目前,激光加工已经在微观与宏观领域站稳了脚跟。无论是作为热分离工艺或是焊接工艺,激光束的加工处理提供了众多优势。相比其他分离与连接工艺,激光技术都表现得非常出色。
Weil工程公司负责销售与开发的Peter Kaupp解释说:“不再需要类似电线的其他材料了,这就节约了成本。就分离与连接而言,激光技术的生产力更高。相比MAG焊接而言,几乎不会造成热变形,而且焊缝质量很高。”
图1 Weil工程公司制造的柔性激光单元(FLC)采用模块化构造,能提供最高的动态与精度。因此,采用了精度轴与专业NC控制系统
激光加工的优势立显
边角侵蚀或未焊接缝隙会明显减少,而且故障连接部位很容易检测。Amada公司激光技术高级产品经理Matt Wood说:“激光束现在可以进行精密切割,甚至在微观力学领域也能应用。并且,在一定距离内,激光束可以进行远程应用。”
Trumpf同样极为重视焊缝的完美程度。公司执行合伙人兼机器工具业务主席Mathias Kammüller博士强调说:“激光焊缝质量很高,原则上无需进行后续加工。这节约的不仅仅是成本,还有时间。”
图2 “我们发现了一种具有成本效益的加工方案。我们认为重要的是应用与框架。”Rofin-Sinar激光公司激光源产品经理Wolfram Rath称
激光加工与经典冲压完美融合
除了激光切割,Trumpf还提供冲压技术。权衡优势与劣势,Kammüller解释道:“两种工艺都有其地位。激光束能非常灵活地切割工件的轮廓,冲压设备能以较高成本效益制造出标准的轮廓,甚至用于成型。对于想利用两种优势的客户,Trumatic冲压/激光设备整合了两种技术,提供了最佳选择。
Rofin-Sinar激光公司激光源产品经理Wolfram Rath博士认为,另外一个理由是决定性的:“相比传统制造工艺,激光焊接的一个重要优势是易于实现自动化。在保证高精度的前提下保持较高加工速度,这意味着激光焊接加工在提高生产力与降低单位成本方面有着决定性的经济优势。”
图3 Trumpf公司执行合伙人Mathias Kammüller博士说:“我们的大多数客户都是加工车间。他们需要设备具备不同光谱范围的激光束来加工各种材料,要求工具的工装时间要短。”
用激光焊接整个床身机架即将实现
激光技术用户很欣赏这样的优势。市场数据表明:2013年,德国机械设备制造业联合会(VDMA)激光与激光体系材料加工工作组为德国生产基地记录了自2007年以来第二大CO2与固体激光器订单,总价值8.707亿欧元(比较:2007年9.567亿欧元;2012年8.377亿欧元)。展望未来,我们需要了解未来几年的趋势。低价格将不再是唯一的核心因素,设备性能、质量以及柔性的重要性会提高。
图4 Rofin-Sinar的FL 060产品配备了高性能的泵模块。四个光纤激光组件,每个组件的输出功率是1.5kW,合计6kW的激光输出功率,并配有对应的备用电源
对于金属板材加工行业而言,市场上目前有众多多样化的产品,性能范围广泛,激光类型与波长也多种多样。Rofin-Sinar的Wolfram Rath博士总结称,CO2与光纤激光设备已经发展成为最重要的切割与焊接技术。“在许多情况下,CO2激光设备在切割较厚的金属板材时获得的较高切割质量是决胜点。因此,CO2激光切割的一个可预测的趋势是朝着能提供处理更厚金属板材的高能量激光源方向发展。”
图5 材料厚度达22mm,Amada功率为2kW的Ensis光纤激光切割机十分适合
Trumpf的Kammüller也注意到这一趋势。在他看来,固体激光器的重要性显而易见:“特别是随着新的光纤技术的发展,固体激光器正在成为一种通用的工具。固体激光器目前能用来切割较厚的板材,切割质量很高,因此吸引了更广泛的客户群体。然而,并不能完全取代CO2激光加工设备。然而由于应用光谱的分析,可能两种激光类型中有一种更适合。”
图6 Trumpf 提供了众多可选的固体激光器设备,包括固体激光切割机Tru Laser 3030 fiber。采用该激光切割机,可以切割厚度达20mm的钢管与有色金属
重点是易于集成且设备适当
Rofin-Sinar的Rath认为CO2激光焊接设备在焊接上的唯一质量限制是焊渣飞溅,这在焊接管道与截面时非常关键。除此以外,在未来,激光焊接将进一步发展成为机床制造领域的连接手段。不仅仅在外壳,甚至是整个机身都有可能进行焊接。Weil工程的Kaupp认为目前发展的势头良好:“基础设施与技术方案都在进步。”
图7 Peter Kaupp,负责Weil工程公司的销售与开发:“我们采用模块化的安装理念,实现了最大可能的灵活性,完美地适应了客户在基本配置方面的需要。这方面的例子有模块化制造的柔性激光加工单元
金属具备其他物质没有的特性。因此,金属板材加工企业对激光系统有着特殊的需要。Trumpf的Kammüller总结了这一形势:我的许多客户都是加工车间。他们需要那些能够应对不同厚度的材料和金属加工的设备。因此,Trumpf提供了更广泛的设备组合以及激光类型。这些设备可能是灵活地加工金属板材的2D激光切割机,或者是适合制造结构极其精细的多种材料的设备。
图8 “我们一直在考虑客户整体的生产过程,不仅仅用一件设备而且还用外围设备来满足客户的需要。”Amada欧洲总部激光技术高级产品管理Matt Wood说
在Rofin-Sinar,他们非常了解金属板材设备的其他需要:需要低维护的激光源、整合的工艺控制以及国际化的服务理念。Rath解释说:“但易于整合的激光源对于完美地整合激光与设备来说非常关键,我们对此保证了CO2与光纤激光机有统一的界面。”
比如,Amada在Euroblech上展示了Ensis切割装置的安装,配有2kW光纤激光切割机,用于切割厚度达22mm的材料。Weil 工程公司也提供了全面的服务,包括安装在内。Kaupp解释说:“我们采用模块化的安装理念,完美地适应了客户在基本配置方面的需要。这方面的例子有模块化制造的柔性激光单元(FLC),提供了最高的动态,采用了高精度的轴与专业的NC。另外,FLC系列体积紧凑,能够简便直接地集成到物流系统中。
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