日前，來自德國薩克森州和以色列科學家組建的一支研究團隊正在Fraunhofer IWS聯合測試一種用于工業加工的新型激光器。該系統基于“相干光束集成”（Coherent Beam Combining）方法，這對于現在的高功率激光器而言是全新的。
這臺13kW激光器可以在運行過程中快速產生不同的能量分布模式，從而能夠非常精確和快速地加工材料。研究團隊希望這項技術最終推廣至全球激光器供應商，并讓行業分享成果。
■動態光束激光器近照
Fraunhofer IWS的這臺“動態光束”（Dynamic Beam）激光器，是以色列科學家最新的創新成果。研究所也是世界上首個采用該激光解決方案的研究機構。研究團隊與項目合作伙伴Civan Lasers公司，希望在測試中拓展更多新的應用場景。
“新型激光器將推動材料加工的極限，例如在醫療技術和航空航天領域，”Fraunhofer IWS研究所切割和連接技術領域負責人Andreas Wetzig博士對此談到。
快一千倍
以色列Civan Lasers公司的“動態光束”激光器將數十個單獨的光束組合成高質量的強大激光束。通過部分光束中波谷和波峰的小相移（光相控陣），激光器可以在激光束中快速生成不同的能量分布模式，而典型激光器僅在光束中心聚焦能量。新激光器系統可在工件上產生例如環形、八字形或馬蹄形的能量聚焦模式。
要想達到新系統同樣的能量分布模式，過去往往需要通過光束偏轉光學器件或快速振蕩反射鏡實現。但即使是最快的振蕩反射鏡，仍然需要幾毫秒時間重新調整激光束的能量模式。研究團隊的測試內容包括評估將動態光束整形用于金屬增材制造的可能性。作為“ShapeAM”項目的一部分，研究人員測試新激光器系統以實現材料特性的改進。
■研究團隊成員正在對新型激光器進行測試
具體而言，研究團隊的目標是鈦、鋁合金的增材制造，這些材料將應用于空間部件、植入物和移動輕質部件。測試過程中，Civan Lasers公司計劃使用動態光束整形技術消除工藝加工中可能出現的缺陷，從而獲得更高質量的3D打印效果。公司首席執行官Eyal Shekel博士表示，“ShapeAM項目使我們能夠探索動態光束整形在金屬增材制造中的優勢。”
德國與以色列的合作交流
該聯合項目有望發展成為以色列和德國之間的科學交流。測試結束后，Fraunhofer IWS將把測試結果傳回給耶路撒冷。此外，研究所還計劃臨時向以色列派遣交換科學家。作為回報，Civan Lasers公司專家可以在激光實驗室進行其他測試。
■13kW激光器可以在運行過程中以數千倍的速度生成能量分布模式
聯合測試旨在確定“動態光束”激光器的可能性和局限性。最初，研究團隊計劃使用各種光束輪廓、材料和工藝進行基本測試。之后他們將評估新系統的具體應用，例如難以加工的材料和材料復合材料切割、連接或增材制造。
“動態光束”使加工速度翻倍
可以預見的是，新型激光器在增材和連接工藝中將實現不熔池表面和熔池深度的快速精確控制。研究團隊期待在無毛刺切割和高邊緣質量方面，新型激光器能繼續顯現出激光切割的優勢。他們估計，與傳統光纖激光器相比，“動態光束”激光器的加工速度可以提升兩倍。
無論如何，一旦新型激光器測試成功，將預示著這項技術有望在未來的金屬加工、醫療技術、電動汽車以及航空航天工業中有著廣闊的應用前景。
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