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            CO2激光器未來的發展和應用場景

            發布時間:2021-08-10

              二氧化碳(CO2)激光器由C.Kumar N.Patel于1964年在貝爾實驗室發明,它又可叫做玻璃激光管,是目前連續輸出功率較高的一種激光產品,廣泛應用于紡織、醫療、材料加工、工業制造等領域,尤其是在包裝噴碼,非金屬材料切割,醫療美容等行業有著獨特的應用。
              CO2激光器技術至1980年代基本成熟,在后面二十多年里廣泛應用于工業加工,包括金屬切割、各種材料打標、雕刻,以及在汽車、造船和航空航天等的焊接、熔覆加工等。目前工業用的CO2激光器波長主要為10.64μm,輸出為紅外光。它的電光轉換效率普遍能達到15%至25%,對比固體YAG激光器已經有不錯的優勢;它的波長范圍決定光束能夠很好讓鋼鐵金屬、有色金屬、貴金屬、非金屬等多種材料吸收,其適用材料范圍比光纖激光器還要廣。
              由于當前激光加工,最重要的開發應用仍然是金屬材料加工,自2010年以來的光纖激光器在國內外掀起了熱潮,特別是在金屬加工上取代部分CO2切割的市場。這給一些人帶來很大的誤導:那就是CO2激光器過時了,作用不大了。其實這種想法是大錯特錯的。


            CO2激光器

              CO2激光器作為技術最成熟、最穩定可靠的光源類型,在工藝開發上也是非常成熟的,即便是今天,在歐洲、美國仍然看到CO2激光的許多應用。許多天然和合成材料在CO2激光器跨越的9-12μm光譜范圍內具有強的特征吸收,所以在材料處理和光譜分析中有許多機會。CO2激光器的的光束屬性決定了其仍然會有獨特的應用潛力。本文主要介紹CO2的幾種常見應用。
              金屬材料加工
              在連續光纖激光器流行以前,金屬板材加工基本上是高功率CO2激光器一統天下,曾記得在2012年某展會上,已經有廠家隆重發布4KW的CO2切割機,可切割板材厚度超過20mm,一時間震撼業界。如今時過境遷,動則采用萬瓦級光纖激光器切割超厚板材,在鋼板切割上,確實CO2切割已被光纖切割替代了大部分,但不代表它已經消失,目前包括大族激光智能裝備、普?,斨悄?、大族粵銘、百盛激光、奔騰楚天等一些廠家還可以提供金屬CO2切割機,還有切管機,以供客戶選用。
              光纖激光由于其較細的光斑易于切割,但在焊接方面成為其缺點。特別是厚板材連接,高功率的CO2激光器比光纖激光器更有優勢。盡管幾年前人們開始采用光束擺動克服光纖激光的缺點,但是仍然比不過CO2激光光束。在歐洲的客中客車、德國的邁爾造船廠等許多厚板加工上,早就是CO2激光的應用了。
            除了鋼鐵材料焊接,近些年像鉻錳合金鋼以及鋁合金等不好焊接的材料也開始出現,這些材料有的熔點高,有的對光的反射率高,這樣就要求了焊接時的激光功率較高。比如國內的奔騰楚天就在2015年研發了6KW的CO2激光焊接系統,并成功交付給中車使用。
              材料表面處理
              CO2激光器用于表面處理主要體現在激光熔覆,如今雖然也可以用半導體激光來做,但是在高功率半導體激光出現之前,激光熔覆基本上也是CO2激光的天下。激光熔覆廣泛用于模具、五金、礦山機械、機械轉軸、航空航天、海工裝備乃至民用新產品等工業領域。CO2激光器相對于半導體激光器有著巨大的價格成本優勢,CO2激光熔覆目前也是備受歡迎的一個選項。如今國內的大族金石凱、沈陽大陸激光等是專業從事CO2激光熔覆的企業。
              布料纖維的加工
              在金屬加工上,CO2激光面臨了光纖激光、半導體激光的挑戰,因此未來CO2激光的應用重點很可能是非金屬材料的應用。包括的領域非常多,玻璃、陶瓷、布料皮革、木材、塑料、聚合物等。
              在這方面表現出色的是位于廣州的創可激光,該公司是專業從事激光打標設備的企業,推出了超級CO2激光打標機系列,用于木制品、皮具、布料的打標、雕刻和鏤空等工藝,具有特色的是實現了在牛仔布料的洗水、雕花等先進工藝。另外廣州的漢馬激光等也是長期從事CO2激光切割布料、雕刻木材的設備,類似的企業還有東莞的大族粵銘、雷宇激光等。光博士在多年前就已經推出了木板激光切割機,該公司還主營數十種中小功率CO2激光切割、打標設備,可見市場需求仍然很大。


              特殊領域定制應用
              CO2的光束性質為其的定制特殊領域應用提供了很大的可能性,比如聚合物、塑料、陶瓷的加工。CO2激光器對ABS、PMMA、PP等聚合物材料可實現高速切割。采用先進的CO2激光器,經過優化光學模式和光路設計,形成更完美的光斑,可減少熱影響區域,切割出高品質的手機薄膜產品(PET保護膜、顯示面板)。CO2激光切割技術的特有優勢,使之比UV激光切割技術更適合薄膜精密切割,也更能滿足IT業精密加工的需要。
              醫療應用
              90年代后出現了以超脈沖CO2激光治療機為代表的高能量脈沖醫療設備,并得到成功的應用,使得要求較高的應用領域得到突破性進展,特別是激光美容方面獨占鰲頭。發展前景十分廣闊。  據了解,二氧化碳激光輔助深層鞏膜切除術,簡稱CLASS,屬于非穿透性、非結膜下濾過泡依賴手術,通過小梁網、深層鞏膜和脈絡膜引流房水降低眼壓。這一革新性的術式,術中術后并發癥少;非濾過泡依賴性,無術后應對瘢痕化問題;手術簡單、學習曲線短,容易掌握,臨床實用性強。
              CO2激光的工業制冷
              當前我國每年CO2激光器仍然保有超過十幾億的市場需求量,在材料切割、焊接、打標、雕刻、表面處理等領域均有大量的應用。CO2激光采用的是氣體作為介質,無論是金屬腔體射頻激勵還是玻璃管的設計,內部元部件對熱影響都比較敏感,因此高精度的冷卻是保護設備、維持更長工作壽命的必備。由于氣體容易導致不穩定,精準冷卻也有助于保證出光功率穩定。



              廣州特域機電有限公司是國內一家專業從事激光用冷卻設備的廠家,擁有近20年的研發、設計與生產經驗,每年向全球輸送超過7萬臺激光冷水機。特域機電在CO2激光制冷設備上占據全國最大的市場份額,在CO2激光冷卻應用上擁有最多的經驗。
            CW-5200T系列是特域最新推出的節能型激光冷水機,其溫控精度可達±0.3°C,具有智能調溫和恒溫兩種模式,設計體積緊湊,特別適用于100-150W的CO2激光管的冷卻,目前已廣泛應用于中小功率CO2非金屬激光加工設備上。


            文稿/廣州特域機電 轉載請注明出處

            關鍵詞: CO2激光器冷水機
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