高功率、高亮度光纤镭射器使近程镭射扫视(RLS)利用飞速开展。相比其余手艺，RLS存在更强的机动性跟更快的加工速率，而且极大水平的缩短了大尺寸工件的加工周期。
那么，高亮度（光束参数乘积[BPP]<1.5 mm-mrad）光纤镭射器是若何在近程镭射扫视利用中施展其机能上风的呢？
因为特别的光学机能，恩耐高亮度光纤镭射器可以使体系集成商完成近程加工，无效晋升近程加领班在功课中的保险性。而且经由过程与疾速定位光束的扫视头相联合，恩耐曾经胜利完成了对于铝、铜等高导热金属，以及新型、轻质碳纤维复合资料的近程镭射切割、刻蚀与焊接。
高亮度光纤镭射器
传统光纤镭射器采纳光纤耦合手艺将多束镭射输出耦合在一同，招致输出镭射的亮度更低。而恩耐nLIGHT alta
TM新一代光纤镭射器采纳了翻新型架构，经由过程将泵浦二极管跟驱动器归并在自力的泵浦模块中，增益光纤装置在可设置的增益模块中，能够输出8kW 以上的镭射功率。增益模块基于新鲜的主振荡器/功率缩小器 (MOPA) 设计，能够完成高亮度镭射输出（图 1）。别的，恩耐镭射器还采纳了牢靠的集成式返射断绝器来维护一切模块免受返射光的影响，能够对于高反资料进行满功率、不间断、波动的加工。这两项手艺翻新在RLS 利用中起到了至关首要的作用。
图1：nLIGHT altaTM新一代光纤镭射器的高亮度机能。
RLS 体系的设计要害在于扫视头的工作间隔、焦斑尺寸以及扫视范畴。使用高亮度光纤镭射器的一家利益便是它可以增大工作间隔跟扫视范畴，同时可以取得更小的焦斑尺寸，以进步焊接速率跟增大焊接熔深。表中所列的两个商用RLS 扫视头产物（SCANLAB IntelliWELD 跟 IntelliSCAN）展现了更高亮度镭射的利益（50μm 光纤芯径）。今后例能够看出，扫视头工作间隔能够添加 50% 以上，同时焦斑尺寸能够放大14%。nLIGHT 镭射器能够提供功率高达 8kW 的高亮度输出。
近程镭射焊接
焊接解决方案的取舍对于于每个利用来说都是一家繁杂的问题。普通来说，短焊缝数目越多，而且散布在较大的面积上（例如门、座椅构造以及汽车总成的车体部件）。相比固定光学头焊接，近程镭射焊接（RLW）的上风也更大。恩耐曾经有采纳RLW 手艺后加工周期缩短高达 50% 的案例。图 2 为局部示例，个中的焊接需求因 RLW 体系而受益。示例同时涵盖了高密度焊缝焊接、精细焊接 (a, b) 以及存在多条焊缝的大尺寸构造焊接等情形。尤其是咱们从 (c) 中看到，此部件的局部焊缝从顶板不断延续到底板。这品种型的构造采纳传统焊接头进行焊接并不容易完成。
图2. 汽车总成须要将一组管子的末了焊接到一家较大的构造 (a)。(b) 例所示为大型（约 30 × 60cm）汽车座椅构造，这是一家多层构造，要求在顶部进行焊接，并经由过程孔焊接到部件的底层 (c)。
别的，RLW 能够为焊接工艺节制提供良多卓越功用，例如，假如须要使焊接点在焊接区域内进行摆动，或加工进程包括繁杂的焊接外形（圆形，C形等），采纳扫视方式的加工速率跟精度会比使用机械人进行小幅度高速活动的后果更好。RLW 扫视头的扫视速率能够到达每分钟90至180m，而传统机械人的活动速率最大只有约 10m/min。
高亮度光纤镭射器加工高导热资料时，最好是采纳小光斑，以坚持焊接小孔的波动，但此加工方式可能会使加工进程过于激烈，发生大批焊接飞溅。试验证实，高亮度镭射器合作近程扫视头的高速定位，显著减少焊接飞溅，这是经由过程光束摆动确保焊接小孔波动来完成的。图 3 标明，焊接铜、铝时，假如不使用光束摆动模式，焊接飞溅将会很严峻。一旦采纳高频摆动光束，焊接飞溅就会减少。别的，恩耐镭射首创的抗高反手艺在此利用中也不行或缺，经由过程装置一家维护安装，防止设施遭到返射光的损伤。加工铜跟铝这类高反射金属时，返射光是不行防止的，传统镭射器因为对于返射光的自然敏理性，可能会招致加工不波动跟立坏性主动关机，以至报废。
