光纖雷射器和CO2雷射器哪個好?你該怎麼選?

對於工業加工，光纖雷射器和CO2雷射器哪種好？

這兩種雷射器到底有何長處和短處？

光纖雷射器可以替代CO2雷射器嗎？

　　看似簡單的此問題，要說清楚未必是易事。

　　我們試從多方面、多角度為用戶提供完備的信息和持平的意見，以期收到釋疑解惑之效。

　　光纖雷射器產生的雷射（後文簡稱為光纖雷射）的波長為1.06μm，CO2雷射器產生的雷射（後文簡稱為CO2雷射）波長為10.6μm，均是紅外光，可被材料吸收，而應用於工業材料加工。

　　切割是目前應用最廣泛的雷射工業加工技術。為方便起見，本文展開的討論均基於雷射切割，除非另作特別說明。

　　‍兩種雷射器的長短優劣

　　作為用戶，先得了解光纖雷射器和CO2雷射器各自的死穴。所謂死穴，就是切割加工的盲區。避開了死穴（盲區）後，再爭短競長，選定適合需要的那一款。

　　‍光纖雷射器的死穴

　　光纖雷射不能切割非金屬，包括木材、塑料、皮革、棉麻織物等。如果需要加工的工件材料恰是非金屬，那麼光纖雷射器只能落選，而非CO2雷射器莫屬。

　　汽車內飾件大多為非金屬材料，採用高精度機器人＋CO2雷射器的加工系統，對其空間曲面進行切割，這樣的加工系統需解決雷射束在機器人各關節間的傳輸難題。

　　光纖雷射也不能切割表面有覆蓋層的材料，如普通覆膜不鏽鋼、有防鏽塗料的特種鋼板等。有用戶對此注意不夠，而選擇光纖雷射器，不得不將普通覆膜的不鏽鋼外發切割加工。如要採用光纖雷射專用覆膜，則成本升高。

　　C‍O2雷射器的死穴

　　CO2雷射不能切割銅材，包括黃銅、紫銅。如果需要切割銅材，只有光纖雷射器夠格。

　　對於CO2雷射來說，銅材屬於高反射性材料，雷射幾乎全部被反射而不被吸收；反射光返回雷射器，造成危害。

　　CO2雷射對鋁合金的反射率也較高。安裝背反射隔離器，可有效保護CO2雷射器，從而可安全切割鋁合金。

　　‍我們且從使用成本、切割速度、穿孔效率、斷面質量等方面，讓兩種雷射器來爭短競長。

　　‍使用成本

　　這裡，為方便對比兩種雷射器的成本差別，僅計算電力、耗材、介質氣體三部分構成的成本，這三部分的成本，兩者是不同的；人力、折舊、場地、切割氣體等，對於兩種雷射器來說，成本相同，故不計算。

　　兩種雷射器均需耗費巨量電力。光纖雷射器電－光轉換效率約30％，CO2雷射器約10％。以3000W雷射器而論，光纖雷射器耗電約10kW電力，而CO2雷射器耗電約30kW。以電價1元/度、佔載率70％計，則成本分別為7元/小時、21元/小時。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。

　　另外，由於效率不同，所以，兩種雷射器所產生的熱量不同，需要的水冷機的規格（製冷量）也不同。光纖雷射器需要的水冷機的耗電量為13kW，CO2雷射器需要的水冷機的耗電量為18kW。以電價1元/度、佔載率70％計，則成本分別為9元/小時、12.8元/小時。

　　在日常使用過程中，採用光纖雷射器的切割機（後文簡稱光纖切割機）需耗費的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、保護鏡等，成本約3元/小時。

　　另外，據4年來的統計，雷射模塊和擴束鏡有其使用壽命，從而分別產生約4元/小時、1元/小時的成本(特別說明，ROFIN光纖雷射器需更換的最小單元是半導體模組，成本約1元/小時)。

　　採用CO2雷射器的切割機（後文簡稱CO2切割機）需耗費的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、反射鏡等，成本約2.5元/小時。

