上一期，我們向大家介紹了Rofin在CO2激光器、固體激光器以及光纖激光器光源上所取得的長足發展，本期我們將聚焦激光解決方案及具體應用領域，帶您系統了解Rofin在激光加工領域所積累的經驗與優勢，以便您更好的選擇適合自己應用的激光產品。
從光源到解決方案—今天的工業實踐
四十多年來，激光器已經成功地用于各種工業應用領域，其中切割和焊接是最主要應用。另外也有淬火、熔覆及表面處理等其他重要的應用。下面我們將主要介紹切割和焊接應用的方案。
早在1967 年，TWI 就展示了激光切割。現在激光切割仍然主導著金屬板材切割、管道和輪廓切割、汽車車身部件的三維切割等宏觀應用；此外激光還用于切割非金屬材料，如安全氣囊、塑料顯示器、砂紙、模具模板等。
圖1：汽車安全氣囊的激光切割
CO2 激光器是切割應用的理想激光源之一：高光束質量（3.5~8 mm•mrad）下的高連續（CW）功率，能在高于1 kHz 的頻率下產生脈動，比燈泵浦固態激光器的效率高三倍，可靠性更高。最初，快速軸流激光器是首選，因為其相比于橫流激光器能提供更加對稱和更好的光束質量，但是這兩種類型的激光器在市場上都依然存在。CO2 板條激光器的優勢主要來自于其光束質量：對于較薄和中板厚度的板材，它們能比低光束質量的激光器獲得更高的切削速度。
當光纖輸出的高功率Nd ：YAG 激光器出現以后，這些切割應用便能通過波長為1 μm 的激光器與機器人結合得以實現。最初使用的是高平均功率的脈沖燈泵浦Nd ：YAG 激光器，后來使用的是連續燈泵浦Nd ：YAG激光器。一直以來人們都希望基于半導體泵浦的Nd ：YAG 棒激光器能實現一大突破：在設計上達到與CO2激光器相當的轉換率（通常為10%）。通過采用300μm的先進光纖和12mm mrad的光束質量，該款激光器所具有的優質切割質量和高效的切割速度對多種應用具備吸引力。
最新開發的半導體泵浦光纖激光器和碟片激光器具有約30%的典型電光轉換效率，其光束質量通常與基模狀態下的CO2 激光器相當，甚至更好。光纖激光器是目前最先進的切割光源，其通過“全光纖”方式生成光束并將其傳輸到激光切割頭。
當考慮使用這些激光器來切割金屬板材時，一些意想不到的看法，引起了對切割工藝調查的興趣：
● 對于一般的金屬板材切割應用，單模光束質量并沒有被使用。
● 薄片可以非常有效地切割，沒有CO2 激光器典型的等離子體作用
● 鋁能被快速可靠地切割，但是板條CO2 激光器能獲得更好的切割質量
● 中等厚度和大厚度的不銹鋼板材，不能獲得CO2 激光切割實現的典型切割質量
● 光學元件的任何污染都將嚴重影響切割結果——操作者和系統制造商需要滿足潔凈需求
● 對安全防護罩的更高需求，增加了系統成本
由于快速、精確的激光功率切割系統控制，受益于CNC 針對部件加工而控制開發的準自動化設計，這使得市場能夠及時提供切割樣品。
如今，平板（飛行光路）系統、激光打孔兩用系統、管材和型材切割系統、5 軸3D 切割系統和基于機器人解決方案，都是可靠的工業生產工具，它們可以配備CO2激光器或光纖激光器。
圖2：管材的3D切割
激光焊接解決方案需要考慮到部件準備、機械接合、夾緊等因素，激光焊接在根本上是不同于激光切割的。
因此，更多的系統制造商針對他們的特定市場提供特殊的解決方案。
在汽車行業的率先應用
● 1973 年——福特采用配備3 kW CO2 激光器的車身底部焊接系統
● 1976 年——菲亞特開發用激光焊接同步齒輪
● 1979 年——通用用CO2 激光器焊接不銹鋼
● 1980 年——豐田和本田使用富士配備CO2 激光器的3軸系統用于沖模更換
● 1983 年——蒂森鋼鐵用1 kW 的CO2 激光器焊接兩塊鍍鋅鋼板。這是首個“拼焊板”。
● 1984 年——福特（Saline）采用500 W CO2 激光器修剪塑料儀表板
● 1986 年——寶馬使用配備CO2 激光器的5 軸龍門架焊接車頂
八十年代后期應用激光焊接的進一步例子是汽車行業中的氣門挺桿、燃油過濾器、減震器及齒輪的焊接。在九十年代早期，開始是通過CO2 激光器結合鉸鏈式反射鏡臂和機器人，實現了車頂焊接；后來通過使用柔性光纖和燈泵浦Nd ：YAG 激光器實現車頂焊接。
圖3：4Kw 光纖激光器正在對汽車部件進行掃描焊接
隨著激光源實現了更高的可靠性、更高的效率和更好的光束質量，以及新技術的涌現，使得激光加工市場拓展到了更廣泛的新領域，如：
● 差距、車軸（填絲，感應前，后熱處理）
● 金剛石鋸片
● 拼焊板，一維，二維，刀具硬化（鋁硅涂層的燒蝕）
● 激光焊接管材，主要由板條CO2 激光器連續焊接
● 熱交換器（夾緊技術）
● 鋁合金焊接：燃油濾清器、汽車車身、混合激光焊接（光束質量好，功率穩定）
● 機身部分的鋁合金焊接（空中客車，板條CO2 激光器）
● 復合金屬板設計，采用激光焊接，如排氣部件（自動化）
● 噴油嘴焊接（光束質量）
● 基于掃描儀的焊接技術（光束質量）
—遠程焊接系統（座椅結構，板條CO2 激光器）
—遠程飛行掃描焊接（白車身焊接，光纖/ 碟片激光器）
—熱交換器的掃描焊接
大多數的應用可以通過CO2 激光器或光纖激光器系統實現。今天的CO2 激光焊接過程，具有更少的飛濺產生，這使得它們成為動力系統應用或是管道焊接應用的首選。光纖激光器的效率、波長和最少的維護需求，加之靈活的光纖傳輸，使得光纖激光器是一種經濟的工具選擇。
工業激光器的未來
如今，面向宏觀應用的激光技術已獲得了良好的發展，并日趨成熟，比起變革，更多的將是根據市場的需求進行性能上的改進。有專家預計新一代高效率的半導體激光器，可以具備更高功率的光束，以用于一般的切割。由于新一代光纖激光器在效率、成本、適用性、和可靠性方面已經設立了較高的標桿，因此對于新一代半導體激光器而言，在這些方面具備更明顯的優勢是其面臨的一大挑戰。成熟應用市場還會繼續增長，并向新領域不斷拓寬，尤其是焊接領域，以及激光增材制造、遠程切割等新應用領域。
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