經(jīng)常被問及：對于工業(yè)加工，光纖激光器和CO2激光器哪種好？更具體一點，則是：這兩種激光器到底有何長處和短處？光纖激光器可以替代CO2激光器嗎？
看似簡單的此問題，要說清楚未必是易事。
我們試從多方面、多角度為用戶提供完備的信息和持平的意見，以期收到釋疑解惑之效。
光纖激光器產(chǎn)生的激光（后文簡稱為光纖激光）的波長為1.06μm，CO2激光器產(chǎn)生的激光（后文簡稱為CO2激光）波長為10.6μm，均是紅外光，可被材料吸收，而應(yīng)用于工業(yè)材料加工。
切割是目前應(yīng)用最廣泛的激光工業(yè)加工技術(shù)。為方便起見，本文展開的討論均基于激光切割，除非另作特別說明。
兩種激光器的長短優(yōu)劣
作為用戶，先得了解光纖激光器和CO2激光器各自的死穴。所謂死穴，就是切割加工的盲區(qū)。避開了死穴（盲區(qū)）后，再爭短競長，選定適合需要的那一款。
光纖激光器的死穴
光纖激光不能切割非金屬，包括木材、塑料、皮革、棉麻織物等。如果需要加工的工件材料恰是非金屬，那么光纖激光器只能落選，而非CO2激光器莫屬。
汽車內(nèi)飾件大多為非金屬材料，采用高精度機器人＋CO2激光器的加工系統(tǒng)，對其空間曲面進行切割，這樣的加工系統(tǒng)需解決激光束在機器人各關(guān)節(jié)間的傳輸難題。
光纖激光也不能切割表面有覆蓋層的材料，如普通覆膜不銹鋼、有防銹涂料的特種鋼板等。有用戶對此注意不夠，而選擇光纖激光器，不得不將普通覆膜的不銹鋼外發(fā)切割加工。如要采用光纖激光專用覆膜，則成本升高。
CO2激光器的死穴
CO2激光不能切割銅材，包括黃銅、紫銅。如果需要切割銅材，只有光纖激光器夠格。
對于CO2激光來說，銅材屬于高反射性材料，激光幾乎全部被反射而不被吸收；反射光返回激光器，造成危害。
CO2激光對鋁合金的反射率也較高。安裝背反射隔離器，可有效保護CO2激光器，從而可安全切割鋁合金。
我們且從使用成本、切割速度、穿孔效率、斷面質(zhì)量等方面，讓兩種激光器來爭短競長。
使用成本
這里，為方便對比兩種激光器的成本差別，僅計算電力、耗材、介質(zhì)氣體三部分構(gòu)成的成本，這三部分的成本，兩者是不同的；人力、折舊、場地、切割氣體等，對于兩種激光器來說，成本相同，故不計算。
兩種激光器均需耗費巨量電力。光纖激光器電－光轉(zhuǎn)換效率約30％，CO2激光器約10％。以3000W激光器而論，光纖激光器耗電約10kW電力，而CO2激光器耗電約30kW。以電價1元/度、占載率70％計，則成本分別為7元/小時、21元/小時。
另外，由于效率不同，所以，兩種激光器所產(chǎn)生的熱量不同，需要的水冷機的規(guī)格（制冷量）也不同。光纖激光器需要的水冷機的耗電量為13kW，CO2激光器需要的水冷機的耗電量為18kW。以電價1元/度、占載率70％計，則成本分別為9元/小時、12.8元/小時。
在日常使用過程中，采用光纖激光器的切割機（后文簡稱光纖切割機）需耗費的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、保護鏡等，成本約3元/小時。
另外，據(jù)4年來的統(tǒng)計，激光模塊和擴束鏡有其使用壽命，從而分別產(chǎn)生約4元/小時、1元/小時的成本(特別說明，ROFIN光纖激光器需更換的最小單元是半導(dǎo)體模組，成本約1元/小時)。
采用CO2激光器的切割機（后文簡稱CO2切割機）需耗費的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、反射鏡等，成本約2.5元/小時。
光纖激光器無需介質(zhì)氣體；CO2激光器需使用介質(zhì)氣體才能產(chǎn)生激光，成本約1元/小時。
另外，CO2激光器每3000小時進行常規(guī)點檢，每6000小時進行深度點檢，發(fā)生約2元/小時的成本。
典型的光纖激光器應(yīng)用系統(tǒng)
綜上，光纖激光器使用成本約24元/小時，CO2激光器則約為38.3元/小時,相差14.3元/小時。按每天使用10小時計，則每天成本差為143元。
市場上關(guān)于兩種激光器的使用成本的差別的說法，有些夸大。
