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David Larcombe 百超(Bystronic)英國分公司董事總經理 作為2.2至6千瓦CO2激光切割機及2至4千瓦的光纖激光器的生產商，位于英國考文垂的百超公司常常被問到這樣的問題：這兩種工藝各有哪些優(yōu)勢？分別適用于哪些應用？針對這一市場上普遍存在的疑惑，英國百超公司的董事總經理David Larcombe撰寫了此文，旨在對上述兩種工藝的優(yōu)劣勢進行闡釋。 Larcombe表示：“在客戶心中，這兩種工藝難分伯仲。我們在位于英國的兩個百超開放工廠內對CO2激光切割工藝和光纖激光切割工藝進行了比較、展示及現場測試，并以此作為重點議題，在客戶群中引發(fā)了熱烈的討論?！?/span> 在某次與客戶進行討論的過程中，Larcombe沒有簡單地強調理論，而是以用戶三年來的實際體驗為例進行分析，結果這一次僅僅在英國就一下售出了35臺光纖激光切割機。 光纖激光器 簡單地說，光纖激光器的原理就是通過二極管生成激光光束，然后以類似于數據傳輸的光纖光纜為介質，對光能進行引導和放大。放大后的激光光束在光纖光纜上經過準直或校直，最后通過光學透鏡在需要切割的材料上聚焦。 與傳統(tǒng)的CO2相比，光纖激光器的電光轉換效率是原來的兩倍；傳輸通過光纖光纜實現，不需要配備昂貴的光學透鏡。而且與傳統(tǒng)CO2激光器所不同的是，切割頭上會直接自帶聚焦鏡，不需要用戶額外配置耗材。 2010年，百超在英國首次推出了2千瓦光纖激光器，隨后迅速升級為3千瓦及4千瓦。有趣的是，3千瓦激光器成為最受歡迎的模塊，在英國售出機型中占60%。 這一點可以從性價比的角度得到解釋。當輸出功率更高，達到4千瓦時，光纖激光器的速度優(yōu)勢主要表現在切割厚度為6毫米至8毫米的中等厚度材料，如果非金屬材料，厚度通常也可以略微增加。因此，4千瓦機型僅僅對那些需要大量切割厚度在6至8毫米的材料，或是希望用一臺切割機就能應付所有可能的切割業(yè)務的客戶而言更為有益。 光纖激光器的優(yōu)勢主要在于： 1. 不同于傳統(tǒng)的CO2諧振腔或是盤式激光器，光纖激光器的激光光束在生成過程中無需移動配件或鏡片組件，從而減少維護需求，降低運轉成本。 2. 電光轉換效率大幅提高，顯著降低運轉成本。一臺3千瓦的光纖激光器，耗電量僅為平均輸出功率為4千瓦的CO2激光器的三分之一。 3. 在切割較薄的片材時速度更快。光纖激光器在對厚度為1毫米的軟鋼、鍍鋅鋼片或是不銹鋼進行直線切割時，速度是4千瓦CO2激光器的三倍。厚度增加為2毫米時也比原來快一倍。 4. 可切割高反材料，無需擔心背反射損壞機器。這使得光纖激光器可用于切割銅、黃銅及鋁制材料。 5. 保養(yǎng)周期延長50%，維護成本降低50%。
CO2激光器 與CO2激光切割工藝相比，光纖激光工藝的不足主要在于切割厚度超過5毫米的加厚材料時速度差強人意，而CO2切割機不僅在直線切割時速度更快，而且在切割開始階段沖孔所需的時間也短得多。此外，CO2工藝還有一個優(yōu)勢就是在切割加厚材料時，縫面更加平整。 在對那些采購光纖激光器和CO2激光器的百超英國用戶進行統(tǒng)計后，我們總結如下： 1. 在采購光纖激光器的用戶中，超過70%為分包商，剩下的一小部分才是代工工廠（OEMs）。這一點讓人出乎意料，因為光纖激光器的優(yōu)勢和不足都非常明顯，主要取決于所需加工的材料，所以我們通常認為OEMs應該會更傾向于選擇光纖激光器。而對于分包商而言，他們無法預計下一項工作是什么，以及所需加工的材料的厚度，所以從理論上來說，CO2激光器的適用范圍更廣，應該更有優(yōu)勢。 2. 在分包商中，只有31%是將光纖激光器作為單一的激光器，剩下的69%都配備了多種激光器，這樣用戶就可以根據需要選擇適合的機器。 3. 用戶決定采購光纖激光器的主要原因是在切割較薄的片材（厚度為1至2毫米，不超過3毫米）時，切割速度更快。 4. 選擇光纖激光工藝的另外一個重要原因是運轉成本低，耗電少。這一點對于那些用電量居高不下的工廠而言特別重要。 