干貨 | 如何選擇適合的萬瓦光纖激光器?3大困惑一文解答!
時間:2022-07-14來源:原創文章

 

據中國激光產業發展報告顯示,國產常規10kW以上超高功率段光纖激光器整體出貨量已接近國外同功率段產品出貨量。這表明國產光纖激光器隨著自主研發實力的不斷增強正逐步被國內市場接受。同時隨著工業市場對激光器產品的加工要求越來越高,高功率萬瓦激光器的需求量逐年提升已成為大勢所趨,而面對國內市場品類繁多的萬瓦激光器,如何挑選適合自己的設備,客戶存在很多困惑。

 

2018-2021E年我國光纖激光器出貨情況(單位:臺)

 

一、關于光纖激光器選擇的幾點常見困惑

困惑1:功率越高,加工效率就越高嗎?

近些年,高功率在激光加工行業的確越來越受歡迎。以銳科為例,去年萬瓦以上激光器產品銷售已超過2380臺(歷史累計達3200臺),較2020年增長達到243%,數量更是遠超國內其他友商;從功率來看,銳科的連續光纖激光器產品已達100kW之高,開創了國內先河。

 

那么是不是功率越高,就代表激光器產品加工效率越高?實際并非如此,這取決于激光器的核心器件(有源光纖、泵浦源、高功率合束器等)的配置和客戶實際加工板材的類型及厚度。首先,激光器的核心器件配置一定程度地影響激光器的加工效率,更先進的核心器件及其匹配性可以實現加工效率高于同功率其他品牌的激光器。其次,要根據客戶加工板材的種類及厚度去進行衡量,同時在不同的應用中如焊接、熔覆等,決定其加工效率的因素更多。因此,單一只看功率則無法進行加工效率的對比。

 

當然,一般而言,同一品牌的激光器更高功率代表著更高的加工效率。以銳科不同功率的多模組光纖激光器為例,30kW相比其他較低功率20kW/12kW的萬瓦激光器而言,無論是在光纖、泵浦源、合束器等器件方面還是控制系統等方面都進行了升級,從而使得整體的加工效率或性能表現都提高了一個等級。

 

激光器類型

多模組30kW

多模組20kW

多模組12kW

纖芯

100μm

100μm

100μm

電光轉化效率

≥40%

工作電壓

323~437,三相四線(含PE)連接Three Phase- four Wire Connect

控制方式

標配:RS232/AD/ EtherNET 選配(選配需咨詢): Profinet/Devicenet/EtherCAT

應用優勢

效率更快

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應用領域

切割、焊接、熔覆等

切割、焊接

切割、焊接

 

那么,我們來看一下銳科12kW、20kW、30kW切割不同厚度的碳鋼的工藝效果的對比情況。

 

多模組30kW、多模組20kW及多模塊12kW切割碳鋼進行工藝實測(表格中未標注輔助氣體的為空氣)

 

從表中可以看出,30kW輔助空氣切割10mm厚度的碳鋼相較20kW效率提升了25%,效率相較雖有提升,但優勢并不非常明顯,而在切割25mm厚度的碳鋼優勢明顯,30kW的效率相較20kW 提升114.3%。

 

 

產品應用案例

 

因此,從實際應用來看,客戶要依據自身加工板材的類型及厚度選擇最適合自己的高功率產品。若客戶加工板材多以薄板為主,則可選配萬瓦級別中能夠最大程度滿足自身所需加工效率的產品,若加工板材中厚板居多或加工量大,則可選配功率更高的萬瓦級激光器產品。不少客戶因為加工量非常大,也會選擇配置銳科30kW激光器的設備,正是看重其可以兼顧對薄、中、厚板的切割速度、斷面質量等綜合需求,使得工廠的加工效率大幅提升,進而減少整體運營成本,更快獲得收益回報。

 

困惑2:同一功率下,纖芯越小越好嗎?

