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CO2激光器未来的发展和应用场景

二氧化碳(CO2)激光器由C.Kuma

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发布时间:2021-08-10 09:48:00
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  • CO2激光器冷水机
CO2激光器未来的发展和应用场景

二氧化碳(CO2)激光器由C.Kumar N.Patel于1964年在贝尔实验室发明 ,它又可叫做玻璃激光管 ,是目前连续输出功率较高的一种激光产品 ,广泛应用于纺织、医疗、材料加工、工业制造等领域 ,尤其是在包装喷码 ,非金属材料切割 ,医疗美容等行业有着独特的应用。

CO2激光器技术至1980年代基本成熟 ,在后面二十多年里广泛应用于工业加工 ,包括金属切割、各种材料打标、雕刻 ,以及在汽车、造船和航空航天等的焊接、熔覆加工等。目前工业用的 CO2激光器 波长主要为10.64μm ,输出为红外光。它的电光转换效率普遍能达到15%至25% ,对比固体 YAG激光器 已经有不错的优势;它的波长范围决定光束能够很好让钢铁金属、有色金属、贵金属、非金属等多种材料吸收 ,其适用材料范围比光纤激光器还要广。

由于当前激光加工 ,最重要的开发应用仍然是金属材料加工 ,自2010年以来的光纤激光器在国内外掀起了热潮 ,特别是在金属加工上取代部分CO2切割的市场。这给一些人带来很大的误导:那就是CO2激光器过时了 ,作用不大了。其实这种想法是大错特错的。

co2激光冷水机

CO2激光器作为技术最成熟、最稳定可靠的光源类型 ,在工艺开发上也是非常成熟的 ,即便是今天 ,在欧洲、美国仍然看到CO2激光的许多应用。许多天然和合成材料在CO2激光器跨越的9-12μm光谱范围内具有强的特征吸收 ,所以在材料处理和光谱分析中有许多机会。CO2激光器的的光束属性决定了其仍然会有独特的应用潜力。本文主要介绍CO2的几种常见应用。

金属材料加工

在连续 光纤激光器 流行以前 ,金属板材加工基本上是高功率CO2激光器一统天下 ,曾记得在2012年某展会上 ,已经有厂家隆重发布4KW的CO2切割机 ,可切割板材厚度超过20mm ,一时间震撼业界。如今时过境迁 ,动则采用万瓦级光纤激光器切割超厚板材 ,在钢板切割上 ,确实CO2切割已被光纤切割替代了大部分 ,但不代表它已经消失 ,目前包括大族激光智能装备、普睿玛智能、大族粤铭、百盛激光、奔腾楚天等一些厂家还可以提供金属CO2切割机 ,还有切管机 ,以供客户选用。

光纤激光由于其较细的光斑易于切割 ,但在焊接方面成为其缺点。特别是厚板材连接 ,高功率的CO2激光器比光纤激光器更有优势。尽管几年前人们开始采用光束摆动克服光纤激光的缺点 ,但是仍然比不过CO2激光光束。在欧洲的客中客车、德国的迈尔造船厂等许多厚板加工上 ,早就是 CO2激 的应用了。

除了钢铁材料焊接 ,近些年像铬锰合金钢以及铝合金等不好焊接的材料也开始出现 ,这些材料有的熔点高 ,有的对光的反射率高 ,这样就要求了焊接时的激光功率较高。比如国内的奔腾楚天就在2015年研发了6KW的CO2激光焊接系统 ,并成功交付给中车使用。

材料表面处理

CO2激光器用于表面处理主要体现在激光熔覆 ,如今虽然也可以用半导体激光来做 ,但是在高功率半导体激光出现之前 ,激光熔覆基本上也是CO2激光的天下。激光熔覆广泛用于模具、五金、矿山机械、机械转轴、航空航天、海工装备乃至民用新产品等工业领域。CO2激光器相对于半导体激光器有着巨大的价格成本优势 ,CO2激光熔覆目前也是备受欢迎的一个选项。如今国内的大族金石凯、沈阳大陆激光等是专业从事CO2激光熔覆的企业。

布料纤维的加工

在金属加工上 ,CO2激光面临了 光纤激光 、半导体激光的挑战 ,因此未来CO2激光的应用重点很可能是非金属材料的应用。包括的领域非常多 ,玻璃、陶瓷、布料皮革、木材、塑料、聚合物等。

在这方面表现出色的是位于广州的创可激光 ,该公司是专业从事激光打标设备的企业 ,推出了超级CO2激光打标机系列 ,用于木制品、皮具、布料的打标、雕刻和镂空等工艺 ,具有特色的是实现了在牛仔布料的洗水、雕花等先进工艺。另外广州的汉马激光等也是长期从事CO2激光切割布料、雕刻木材的设备 ,类似的企业还有东莞的大族粤铭、雷宇激光等。光博士在多年前就已经推出了木板激光切割机 ,该公司还主营数十种中小功率CO2激光切割、打标设备 ,可见市场需求仍然很大。

特殊领域定制应用

CO2的光束性质为其的定制特殊领域应用提供了很大的可能性 ,比如聚合物、塑料、陶瓷的加工。CO2激光器对ABS、PMMA、PP等聚合物材料可实现高速切割。采用先进的CO2激光器 ,经过优化光学模式和光路设计 ,形成更完美的光斑 ,可减少热影响区域 ,切割出高品质的手机薄膜产品(PET;つぁ⑾允久姘)。CO2激光切割技术的特有优势 ,使之比UV激光切割技术更适合薄膜精密切割 ,也更能满足IT业精密加工的需要。

医疗应用

90年代后出现了以超脉冲CO2激光治疗机为代表的高能量脉冲医疗设备 ,并得到成功的应用 ,使得要求较高的应用领域得到突破性进展 ,特别是激光美容方面独占鳌头。发展前景十分广阔。 据了解 ,二氧化碳激光辅助深层巩膜切除术 ,简称CLASS ,属于非穿透性、非结膜下滤过泡依赖手术 ,通过小梁网、深层巩膜和脉络膜引流房水降低眼压。这一革新性的术式 ,术中术后并发症少;非滤过泡依赖性 ,无术后应对瘢痕化问题;手术简单、学习曲线短 ,容易掌握 ,临床实用性强。

CO2激光的工业制冷

当前我国每年CO2激光器仍然保有超过十几亿的市场需求量 ,在材料切割、焊接、打标、雕刻、表面处理等领域均有大量的应用。CO2激光采用的是气体作为介质 ,无论是金属腔体射频激励还是玻璃管的设计 ,内部元部件对热影响都比较敏感 ,因此高精度的冷却是;ど璞浮⑽指すぷ魇倜谋乇。由于气体容易导致不稳定 ,精准冷却也有助于保证出光功率稳定。

激光冷水机

3499拉斯维加斯线路是国内一家专业从事激光用冷却设备的厂家 ,拥有近20年的研发、设计与生产经验 ,每年向全球输送超过7万台 激光冷水机 。3499拉斯维加斯线路机电在CO2激光制冷设备上占据全国最大的市场份额 ,在CO2激光冷却应用上拥有最多的经验。

CW-5200T系列是3499拉斯维加斯线路最新推出的节能型激光冷水机 ,其温控精度可达±0.3°C ,具有智能调温和恒温两种模式 ,设计体积紧凑 ,特别适用于100-150W的CO2激光管的冷却 ,目前已广泛应用于中小功率CO2非金属激光加工设备上。


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