附帶提一下，光纖激光的傳輸介質(zhì)為光纖，光束封閉于光纖內(nèi)，“曲線傳播”，不受外界環(huán)境影響。CO2激光傳輸介質(zhì)為空氣，直線傳播，靠反射鏡改變傳輸方向，易受外界環(huán)境影響，可能需要對這些反射鏡進行維護，從而稍稍增加使用成本。
切割速度
切割速度、穿孔效率、斷面質(zhì)量等方面構(gòu)成激光切割效能，是評價激光器（機器）的綜合性指標。
光纖激光器切割薄板有優(yōu)勢，尤其是厚度3mm以下者，優(yōu)勢明顯，相對于CO2激光器，最大切割速度比值可達4:1；而6mm是兩種激光器優(yōu)勢互換的臨界厚度。切割厚度＞6mm的板材，光纖激光無優(yōu)勢；隨著厚度的增加，CO2漸顯優(yōu)勢，但并不顯著。
總的說來，切割速度方面還是光纖激光器有優(yōu)勢。
穿孔效率
激光束對工件開始切割前，需穿透工件。光纖激光的穿孔時間明顯比CO2長。
還是以3kW 光纖激光器和CO2激光器為例。對于厚度為8mm的碳鋼，后者比前者少1秒鐘；10mm時，后者少2秒；隨著厚度的增加，CO2激光器在穿孔方面的優(yōu)勢愈益顯著。
以每天穿孔2000次、每次穿孔時間差3秒鐘計，則每天穿孔時間差為6000秒，約合1.7小時。
CO2激光器因較高的穿孔效率，每天可縮減1.7小時的機器使用時間。即使采用較保守的數(shù)據(jù)，計入人工（30元/小時）、設(shè)備折舊（25元/小時）和場地（2元/小時）費用，節(jié)省的成本有（CO2激光器）：
1.7×（30＋25＋2＋38.3）＝162（元）
典型的CO2激光器應(yīng)用系統(tǒng)
斷面質(zhì)量
斷面質(zhì)量通常指粗糙度（光潔度）、垂直度。
切割3mm以下厚度的鋼板時，光纖激光切割的斷面質(zhì)量（粗糙度和垂直度）略差于CO2。隨著厚度的增加，斷面質(zhì)量的差異愈益明顯。
厚度≥3mm的不銹鋼，光纖激光切割的斷面呈磨砂狀，而CO2呈光亮狀。
厚度為16mm的碳鋼，光纖激光切割斷面的垂直度遠差于CO2，前者為0.4～0.5mm，后者可達0.1mm。
另外，碳鋼板對光纖激光能量吸收率高，在切割小孔（孔徑≤板材厚度）時，反而是個缺點，切割質(zhì)量較差。
順便指出，激光切割的精度與采用何種激光器無關(guān)，而與機器定位精度、重復(fù)定位精度、切縫寬度的一致性有關(guān)。光纖激光切割的切縫窄，CO2的切縫稍寬。但切縫的寬窄不影響零件的精度，因為通過割縫補償功能，可以抵消切縫寬度。
光纖激光器和CO2激光器究竟哪種好
有了以上數(shù)據(jù)，不難得出一個合乎邏輯的結(jié)論，從而作出理性的選擇。
不能籠統(tǒng)地講是光纖激光器好，也不能籠統(tǒng)地講是CO2激光器好。應(yīng)該基于特定的應(yīng)用進行分析、判斷。
|
序號 |
應(yīng)用需求 |
光纖激光器 |
CO2激光器 |
|
1 |
切割非金屬 |
完敗。 |
完勝。 |
|
2 |
切割銅材 |
完勝。 |
完敗。 |
|
3 |
切割鋁合金 |
有優(yōu)勢。 |
無優(yōu)勢。 |
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4 |
切割厚度≤6 mm的黑色金屬 |
有優(yōu)勢：成本低，速度快。 |
無優(yōu)勢：成本高，速度慢。 |
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5 |
切割厚度＞6 mm的黑色金屬 |
無優(yōu)勢。切割速度與CO2激光器不相上下。斷面質(zhì)量、穿孔效率均劣于CO2激光器。 |
有優(yōu)勢：切割速度略快于光纖激光器；斷面質(zhì)量好；穿孔效率高，所縮減的時間可抵消其高出光纖激光器的成本而有余。 |
我們看到，光纖激光器與CO2激光器在面對特定應(yīng)用需求時各有其優(yōu)勢和弱勢。目前和今后一段時期內(nèi)，光纖激光器和CO2激光器不能互相替代，而只能共存互補。徑向偏振CO2激光器的技術(shù)進展值得注意，可能在薄板切割方面縮小與光纖激光器的差距。
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