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光纖技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了光纖激光設(shè)備在諸多市場(chǎng)領(lǐng)域大規(guī)模生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。
自動(dòng)化有望驅(qū)動(dòng)激光焊接在汽車(chē)等市場(chǎng)的應(yīng)用。
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)將汽油轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，但是其分火蓋通過(guò)將高電壓從點(diǎn)火線圈傳遞到火花塞，使車(chē)輛運(yùn)動(dòng)起來(lái)。傳統(tǒng)的分火蓋已經(jīng)讓位于電子點(diǎn)火系統(tǒng)，隨之而來(lái)的是汽車(chē)制造商的最新發(fā)展——無(wú)分火蓋點(diǎn)火系統(tǒng)。
得益于光纖技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動(dòng)，光纖激光器已經(jīng)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。在過(guò)去的十年間，光纖激光器的快速工業(yè)化和快速采用，在很大程度上要?dú)w功于物理學(xué)家Valentin Gapontsev先生，是他引領(lǐng)了光纖技術(shù)的發(fā)展。
“我的夢(mèng)想是看到激光器能像電腦一樣，成為批量生產(chǎn)中的一個(gè)首選工具，而不是在許多應(yīng)用中被視為萬(wàn)不得已的選擇。”Gapontsev說(shuō)道。
Gapontsev先生于1991年在俄羅斯成立了IPG Photonics公司。該公司從意大利電信運(yùn)營(yíng)商Italtel那里獲得了第一份重大合同，隨后又從戴姆勒－奔馳航空航天公司贏得了第二份合同，這促使IPG于1994年在德國(guó)開(kāi)設(shè)了一家工廠。1998年，IPG在美國(guó)馬薩諸塞州伍斯特市成立了其全球總部。
2000年，IPG建造了全新高產(chǎn)能工廠，用于制造自己的二極管泵浦源。泵浦二極管是IPG的光纖激光器和放大器中的關(guān)鍵部件。
五年后，IPG在美國(guó)上市。今天，IPG能夠?yàn)楣饫w激光設(shè)備制造商提供從光纖和光學(xué)器件、光束耦合器與開(kāi)關(guān)，到加工頭、準(zhǔn)直器（一種使光束變窄的器件）、過(guò)程控制和工具選擇等一整套完備的光束傳輸組件。
快速前行的步伐
“切割市場(chǎng)的趨勢(shì)是更高功率、更快速度以及切割更厚的材料。”IPG北美銷(xiāo)售總監(jiān)Bryce Sampson說(shuō)：“為了滿足切割市場(chǎng)領(lǐng)域的這些需求，光纖激光設(shè)備中所配備的激光器，必須能夠在切割材料越來(lái)越厚的情況下，提供卓越的切割質(zhì)量。我們的工作是以具有成本效益的價(jià)格，提供光纖技術(shù)。”
IPG的光纖和泵浦二極管，不僅具有成本效益，且提供出色的光束質(zhì)量。
Sampson表示，激光設(shè)備造商正在將IPG的激光器與他們自己的硬件和軟件結(jié)合在一起。“正因?yàn)槿绱耍覀冊(cè)?017年美國(guó)國(guó)際金屬加工及焊接展覽會(huì)（Fabtech）上看到了許多光纖激光設(shè)備都增添了新功能，而這些功能在三年前是無(wú)法提供的。”
現(xiàn)在，在很多情況下，制造商在面對(duì)汽車(chē)和其他領(lǐng)域的零部件材料切割應(yīng)用時(shí)，都會(huì)選擇光纖激光切割機(jī)，而放棄了等離子切割機(jī)和水射流切割機(jī)。
然而，光纖激光器在材料切割領(lǐng)域之外的應(yīng)用還遠(yuǎn)未成熟。“我們感覺(jué)到，激光焊接和釬焊（金屬連接）將是下一個(gè)最具增長(zhǎng)潛力的市場(chǎng)，”Sampson說(shuō)，“汽車(chē)是最早在其產(chǎn)品線上使用激光焊接的領(lǐng)域，因?yàn)樽詣?dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)非常適用于汽車(chē)生產(chǎn)。”
Sampson解釋說(shuō)，其原因在于汽車(chē)制造商“有能力為一項(xiàng)特定的工藝技術(shù)設(shè)計(jì)零件”，而對(duì)于那些沒(méi)有專門(mén)為像激光焊接這樣的技術(shù)重新設(shè)計(jì)零件自由的行業(yè)而言，這通常是一項(xiàng)障礙。
