光纖雷射器不能切割木材?新型光纖雷射器能!

2021-01-09 OFweek維科網

目前,木材的切割多是以傳統的鋸片切割形式進行,但會產生大量的鋸末和噪音等汙染。採用雷射對木材進行切割不但可以降低噪音,同時還可以減少鋸末顆粒的產生,削減對人體的危害。雷射切割木材的斷面質量也要比傳統方式切割的要好,切割面上粗糙、撕裂或者絨毛木紋並不明顯,而是覆蓋了一層薄碳化層。

雷射切割木材機理

雷射切割木材有兩種不同的基本方式:瞬間氣化和燃燒。雷射切割木材的方式取決於雷射切割時被木材吸收的功率密度大小。瞬間氣化是較理想的一種木材切割方式,木材在聚焦雷射束的照射下氣化形成切縫。氣化切割的特點是:切割速度快,熱量傳輸不到未切割的基材上,剖面無碳化,僅有輕微發暗和釉化。而燃燒方式的切割主要是因為光束功率密度較低,其特點為切割速度較慢,切縫更寬,切割厚度大,切割時伴有煙塵和焦味。燃燒方式切割單位材料所消耗的能量要比氣化方式更高,且切邊有碳化現象。不過在切割木材的實際過程中,氣化的同時基本上都伴有燃燒,這是因為氣化方式雖然具有高效能的優點,但是需要較高的功率密度才能實現。而實際的雷射照射過程,由於受雷射輸出功率和光束模式的影響,在材料光照表面總有部分區域的光束功率密度低於氣化所需的功率密度值,因此出現少量燃燒的現象。另外,雷射切割木材同樣需要與光束同軸的輔助氣流,一般為低壓惰性氣體或者空氣。

什麼類型的雷射器能切割木材

雷射切割木材一般是選用CO2雷射器,其波長是10.6μm。但是CO2雷射器光電轉化率低(只有5%~10%),能耗比較大;雷射器需要經常換氣,維護成本高;外光路複雜,安裝、調試和維護難度大。因此CO2雷射器在實際的工業生產應用中局限性大,應用越來越少。

目前市場上光纖雷射器(波長是1μm)切割金屬板材已經非常普遍,那麼這種光纖雷射器能否用於切木材呢?如果是1μm波長的摻鉺光纖雷射來切木材,答案是:比較困難的。這是因為木材對1μm波長的雷射吸收率比較低,難以形成割縫。

針對應用需求,飛博雷射開發出了摻銩連續光纖雷射器,比如下面的TDFL-180-CW-SM雷射器,雷射增益光纖內部摻雜是銩,發射出來的雷射波長是2μm。相比常見波長1μm波長的雷射,木材(尤其是木材中的水分)對其吸收率更高。

飛博雷射TDFL-180-CW-SM雷射器

飛博2μm波長摻銩光纖雷射器切割木材測試

使用該雷射器對木板進行切割,切割參數如下:

切割表面未發現粗糙,撕裂和絨毛木紋等缺陷,不過切割端面出現了一定程度的碳化。如上所述,碳化現象主要是因為雷射功率不足。在切割表面質量要求不高的情況下,可允許表面發生一定程度的碳化。如需表面無碳化則需要增加雷射器功率或改變切割頭的準直聚焦比。

雷射切割8mm膠合板樣品

雷射切割18mm膠合板樣品

飛博雷射開發的這一系列的2μm波長摻銩連續光纖雷射器光電轉化率能夠達到20%以上,相比CO2雷射器來說更加節能。加上摻銩光纖雷射器結構簡單、光束質量好、易集成、易操作和免維護等特點,預計未來會在木材切割領域中大展身手,逐漸替代CO2雷射器。

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  • 點評:光纖雷射器與CO2雷射器性能比較
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  • 國內主要光纖雷射器生產商及產品匯總
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    隨著對室內空氣品質需求的增加,RSE通過光纖雷射技術生產的標準化定製活性炭空氣過濾器不斷滿足OEM用戶的需求。通過光纖雷射切割系統,處理多數部件的時間能節省許多。2015年11月,RSE通過LVD Strippit生產的2kW光纖雷射機Lunx FL成功進入光纖雷射切割領域。在對雷射切割系統進行了深入研究之後,McCormick選擇了光纖雷射切割技術,淘汰了傳統的二氧化碳切割技術(如下圖)。
  • IPG公司新型光纖雷射器"三焦點"概念
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    這種雷射器具備數焦耳脈衝能量、超長脈衝,以及能與更大直徑的光纖耦合的能力,使得生產出的焊點直徑可達0.5毫米。早期試驗表明,這些低佔空比焊點在任何方面都和閃光燈泵浦固體雷射器相似。 一臺連續波單模光纖雷射器配備一根比如說50微米直徑的光纖,就可以很簡單地從切割雷射器變為焊接雷射器,所需要做的只是簡單地更換終端的聚焦光學元件。         ● 已獲得可傳輸高達25千瓦功率的光纖適配器。研發出的一些光纖雷射功率光束開關,用於光纖到光纖的連接可多達6個通道,切換時間小於10毫秒。可為每個通道提供可見的紅色對準光束。
  • 光纖雷射器取代CO2雷射器核心優勢在哪
    近幾年,光纖雷射切割技術在行業中開始大量運用,在2014年,光纖雷射器超越了CO2雷射器成為最大份額的雷射源。光纖雷射切割既提供了CO2雷射切割可實現的切割速度和質量,而且維護和操作成本顯著降低。光纖切割技術能效性高,憑藉光纖雷射完整的固態數字模塊、單一設計,光纖雷射切割系統擁有高於CO2雷射切割的電光轉換效率。
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    一、光纖雷射器  1.原理:  光纖通常是以SiO2為基質材料拉成的玻璃實體纖維,主要廣泛應用於光纖通訊,其導光原理就是光的全內反射機理。多模光纖:中心玻璃芯較粗(50um+1um),可傳多種模式的光,但其模間色散較大,傳輸的光不純。  2.優點:  光纖雷射器具有體積小、能耗低、壽命長、穩定性高、免維護、多波段、綠色環保等特徵,它以優越的光束質量、穩定的性能、超高的光電轉換效率,贏得了眾多雷射業內人士的肯定。
  • 「國際巨頭」---IPG光纖雷射器及應用
    一、IPG光纖雷射器簡介  1.光纖雷射器簡介  光纖雷射器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的雷射器,光纖雷射器可在光纖放大器的基礎上開發出來:在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度,造成雷射工作物質的雷射能級「粒子數反轉」,當適當加入正反饋迴路