據(jù)中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告顯示，在國(guó)內(nèi)光纖激光器市場(chǎng)中，隨著國(guó)產(chǎn)光纖激光器功率和性能逐步提高，在出貨數(shù)量方面，國(guó)產(chǎn)常規(guī)中低功率段光纖激光器整體出貨量已超過(guò)國(guó)外同功率段產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。國(guó)產(chǎn)常規(guī)10kW以上超高功率段光纖激光器整體出貨量已接近國(guó)外同功率段產(chǎn)品。這表明國(guó)產(chǎn)光纖激光器隨著自主研發(fā)實(shí)力的不斷增強(qiáng)正逐步被國(guó)內(nèi)市場(chǎng)接受。同時(shí)隨著工業(yè)市場(chǎng)對(duì)激光器產(chǎn)品的加工要求越來(lái)越高，高功率萬(wàn)瓦激光器的需求量逐年提升已成為大勢(shì)所趨，而面對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)品類(lèi)繁多的萬(wàn)瓦激光器，如何挑選適合自己的設(shè)備，客戶(hù)存在很多困惑。
2018-2021E年我國(guó)光纖激光器出貨情況(單位：臺(tái))
關(guān)于光纖激光器選擇的幾點(diǎn)常見(jiàn)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(yè)的確越來(lái)越受歡迎。以銳科為例，去年萬(wàn)瓦以上激光器產(chǎn)品銷(xiāo)售已超過(guò)2380臺(tái)(歷史累計(jì)達(dá)3200臺(tái))，較2020年增長(zhǎng)達(dá)到243%，數(shù)量更是遠(yuǎn)超國(guó)內(nèi)其他友商;從功率來(lái)看，銳科的連續(xù)光纖激光器產(chǎn)品已達(dá)100kW之高，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)先河。
那么是不是功率越高，就代表激光器產(chǎn)品加工效率越高?實(shí)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(hù)實(shí)際加工板材的類(lèi)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(jìn)的核心器件及其匹配性可以實(shí)現(xiàn)加工效率高于同功率其他品牌的激光器。其次，要根據(jù)客戶(hù)加工板材的種類(lèi)及厚度去進(jìn)行衡量，同時(shí)在不同的應(yīng)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(wú)法進(jìn)行加工效率的對(duì)比。
那么，我們來(lái)看一下銳科12kW、20kW、30kW切割不同厚度的碳鋼的工藝效果的對(duì)比情況。
多模組30kW、多模組20kW及多模組12kW切割碳鋼進(jìn)行工藝實(shí)測(cè)(表格中未標(biāo)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(yōu)勢(shì)并不非常明顯，而在切割25mm厚度的碳鋼優(yōu)勢(shì)明顯，30kW的效率相較20kW (輔助氧氣)提升114.3%。
產(chǎn)品應(yīng)用案例
因此，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，客戶(hù)要依據(jù)自身加工板材的類(lèi)型及厚度選擇最適合自己的高功率產(chǎn)品。若客戶(hù)加工板材多以薄板為主，則可選配萬(wàn)瓦級(jí)別中能夠最大程度滿(mǎn)足自身所需加工效率的產(chǎn)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(wàn)瓦級(jí)激光器產(chǎn)品。不少客戶(hù)因?yàn)榧庸ち糠浅４?，也?huì)選擇配置銳科30kW激光器的設(shè)備，正是看重其可以兼顧對(duì)薄、中、厚板的切割速度、斷面質(zhì)量等綜合需求，尤其是在空氣切割中厚板方面優(yōu)勢(shì)明顯，使得工廠(chǎng)的加工效率大幅提升，進(jìn)而減少整體運(yùn)營(yíng)成本，更快獲得收益回報(bào)。
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(dāng)前激光技術(shù)突破的方向。某些激光器廠(chǎng)商引導(dǎo)“小纖芯就代表高亮度”這個(gè)觀點(diǎn)，讓客戶(hù)在選擇上誤以為纖芯越小就代表激光器更厲害。其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)。
高亮度激光器和光束參數(shù)積BPP值緊密相關(guān)，BPP=ω?*θ?，ω?是光束的束腰半徑，θ?是激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角。BPP值越低，光束質(zhì)量就越好。亮度定義為單位面積、單位立體角內(nèi)的功率，亮度Br=P/(π*BPP)2 。達(dá)到高亮度的前提條件有兩項(xiàng)，一是提升激光器功率，二是提高光束質(zhì)量，兩者單一提升或共同提升都可以帶來(lái)激光器亮度提升，功率提升辦法固然較多，但光束質(zhì)量提升不等同于采用更小芯徑的光纖就能達(dá)到。因?yàn)槔w芯直徑不能等同于束腰直徑，縮小纖芯的同時(shí)必須要不增大光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，才能降低BPP值，達(dá)到更好的光束質(zhì)量。
BPP=ω?*θ?，ω?束腰半徑，θ?遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角
在超高功率光纖激光器應(yīng)用場(chǎng)景中，客戶(hù)需求的是效益的提升，具體可以從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：一是光纖激光器電光轉(zhuǎn)換效率的提升，達(dá)到省電更省錢(qián)的目的;二是綜合加工效益的提升，達(dá)到提效更掙錢(qián)的目的。激光加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有做到機(jī)床、系統(tǒng)、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(tǒng)的利用率，創(chuàng)造最優(yōu)收益。而銳科萬(wàn)瓦系列光纖激光器電光轉(zhuǎn)化效率高達(dá)40%以上，且較大程度地對(duì)發(fā)散角進(jìn)行優(yōu)化，使之能夠較好地匹配市場(chǎng)所有品牌不同光學(xué)配置的切割頭及系統(tǒng)，從而更好地兼顧客戶(hù)對(duì)薄、中、厚板的切割需求。
困惑3：同一功率下，單模組、多模組如何選擇?
