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不同类型的光纤激光器,在工业中有哪些典型应用

激光器根据材料分类可分为光纤激光器、半导体激光器、固体激光器与C02激光器等。而在整个激光器的工业应用中,光纤激光器独树一帜,近几年发展速度最快



目前光纤激光器的种类越来越多,根据激光输出时域特性的不同,可以将光纤激光器分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器。不同类型的光纤激光器在工业领域也有着不同的典型应用。


一:调Q脉冲激光器

脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于 0.25 s,每间隔一定时间才工作一次的激光器。脉冲光纤激光器的主要特点是峰值功率很高,但平均功率一般较低,主要应用于激光打标、雕刻、测距等领域。

调Q脉冲激光器经过近几年的发展,具有较高成熟度,基本垄断了国内打标和打彩等市场。

1:阳极铝无触感标黑


标黑是体现光源在差异化竞争的典型代表。例如,恩耐最初推出的亚纳秒窄脉宽脉冲光纤激光器,与IPG推出的几十个纳秒的光源脉冲宽度具有差异化,因此阳极铝无触感标黑是其很好的应用市场。



阳极铝上可以进行logo、字符、小字图等标黑应用,在手机加工中具有广泛的应用。


比如在手机中用铝后,要考虑到硬度、耐磨性,而表面阳极化可以克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷,扩大应用范围,延长使用寿命,表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环,而阳极化技术是目前应用最广且最成功的一种技术。


2:

激光油墨/PVD去除




随着手机结构越来越精细,很多部件在油墨及PVD处理后,在局部有残留,会影响美观,无法达到部件制作的工艺相应要求。因此在手机的应用当中,需要用激光对多余部分油墨或PVD膜层进行去除,如闪光灯油墨去除、触屏油墨去除、摄像头油墨去除等。

3:激光清洗

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激光清洗是现阶段比较热门的一种应用。激光是一种光源,作为一种技术手段应用到各个领域的清洗行业中,如航天航空、汽车制造、轨道交通、船舶制造、钢铁制造、电子行业等。

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在激光清洗中,比较常见的是除锈、除油、除漆、除渣、除膜等。根据企业不同的业务需求,应用越来越多。我国还有两大激光清洗应用市场尚未得到广泛应用:


一是飞机除漆,从节约成本和综合情况来看,加工效益很高。但目前国内在装备研发和性能解决方案的投入上较少;相比之下,国外在该领域上的投入已比较成熟,激光除漆在航空领域已经得到逐步地推广和应用。


二是船舶行业,实际上,船舶翻新、安装等除漆需求很大。在船舶行业,激光清洗如何突破赢得市场,是后续值得关注和期待的。

二:MOPA光纤激光器

体现差异竞争的另一个典型应用即是MOPA光纤激光器。比如SPI为了寻求与恩耐和IPG的差异化发展,推出了MOPA结构的光纤激光器。虽然SPI的MOPA结构的激光器最初在寻求新的应用时,评估通用型应用价格太高,没有优势可言。但在使用的过程中发现,其波型和参数设置的可选择性多,在精细化、特殊的标记市场当中有其应用优势。随着脉冲光纤激光器功率越来越高,MOPA激光器的波型特点可较好地应用在以下方面:

1激光微焊接技术

在很多精密结构件中,特别是手机应用中,要求焊接光斑小,如直径小于0.5 mm焊点时,这就需要MOPA结构的微焊接技术。

微焊接技术具有以下几个优点:适用于厚度小于0.5 mm各类金属薄板的焊接;微焊接技术主要采用螺旋状的焊接方式,形成微焊点,可以与底层基材很好地融合;适用于异种材料的焊接,具有较小的热影响,焊接产生的材料变形较小,这些是其非常大的优势。

2激光去毛刺

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MOPA结构光纤激光器参数设置选择性较多,所以在手机去毛刺应用中具有优势。一般部件去除毛刺后,粗糙度可控制在20 μm左右,使整体的美观性大为提高。

3激光微孔加工

MOPA结构的脉冲光纤激光器应用在非常薄的特种金属微孔加工,这是其应用优势,加工材料不变形,孔径和孔的边缘处理的很好,加工的时间周期一般也能满足正常客户的需求。

三:QCW光纤激光器


QCW光纤激光器的出现,很大地改变了激光器的应用市场,几乎取代了灯泵激光器的市场。早期由于QCW光纤激光器价格较高,灯泵激光器仍占据一部分应用市场,但随着用户对QCW光纤激光器价格的接受程度越来越高,不断取代了灯泵激光器应用市场。随着近几年该类激光器的发展,灯泵焊接、灯泵切割机已逐渐被淘汰。QCW光纤激光器在以下方面具有典型应用。


1激光点焊

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这与MOPA结构的微焊接不同,MOPA光纤激光器是对薄金属进行焊接,焊接光斑要求小于0.5 mm;而QCW光纤激光器适用于0.7 mm甚至1 mm的金属点焊。应用范围广泛,如连接件、线材、光模块等的封装,甚至自动化焊接装备,形成批量应用。但是国产QCW光纤激光器目前市占率较低,国产化进程仍有待进一步加快。

2

激光特殊钢材切割

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QCW光纤激光器的另一个优势应用是精密薄板切割和特殊材料切割领域。比如电机的定子和转子硅钢片的切割,切割精度要求较高,精度±0.01 mm。

3激光发动机机匣制孔

国内产品目前还未渗透该应用领域。以前是通过灯抽运激光器在发动机机匣上制孔,目前已被QCW光纤激光器替代。该领域的制孔直径一般在1 mm以上。

4激光蓝宝石切割

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QCW光纤激光器在某些要求不高的蓝宝石切割领域也可以发挥优势。这有一个基本的指标需要注意,对于要求微裂纹、粗糙度在20 μm以上的蓝宝石加工,该款激光器也可达到切割要求。

四:超快光纤激光器

近几年随着超快激光器技术的应用,全光纤的超快激光器也在不断推出。全光纤超快激光器与固体超快激光器在一些应用领域存在竞争,具体有以下典型应用。

1激光发动机高温合金制孔

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发动机叶片气膜孔领域有很好的发展市场。随着发动机动力越来越大,温度越来越高,发动机有些关键部件后续会用陶瓷基的复合材料,这种材料传统的加工方式无法实现,而激光是一个很好的解决方案。目前,市场上还只有西安光机所的中科微精在进行相关工作。


2激光打孔

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飞秒激光器根据不同材料,在激光陶瓷打深孔如氧化锆材料钻孔,玻璃材料的打孔、盲孔等领域都有广泛的应用。


3激光隐切

飞秒光源做激光隐切,比较大的优势是对材料的兼容性较好,在胶合玻璃、晶圆透镜、蓝宝石窗口、蓝宝石手机盖板/背板、厚玻璃、毛玻璃切割等领域具有广泛的应用。

5连续波(CW)光纤激光器

连续光纤激光器的工业应用主要体现在高功率、高速度加工方面。


经过市场多年验证,光纤激光器技术优势体现无疑,并广受关注。但是需要警惕的是,光纤激光器的产业发展应从竞争中寻找差异化发展,以免像光伏产业一样重蹈覆辙。


对于国内企业来说,如何提高自己光源的品质是其主要思考的问题。从全球激光器发展态势来看,不能完全依靠自身研发单打独斗,也需要通过企业并购,利用资本力量带动产业链的发展,真正打通产业链,实现产业升级。

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