越来越流行。
托架上有链接导电模块,里面的导电金属模块区域小、非常薄,采用激光焊接技术能够有效的加强焊接牢固度,提升到导电性能,并且不会使其损伤。
摄像头模组中的玻璃属于超薄玻璃,加工过程中不仅仅是不能使其碎裂,而且要保证其强度和崩边率,采用激光加工技术的优势在于加工速度快,崩边小,良品率高。
镜头、马达中的激光打标技术主要是在其表面或者边缘标记处小于0.5*0.5mm的二维码,起到防伪、追溯等作用。
一个小小的摄像头模组就有那么多的激光工艺技术应用到其中,可见激光技术作为一种工艺技术的重要性。
激光加工开启工艺替代
效率精度优势显现,激光加工开启工艺替代。激光加工属于无接触加工,可通过调节激光束的能量、移动速度等方式实现多种加工目的。在高硬度、高脆性、高熔点等应用场景,激光加工的优势更得到突出体现。
目前,激光加工主要包括激光打标、激光切割、激光焊接等,由于其生产效率高、生产环境要求低、加工精度高等优势,激光加工将会逐步取代传统的等离子切割、火焰切割等工艺。特别在传统金属加工领域,除了传统的金属切削机床外,激光加工与传统的冲床工艺在部分应用领域亦有所重叠,未来替代空间较大。
大功率激光设备国产化突破,性价比优势凸显开启进口替代。光纤激光器是光纤激光设备的核心零部件和主要成本来源。2016年,本土激光器企业在低功率市场已占85%,在率市场亦已占比近60%,但在大功率市场的占比尚不足10%。
和2012年相比,2016年进口中低功率光纤激光器降价超50%,但高功率激光器价格稳中有升。伴随着国产激光器主要企业如锐科激光等的持续技术突破和产品创新,国产大功率激光器已经逐步覆盖了1000W-10KW功率范围,并在向更高功率的应用突破。
我们认为,国产大功率激光器正迎来进口替代的拐点,国产激光器的推出有望大幅降低激光设备原材料成本,对IPG等国际巨头形成价格冲击,从而降低下游应用成本,下游应用需求快速提升,国产大功率激光设备行业有望复制中小功率激光设备的发展历程,成为激光设备行业新的增长。
对标国外巨头,本土企业加速追赶。激光发生器领域,美国IPG仍是全球龙头,公司近年来保持较高速增长,尤其是大功率连续波激光业务2019年达到8.67亿美元,同比增长50%,但由于市场竞争激烈,IPG中小功率激光器整体增长缓慢;而IPG超过40%的业务来源于中国市场,客观说明中国市场庞大的需求;激光加工设备领域,德国通快作为全球龙头,2016年营业额超过30亿欧元,但是公司在中国市场的份额却因为大族等本土企业的快速崛起而呈现下降趋势。随着本土激光设备特别是大功率激光设备产业链的逐步完善,占据市场、服务优势的本土企业将加速追赶国外巨头。
激光加工的应用
激光雕刻加工是激光系统常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光镭射打标、激光钻孔和微加工等;光化学反应加工是指激光束照射到物体,借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光雕刻刻蚀等。
原理
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质,在外来光子的激发下会吸收光能,使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转,若有一束光照射,光子的能量等于这两个能相对应的差,这时就会产生受激,输出大量的光能。
从全球激光产品的应用领域来看,材料加工行业仍是其主要的应用市场,占比为35.2%;通信行业排名第二,其所占比重为30.6%;另外,数据存储行业占据第三位,其所占比重为12.6%。
与传统加工技术相比,激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲,对汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接,基本采用的是激光技术。
1、激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;
2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;
3、工件不受应力,不易污染;
4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;
5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;
6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;
7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光加工技术主要有以下特的优点:
①使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益。
②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工;在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
③激光加工过程中无“”磨损,无“切削力”作用于工件。
④可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。
⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换,易与数控系统配合、对复杂工件进行加工,因此它是一种为灵活的加工方法。
⑥无接触加工,对工件无直接冲击,因此无机械变形,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。
⑦激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响小,因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
⑧激光束的发散角可<1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工。激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用,随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进,将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小,所以热影响区和热变形小;加工效率高,易于实现自动化。