眾所周知,高功率和高亮度是當前激光技術突破的方向。某些激光器廠商引導“小纖芯就代表高亮度”這個觀點,讓客戶在選擇上誤以為纖芯越小就代表激光器更厲害。其實這是一個誤區。

 

高亮度激光器和光束參數積BPP值緊密相關,BPP=ω0*θR,ω0是光束的束腰半徑,θR是激光束的遠場發散角。BPP值越低,光束質量就越好。亮度定義為單位面積、單位立體角內的功率,亮度Br=P/(π*BPP)2 。達到高亮度的前提條件有兩項,一是提升激光器功率,二是提高光束質量,兩者單一提升或共同提升都可以帶來激光器亮度提升,功率提升辦法固然較多,但光束質量提升不等同于采用更小芯徑的光纖就能達到。因為纖芯直徑不能等同于束腰直徑,縮小纖芯的同時必須要不增大光束遠場發散角,才能降低BPP值,達到更好的光束質量。

 

BPP=ω0*θR,ω0束腰半徑,θR遠場發散角

 

在超高功率光纖激光器應用場景中,客戶需求的是效益的提升,具體可以從兩個方面實現:一是光纖激光器電光轉換效率的提升,達到省電更省錢的目的;二是綜合加工效益的提升,達到提效更掙錢的目的。激光加工是一個系統工程,只有做到機床、系統、氣路、加工頭、激光源、板材以及加工工藝多維匹配、相輔相成,才能真正提高系統的利用率,創造最優受益。而銳科萬瓦系列光纖激光器電光轉化效率高達40%以上,且較大程度地對發散角進行優化,使之能夠較好地匹配市場所有品牌不同光學配置的切割頭及系統,從而更好地兼顧客戶對薄、中、厚板的切割需求。

 

困惑3:同一功率下,單模塊、多模塊如何選擇?

光纖激光器的模塊組成分為單模組和多模組兩種,在切割應用中,聚焦光斑對切割出的質量有很大影響,單模組萬瓦激光器采用單纖放大達到萬瓦級別,光束為近高斯分布,能量比較集中,一般采用模式轉換方式實現光束勻化效果,其效果受器件一致性影響波動較大。多模組萬瓦激光器一般采用多個2000~6000W光模塊合束而來,實現了多光束的疊加,天然的形成勻化效果,一致性較好。

 

單模組和多模組萬瓦光纖激光器光束圖對比(上2為單模,下2為多模)

 

單模組萬瓦激光器的優勢在中薄板切割速度,以銳科單模組12000和多模組12000激光器進行對比,在20mm以下不同厚度的不銹鋼輔助氮氣或空氣切割條件下,單模組12000切割效率優于多模組12000光纖激光器。

 

單模塊12000W和多模塊12000W切割不銹鋼工藝實測數據效果對比

 

多模組萬瓦激光器在光束勻化效果上更好,使得厚板切割質量上優勢更為明顯。有的客戶對加工斷面的要求非常高,因此他們仍然會首選多模組光纖激光器。

 

總而言之,單模組和多模組并不能進行單純的對比,它們都是光纖激光器的一項配置,就好比一輛車,轎車適合公路,越野適合山地,但是轎車也能跑山地,越野也能跑公路,所以光纖激光器到底選多模組還是單模組要看客戶實際的加工需求。

 

12000W單模組切割6mm碳鋼效果

 

12000W多模組切割30mm碳鋼效果

 

此外,為了滿足不同公司個性化應用需求,同種功率下銳科可提供更多選擇。以12kW為例,銳科生產制造單模組連續光纖激光器12000S、多模組連續光纖激光器12000TZ、12000TC等多種同功率的光纖激光器,而且同一類型的激光器還可定制匹配不同的纖芯,可最大程度地滿足客戶的需求。

 