图3. 无光束摆动 (a) 跟有光束摆动 (b) 的纯铜焊接飞溅情形察看成果，摆动优化显示无焊接飞溅 (c)。(d-f) 所示为对于铝材进行光束摆动利用的后果，焊接飞溅减少。（图：德国德累斯顿 Fraunhofer IWS 以及 SCANLAB）。
联合扫视头的高速率跟镭射器的高亮度，恩耐完成了以高达42m/min的速率焊接铜跟铜合金，同时保障了良好的焊接品质跟焊接熔深（图 4）。
图4.以高达 42m/min的速率构成的铜（99.95% 铜）焊缝。
加工碳纤维加强复合资料
光纤镭射器的高亮度合作高速扫视存在分明上风的另一利用是碳纤维复合资料（CFRP) 的切割、3D 成形以及钻孔。碳纤维复合资料 - 也称为碳纤维层压资料，普遍利用于汽车轻量化，是时下更节能跟保险的新一代制作资料。碳纤维复合资料是以高纯度碳纤维编织层与软化复合资料（如环氧树脂）粘合，十分稳固坚挺。
现在，在交通对象领域，尤其是航行器跟汽车行业，都有轻量化的需求，这对于减少能耗与 CO2排放等可连续开展策略都存在深远的意思。大规模制作市肆（例如汽车）越来越须要疾速而低本钱制作工艺，包含碳纤维复合资料成型、衔接跟切割工艺。长纤维复合资料的机器切割工艺会使机械对象遭到磨损，从而必需经由过程切割对象的频仍调换以坚持部件的精度，添加了加工周期与制作本钱。别的，机器加工通常要求用水来冷却部件，并带走碎屑，减少粉尘。在切割后，为了加重水对于部件的影响，还须常常对于部件进行干燥，延伸了整个制作流程工序。水射流切割的另一家挑衅是须要繁杂的水管路。镭射手艺为碳纤维复合资料加工提供了无磨损、无外力跟无水的加工工艺，而且速率快、主动化水平高，易如反掌地解决了碳纤维复合资料机器切割的一切有余。
图5.单向 (UD) 碳纤维加强复合资料 (CFRP) 刻蚀，UD CFRP 切割边沿品质显示十分少的热影响区域 (a)，CFRP织物刻蚀与切割实例 (b) 以及CFRP织物样本刻蚀各步缩小图像 (c)。
图 5 所示为各类采纳高亮度持续波(CW) 光纤镭射器完成碳纤维复合资料高速加工的实例。第一家案例展现了单向 (UD) 碳纤维复合资料的刻蚀工艺，纤维方向与刻蚀方向成45°。在此案例中，采纳3kW nLIGHT 光纤镭射器以 15m/s的扫视速率在30×30mm的方形区域内刻蚀深度170μm。能够看到刻蚀区域的边沿很锋利，刻蚀名义并未遭到热效应伤害。在这家2mm厚度的样品上，即便基体资料的刻蚀厚度到达1.1mm 时，反面温度也坚持在110℃以下。这家成果是近程镭射扫视体系经由过程联合使用小光斑镭射源跟高速定位与格局天生完成的。在以6m/s速率切割相似的单向碳纤维复合资料时，能够失去杰出的边沿品质，简直不会发生热影响，且无残留纤维（图 5a）。碳纤维复合资料织物（图 5b 与 5c）的切割与刻蚀也能失去同样的后果。在该案例中，样品是分步刻蚀的，其边沿也很清洁，且冒有受热影响的情形。
论断
新一代光纤镭射器正在千瓦级资料加工领域掀起一场反动。凭仗其奇特的架构，nLIGHT alta
TM提供了业内最高亮度的千瓦级镭射器。这样的机能联合高速扫视体系，能够完成此前难以企及的加工速率与利用。抗高反手艺能完成对于高反射资料的满功率、不间断焊接，同时确保取得持续、波动的焊缝品质。将高亮度镭射器与扫视体系联合用在碳纤维复合资料的切割跟刻蚀能够完成高速率、高品质的加工，且热影响极小，鼎力推进了卓越新资料加工手艺的开展趋向。
申谢
nLIGHT alta
TM是 nLIGHT 的牌号。
作者对于 Fraunhofer IWS（德国德累斯顿）、SCANLAB AG、Blackbird Robotersysteme GmbH 以及 Laser Zentrum Hannover e.V. 表现感激。
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