　　光纖雷射器無需介質氣體；CO2雷射器需使用介質氣體才能產生雷射，成本約1元/小時。

　　另外，CO2雷射器每3000小時進行常規點檢，每6000小時進行深度點檢，發生約2元/小時的成本。

典型的光纖雷射器應用系統

　　綜上，光纖雷射器使用成本約24元/小時，CO2雷射器則約為38.3元/小時,相差14.3元/小時。按每天使用10小時計，則每天成本差為143元。

　　市場上關於兩種雷射器的使用成本的差別的說法，有些誇大。

　　附帶提一下，光纖雷射的傳輸介質為光纖，光束封閉於光纖內，「曲線傳播」，不受外界環境影響。CO2雷射傳輸介質為空氣，直線傳播，靠反射鏡改變傳輸方向，易受外界環境影響，可能需要對這些反射鏡進行維護，從而稍稍增加使用成本。

　　‍切割速度

　　切割速度、穿孔效率、斷面質量等方面構成雷射切割效能，是評價雷射器（機器）的綜合性指標。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。

　　光纖雷射器切割薄板有優勢，尤其是厚度3mm以下者，優勢明顯，相對於CO2雷射器，最大切割速度比值可達4:1；而6mm是兩種雷射器優勢互換的臨界厚度。切割厚度＞6mm的板材，光纖雷射無優勢；隨著厚度的增加，CO2漸顯優勢，但並不顯著。

　　總的說來，切割速度方面還是光纖雷射器有優勢。

　　穿‍孔效率

　　雷射束對工件開始切割前，需穿透工件。光纖雷射的穿孔時間明顯比CO2長。

　　還是以3kW 光纖雷射器和CO2雷射器為例。對於厚度為8mm的碳鋼，後者比前者少1秒鐘；10mm時，後者少2秒；隨著厚度的增加，CO2雷射器在穿孔方面的優勢愈益顯著。

　　以每天穿孔2000次、每次穿孔時間差3秒鐘計，則每天穿孔時間差為6000秒，約合1.7小時。

　　CO2雷射器因較高的穿孔效率，每天可縮減1.7小時的機器使用時間。即使採用較保守的數據，計入人工（30元/小時）、設備折舊（25元/小時）和場地（2元/小時）費用，節省的成本有（CO2雷射器）：

　　1.7×（30＋25＋2＋38.3）＝162（元）

　　‍斷面質量

　　斷面質量通常指粗糙度（光潔度）、垂直度。

　　切割3mm以下厚度的鋼板時，光纖雷射切割的斷面質量（粗糙度和垂直度）略差於CO2。隨著厚度的增加，斷面質量的差異愈益明顯。

　　厚度≥3mm的不鏽鋼，光纖雷射切割的斷面呈磨砂狀，而CO2呈光亮狀。

　　厚度為16mm的碳鋼，光纖雷射切割斷面的垂直度遠差於CO2，前者為0.4～0.5mm，後者可達0.1mm。

　　另外，碳鋼板對光纖雷射能量吸收率高，在切割小孔（孔徑≤板材厚度）時，反而是個缺點，切割質量較差。

　　順便指出，雷射切割的精度與採用何種雷射器無關，而與機器定位精度、重複定位精度、切縫寬度的一致性有關。光纖雷射切割的切縫窄，CO2的切縫稍寬。但切縫的寬窄不影響零件的精度，因為通過割縫補償功能，可以抵消切縫寬度。

　　光‍纖雷射器和CO2雷射器究竟哪種好

　　有了以上數據，不難得出一個合乎邏輯的結論，從而作出理性的選擇。

　　不能籠統地講是光纖雷射器好，也不能籠統地講是CO2雷射器好。應該基於特定的應用進行分析、判斷。

序號

應用需求

光纖雷射器

CO2雷射器

1

切割非金屬

完敗。

完勝。

2

切割銅材

完勝。

完敗。

3

切割鋁合金

有優勢。

無優勢。

4

切割厚度≤6mm的黑色金屬

有優勢：成本低，速度快。

無優勢：成本高，速度慢。

5

切割厚度＞6mm的黑色金屬

無優勢。切割速度與CO2雷射器不相上下。斷面質量、穿孔效率均劣於CO2雷射器。

有優勢：切割速度略快於光纖雷射器；斷面質量好；穿孔效率高，所縮減的時間可抵消其高出光纖雷射器的成本而有餘。

　　我們看到，光纖雷射器與CO2雷射器在面對特定應用需求時各有其優勢和弱勢。目前和今後一段時期內，光纖雷射器和CO2雷射器不能互相替代，而只能共存互補。徑向偏振CO2雷射器的技術進展值得注意，可能在薄板切割方面縮小與光纖雷射器的差距。

來源：普瑞瑪

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