激光器類型

單模組連續光纖激光器

12000S

多模組連續光纖激光器

12000TZ

多模組連續光纖激光器

12000TC

電控性能

主從結構+安全互鎖

主從結構

纖芯

50um/75um/100um,

其他可定制

100um標配

200/300/600/800um選配

100um標配

200/300/600/800um選配

電光轉化效率

40%

功率穩定性

<±1%

應用優勢

可適用高反材料(紫銅、鋁合金、銀等)焊接、薄板高速切割

更能滿足汽車及航空航天等高端應用領域的需求

安全認證

滿足CE\ETL\FDA\PLD認證

滿足CE\ETL\FDA\PLD認證

滿足CE\ETL\FDA認證

應用領域

激光切割、焊接、清洗、表面處理及增材制造等

備注

比友商光電轉化效率高10%,1個月可節省電費5000元以上(工業用電1元/度,1天按工作24小時計算)

 

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二、如何挑選合適的萬瓦光纖激光器產品?

 

產品的選擇需建立在市場應用需求上,對于廣大客戶來說,根據具體應用場景需求來選擇性價比高的激光器才是王道??蛻艨梢詮?strong>加工需求、成本需求和服務需求三個方面去綜合衡量。

 

首先,在加工需求方面,不同客戶對板材的切割厚度、速度、加工效率的需求不同。因此在選配激光器產品時,需結合日常工廠切割板材及厚度等實際加工需求量較多的情況進行考量。

 

其次,在最大化滿足當前加工需求現狀的情況下,產品的使用成本也是一大衡量因素。激光器的使用成本可以從產品的電光轉化效率、停機成本、購買價格等因素多方面綜合對比。

 

最后,激光器屬于高單價的大宗商品,使用年限較長,拋開產品的性能參數(光束質量、電光轉化效率、穩定性等)、板材切割需求等因素??蛻暨€需重點考慮產品的質保和售后問題,而從這個角度看優選激光器大品牌是一個較好的選擇。銳科始終致力于建設強大的售后及技術服務體系,“以客戶需求的快速響應和提供優質持續服務”為核心,國內預計年底服務網點可實現30+個。同時,積極打造2小時服務圈(其中長三角、珠三角地區已實現)。另外,今年已在土耳其、俄羅斯、比利時、韓國、印度、泰國、馬來西亞等地逐漸落成服務網點,具備了電學、光學單模/多模更換能力和備件庫(區域內可免費提供質保配件)維修能力及資源,進一步打造全球化服務體系,目前銳科海外的售后服務響應能力已顯著領先于國內其他競品。

 

 

三、銳科持續輸出系統友好型超高功率段光纖激光器,可為不同客戶提供全套定制化服務。

 

近年來,銳科持續加強在萬瓦系列激光器的研發力度,使得萬瓦激光器的品質不斷提升,因此,獲得了更多終端客戶的信任和選擇。公司積極參與各種系統性的器件匹配工程,保持著激光器的光束形態與市面上的主流切割頭、焊接頭的協同有序發展。譬如,目前我司30kW激光器能夠很好地匹配市場所有品牌不同光學配置的切割頭及系統,較大地滿足了客戶對薄、中、厚板的切割需求。另外,值得一提的是,銳科面向市場推出了長度30m的10-40kW 100μm(其中20kW激光器可配備40m的鎧纜)系統友好型高功率光纖激光器產品,在原有的M2和BPP檢驗體系之外,提出更為嚴苛的滿功率99.84%能量發散角的檢驗和卡控標準。同時,憑借銳科公司搭建的全產業鏈研發能力,為不同客戶提供各種材料應用所需的光源及定制化解決方案。

 

當前,銳科除了常規的切割用激光器,還有焊接專用激光器、清洗專用激光器、3D打印專用激光器、超快激光器、藍光/綠光激光器、醫療專用激光器以及2022年最新推出的旗幟高端系列激光器產品。提供了更多品類、更多應用供客戶按需選擇。此外,銳科具備根據客戶需求定制各種功率、單脈沖能量、纖芯及亮度的光纖激光器的能力,可最大化為廣大客戶提供特定應用場景的專用激光器及系統解決方案。

 

 

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