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(yīng)用中，聚焦光斑對(duì)切割出的質(zhì)量有很大影響，單模組萬(wàn)瓦激光器采用單纖放大達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)別，光束為近高斯分布，能量比較集中，一般采用模式轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)光束勻化效果，其效果受器件一致性影響波動(dòng)較大。多模組萬(wàn)瓦激光器一般采用多個(gè)2000~6000W光模塊合束而來(lái)，實(shí)現(xiàn)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(wàn)瓦光纖激光器光束圖對(duì)比(上2為單模組，下2為多模組)
單模組萬(wàn)瓦激光器的優(yōu)勢(shì)在中薄板切割速度，以銳科單模組12000和多模組12000激光器進(jìn)行對(duì)比，在20mm以下不同厚度的不銹鋼輔助氮?dú)饣蚩諝馇懈顥l件下，單模組12000切割效率優(yōu)于多模組12000光纖激光器。
單模組12000W和多模組12000W切割不銹鋼工藝實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)效果對(duì)比
多模組萬(wàn)瓦激光器在光束勻化效果上更好，使得厚板切割質(zhì)量上優(yōu)勢(shì)更為明顯。有的客戶(hù)對(duì)加工斷面的要求非常高，因此他們?nèi)匀粫?huì)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(jìn)行單純的對(duì)比，它們都是光纖激光器的一項(xiàng)配置，就好比一輛車(chē)，轎車(chē)適合公路，越野適合山地，但是轎車(chē)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(hù)實(shí)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(mǎn)足不同公司個(gè)性化應(yīng)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(chǎn)制造單模組連續(xù)光纖激光器12000S、多模組連續(xù)光纖激光器12000TZ、12000TC等多種同功率的光纖激光器，而且同一類(lèi)型的激光器還可定制匹配不同的纖芯，可最大程度地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。
如何挑選合適的萬(wàn)瓦激光器產(chǎn)品?
產(chǎn)品的選擇需建立在市場(chǎng)應(yīng)用需求上，對(duì)于廣大客戶(hù)來(lái)說(shuō)，根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求來(lái)選擇性?xún)r(jià)比高的激光器才是王道?？蛻?hù)可以從加工需求、成本需求和服務(wù)需求三個(gè)方面去綜合衡量。
首先，在加工需求方面，不同客戶(hù)對(duì)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(chǎn)品時(shí)，需結(jié)合日常工廠(chǎng)切割板材及厚度等實(shí)際加工需求量較多的情況進(jìn)行考量。
其次，在最大化滿(mǎn)足當(dāng)前加工需求現(xiàn)狀的情況下，產(chǎn)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(chǎn)品的電光轉(zhuǎn)化效率、停機(jī)成本、購(gòu)買(mǎi)價(jià)格等因素多方面綜合對(duì)比。
最后，激光器屬于高單價(jià)的大宗商品，使用年限較長(zhǎng)，拋開(kāi)產(chǎn)品的性能參數(shù)(光束質(zhì)量、電光轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性等)、板材切割需求等因素。客戶(hù)還需重點(diǎn)考慮產(chǎn)品的質(zhì)保和售后問(wèn)題，而從這個(gè)角度看，優(yōu)選激光器大品牌是一個(gè)較好的選擇。
來(lái)源：激光制造網(wǎng)