光纖激光器技術(shù)在過去數(shù)年獲得了迅速發(fā)展，在選擇高功率光纖激光器時，很難區(qū)分什么是重要的。除了最高額定功率或所宣傳的最快進料速率之外，還有更多的因素需要考慮。為確保成功，需涉及許多評價領(lǐng)域的整體考慮。其中一些考慮因素可能包括額定功率和進料速率，但還應該包括輔助氣體切割解決方案、以及單件成本、自動化和為應對未來增長的擴展能力。
許多年以來，工業(yè)標準是以整個90年代末至2000年代所銷售的最普通的激光功率為基礎(chǔ)的，也即功率范圍在4千瓦內(nèi)的二氧化碳（CO2）激光器。的確是有一些更高的機器等級，但最常見的都在這個范圍內(nèi)。CO2技術(shù)的進步經(jīng)歷了近30年，在其中的許多年里趨于平穩(wěn)，而瓦數(shù)卻從未增長到超過6千瓦的范圍。這與我們所看到的光纖激光器技術(shù)的發(fā)展形成了很大的反差。
高功率光纖激光器的優(yōu)點
當光纖激光器在2000年代中期被引入的時候，市場反應平平，直到2010、2011年光纖激光器才得到應有的反響。從這時起，激光切割行業(yè)開始注意到各大機器制造商引入其產(chǎn)品，相信這項技術(shù)能夠成為一個可行的生產(chǎn)工具，具備大量優(yōu)勢（在激光切割行業(yè)中才開始見到主要機器制造商充滿自信地介紹他們的產(chǎn)品道：這項技術(shù)有作為可實現(xiàn)的生產(chǎn)工具的能力，并具有許多優(yōu)勢。
在早期版本中，第一批激光器的功率介于2至4千瓦之間。短短幾年，其等級迅速上升了一倍甚至三倍。隨著光纖激光器技術(shù)的快速發(fā)展，需要考慮的因素很多。對于生產(chǎn)需要來說什么是最好的？將其全部整合在一起以最大程度地滿足制造業(yè)的需要，是一項極大的挑戰(zhàn)。
高功率激光器帶來了許多優(yōu)點，包括提高生產(chǎn)率和吞吐量，以及降低單位小時的運行成本和能源效率。在享受這些益處的同時，有一個問題可能被忽略了，即在需要大量氣體和一定壓力的中厚材料切割時氮氣的消耗量。針對這一問題，進一步研究通過不同切割技術(shù)進行零件加工，也有助于降低單個零件的加工成本。
氮氣切割
通過評估氮氣生成系統(tǒng)、優(yōu)化的噴嘴技術(shù)、更高的氮氣純度水平和輔助氣體壓力，可以獲得良好的邊緣質(zhì)量以及較低的零件成本等益處。應用這些技術(shù)能帶來20-30%的進料速率提升，同時與傳統(tǒng)的氮氣切割相比，輔助氣體消耗量減少了70%。
氮氣切割通常是當切削材料處于加工范圍內(nèi)時的首選方法。與在下游工藝中會留下必須去除的氧化邊緣的會發(fā)生變熱反應的氧氣切割相比，氮氣是首選的方法，因為它能減少這類二次操作，并允許產(chǎn)品直接進入粉末涂層或焊接工序。
圖1：該N 代系統(tǒng)為激光切割提供清潔、干燥的氮氣。
場內(nèi)氮氣生成可能適用于那些正在尋找一種簡單解決方案以消除薄材料內(nèi)部氧化、且不需要高純氮氣的用戶。Amada的氮氣生成系統(tǒng)可提供清潔、干燥的切割用氮氣，它也可以與氣體混合器一起使用，從而實現(xiàn)更多的材料加工選項（圖1）。
輔助氣體選擇
混合這些輔助氣體在為不同材料創(chuàng)造最合適的環(huán)境上有優(yōu)勢。這是通過為現(xiàn)有氧氣和氮氣供應系統(tǒng)添加氣體混合器，然后將這種混合氣體供給機器，以形成可改善邊緣質(zhì)量和無浮渣處理的另一個解決方案。
例如，在激光鋁切割中，不進行二次去毛刺加工的話，其邊緣質(zhì)量是不可接受的。在切割工藝中引入少量氧氣，可以實現(xiàn)無浮渣纖維激光器鋁切割。混合氣體則可同時獲得以下的便利性：更高的切割質(zhì)量、保持可焊性以及粉末涂層應用毋須任何二次工藝影響。
添加氣體混合器也有利于中厚低碳鋼的切割。這個范圍包括11-量規(guī)7-量規(guī)、1/4英寸，以及3/8英寸材料，這些材料以往都是使用氧氣利用CO2激光器切割的，現(xiàn)在，利用高功率光纖激光器的優(yōu)勢，可以采用氮氣切割，采用混合氣體切割則更佳。如上所述，與傳統(tǒng)的纖維氮氣切割相比，進料速率可提高20-30％，同時輔助氣體消耗量減少70％以上。這種先進的切割解決方案是通過噴嘴技術(shù)、高氣體純度水平以及高流速來實現(xiàn)的。
如何選擇自動化系統(tǒng)
明智地選擇好自動化系統(tǒng)，對于讓整個解決方案更趨完善、并最大限度地提高平穩(wěn)運行時間是來說極其重要的。高速切割導致嵌套循環(huán)時間大大縮短，自動化的速度現(xiàn)在與先前的CO2循環(huán)時間相關(guān)性更高。在考慮最適合制造需求的自動化時，應該評估當前和未來的需求。最佳的自動化解決方案應該是一個靈活的系統(tǒng)。靈活的系統(tǒng)有助于配置出一個既能充分利用光纖激光器，同時又能擴展并提升業(yè)務的系統(tǒng)。
在早期包含激光的自動化單元中，循環(huán)時間超過3-4分鐘，并且自動化速度沒有當前那么大的影響。光纖激光器可以產(chǎn)生嵌套循環(huán)時間，這就要求自動系統(tǒng)在1分鐘之內(nèi)將下一張板材提供給激光器以備切割。為了實現(xiàn)這些快速的自動循環(huán)時間，要求系統(tǒng)同時執(zhí)行多個任務。
圖2：卸載先前已切割好的，同時拾取下一張，使激光器能交換切割托盤，并繼續(xù)處理。
例如，系統(tǒng)一邊從移動工作臺上卸載先前已切割好的，一邊從原材料堆棧中拾取下一張以便即時替換已卸載的。這使激光器能簡單地交換切割托盤并繼續(xù)處理，而不必等待自動化系統(tǒng)遞送下一張板材（圖2）。
材料存儲
另一個可以滿足您需求的自動化領(lǐng)域是材料存儲。您可能接受單個原料架嗎？您是否需要存儲多種材料以便按計劃通過光纖激光器？與不知道何時需要進行下一份加工訂單的生產(chǎn)車間相比，一家能夠預測未來生產(chǎn)需求的大型OEM制造商要回答上述問題通常更為容易。這兩種不同的情形可以通過相同的柔性自動化系統(tǒng)來處理。生產(chǎn)車間可能存在最基本的自動化需要，以便在非高峰班次的時候最大化生產(chǎn)，并且只需為激光器提供一個托盤的原料。
OEM制造商或者稍大的生產(chǎn)車間，可能會需要一個能隨時向激光器遞送多種材料的存儲系統(tǒng)。從一個具有靈活性的、可以隨時擴充的系統(tǒng)出發(fā)，可使企業(yè)有能力準備好應對將來可能出現(xiàn)的任何情況。
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