“隨著自動(dòng)化變得更加主流，也更加經(jīng)濟(jì)，機(jī)器人變得更容易編程，我們預(yù)計(jì)激光焊接應(yīng)用會(huì)隨之增加，”Sampson說(shuō)，“我們的工作是讓技術(shù)走向應(yīng)用。”
“隨著自動(dòng)化變得越來(lái)越經(jīng)濟(jì)、機(jī)器人變得越來(lái)越容易編程，我們預(yù)計(jì)激光焊接的應(yīng)用會(huì)隨之增加。”—— Bryce Sampson， IPG
擺動(dòng)和焊縫追蹤
IPG的擺動(dòng)和焊縫追蹤焊接頭適配器，使得制造商在焊接如鋁、銅和鈦等易產(chǎn)生高反的光亮材料時(shí)，能夠獲得一致的焊接效果。過(guò)去焊接此類敏感材料時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致諸如氣孔和熱裂紋等缺陷。
在加工那些難以焊接的材料時(shí)，IPG的擺動(dòng)和焊縫追蹤焊接頭適配器能夠確保焊縫的一致性。
有了擺動(dòng)焊接頭，制造商可以調(diào)整不同的模式、振幅和頻率，以最大限度地優(yōu)化工藝，將缺陷降到最低。另外，IPG的這款擺動(dòng)焊接頭還允許制造商焊接不同材質(zhì)的金屬。一般情況下，一種材料會(huì)比另一種材料具有更高熔點(diǎn)或更高反射率的兩種金屬。
通過(guò)擺動(dòng)頭可以控制兩種材料的熔化行為，并通過(guò)選擇正確的擺動(dòng)參數(shù)來(lái)平衡它們。通過(guò)控制金屬間化合層的熔化和凝固，來(lái)提高焊接質(zhì)量。
“我們將兩種技術(shù)整合為一個(gè)緊湊的模塊。”Sampson說(shuō)，“這種設(shè)計(jì)有利于同步激光束擺動(dòng)和焊縫跟蹤。通過(guò)擺動(dòng)激光束，焊接質(zhì)量和表面光潔度得以提升。”
同時(shí)，當(dāng)焊縫位置發(fā)生變化時(shí)，焊縫跟蹤器能夠自動(dòng)調(diào)整焊接頭的橫向位置。 “焊接頭在沒(méi)有填充材料的情況下，提升了間隙搭橋能力，并可得到高質(zhì)量焊縫表面，同時(shí)整條焊縫的一致性也可明顯提升。”Sampson說(shuō)。該模塊即插即用，并與IPG的D50大功率焊接頭兼容。
清洗與打標(biāo)
光纖激光器在消融、打標(biāo)和雕刻領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增多。
激光消融正在吸引來(lái)自航空航天和汽車(chē)等領(lǐng)域越來(lái)越多客戶的群體關(guān)注。該工藝可用于去除油漆、清潔模具或在焊接前去除氧化層和涂層。“它的速度更快，并且產(chǎn)生的廢料更少。”Sampson說(shuō)道。
此外，打標(biāo)和雕刻是光纖激光器以性能著稱的另外兩種應(yīng)用。“這實(shí)際上是我們最大的市場(chǎng)之一。”Sampson說(shuō)。
“可追溯性需求和規(guī)格的多樣性，特別是在醫(yī)療器械領(lǐng)域，使得能夠?qū)α慵M(jìn)行打標(biāo)和雕刻至關(guān)重要。”
光纖激光器也正在越來(lái)越多地與自動(dòng)化加工相結(jié)合。“現(xiàn)在，高產(chǎn)量需求正在驅(qū)動(dòng)制造商做出零件生產(chǎn)線自動(dòng)化的決策，”Sampson說(shuō)，“與此同時(shí)，制造商也必須要考慮零件設(shè)計(jì)。如果零件合適自動(dòng)化生產(chǎn)、并且有量產(chǎn)需求，那么光纖激光器自然會(huì)成為自動(dòng)化解決方案的一部分。”
IPG的構(gòu)建模塊——光纖和泵浦二極管，為公司提供了一個(gè)“以更低成本提供更高輸出功率和卓越光束質(zhì)量的產(chǎn)品平臺(tái)。其包層側(cè)泵技術(shù)和分布式單管泵浦架構(gòu)，是將光纖激光器技術(shù)應(yīng)用于眾多行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
“我們是一家垂直整合的公司，”Sampson解釋說(shuō)，“我們成功的關(guān)鍵是我們的技術(shù)都是自己開(kāi)發(fā)的，這使其成本更加低廉。我們能夠盡可能廣泛地構(gòu)建我們的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)品獨(dú)立于任何其他品牌。我們正在嘗試通過(guò)與盡可能多的人合作，來(lái)擴(kuò)大光纖激光器在市場(chǎng)上的應(yīng)用。”
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