客戶體驗——FC激光器公司 位于英國伊肯斯頓（Ilkeston）的分包商FC激光器的董事總經理Danny Fantom表示，百超曾建議其對現有的4.4千瓦CO2激光器進行升級，補充一臺3千瓦光纖激光器（如圖3所示）。盡管Fantom一開始對這種功率更低的配置持懷疑態(tài)度，但他最終還是采納了百超的建議。 2個月后，Fantom驚喜地發(fā)現，光纖模塊加CO2模塊的新組合無論是在切割速度，還是在切割質量方面，均遠遠超過他的預期。Fantom說：“新組合的切割質量穩(wěn)定可靠，完全不需要調整，而且在大多數情況下，運轉速度比原來快一倍?！?/span> 光纖模塊加CO2模塊的新配置能夠幫助分包商確保加工質量及交貨時間，另外還有助于拓展銅、黃銅等新業(yè)務領域。 客戶體驗——Brattonsound工程公司 位于英國薩頓的Brattonsound工程公司用一臺2千瓦的光纖激光切割機替換了已經使用3年的2.2千瓦CO2激光切割機。Brattonsound的主要業(yè)務是切割燃氣取暖器和保險箱所用的厚度不超過2毫米的薄板。 新機器在實際生產中的性能 表現遠遠超過預期。有時切割速度甚至可以達到原來的三倍，平均值也能達到2倍。切縫質量與原來相當，但整體切割速度更快，質量也更均一。 正如所預料的那樣，新機器的運轉成本也較之前有所下降。因為光纖激光器為固態(tài)激光器，電光轉換效率更高，負載從原來的37千瓦降至16千瓦，僅為原來的一半略多。此外，新機器的切割速度是原來的兩倍。綜合考慮由此節(jié)約的電耗和切割氣體，每個工件的運轉成本可降低三分之二。 Brattonsound工程公司的GeraldTag表示，他們所遇到的唯一問題就是在更換機器之前，操作人員可以利用兩個切割作業(yè)之間的時間組裝零件，但是啟用新機器后這樣根本來不及。一旦材料上機，就會被立即切割，甚至等不到上一個零件拆卸下來。 客戶體驗——ICEE管理服務公司 位于英國滑鐵盧維爾（Waterlooville）的ICEE管理服務公司生產廠是金屬制造、包封產品及激光成型行業(yè)的領導者。2011年夏天，公司用體積相似的2千瓦光纖激光器取代了原來的CO2激光器。ICEE工程項目經理ChrisArnold解釋道：“ICEE在為一個長期客戶制造電氣外罩，一直要用到原來那臺2千瓦CO2激光器切割材料。” 完成該客戶的一個完整訂單，需要超過38小時，這樣就要占用機器整整一周時間，而且期間設置不能改動。在第一次使用光纖激光器時，操作人員竟然在周一就詢問生產經理下一步工作計劃是什么，因為過去要耗時一周才能完成的工作這次只用了6小時！ 這絕非偶然。在另外一個切割260孔2.6毫米銅板的項目中，每組切割時間僅為55秒！用Arnold的話說：“新機器簡直太快了！“ 客戶體驗——WEC集團 2013年1月，WEC集團在位于英國蘭開夏郡的Darwen工廠內安裝了一臺光纖激光電腦數控仿形機（如圖4所示）。結果表明，在加工厚度介于1.5到4毫米的不銹鋼板時，生產成本顯著降低。激光工藝部門總經理助理Gareth Taylor稱，某些材料的切割速度比原來快一倍。 不僅如此，新的光纖激光器用1.5米就能達到原來3米放電管的功率，可切割高反材料及熱導材料，比如說銅、黃銅等，而這是之前CO2激光器所無法做到的。由于這些材料的背反射很容易損壞CO2激光器的光學元件，所以光纖激光器還幫助WEC拓展了這項新的業(yè)務領域。在鋁材加工時，即使是很少量的回火，也會造成CO2激光器的透鏡及鏡片元件的損壞，但使用了光纖激光器后，只要鋁材的厚度在合理的范圍內，切割就不成問題。新機器甚至還能切割20毫米厚的軟鋼。此外光纖激光器還有一個好處就是不需要使用昂貴的激光氣體，耗電量也更低，有助于企業(yè)降低運轉成本，提高經濟效益。 由于WEC所處的地理位置在英格蘭西北部，那里是歐洲最大的航空航天產業(yè)集結地，因此WEC一直希望能夠拓展航空配件這一新的業(yè)務領域。現在WEC已經是非飛行配件的供應商，并且正在進行航空航天行業(yè)專用的AS9100質量管理體系認證。用百超光纖激光器進行切割作業(yè)，切縫質量高，熱影響區(qū)小，這對于WEC拓展航空航天業(yè)務極為重要。 WEC還經常遇到切割較薄的不銹鋼片材的業(yè)務，這也成為公司最終決定采購光纖激光器的主要原因。在激光切割行業(yè)累積了20余年經驗的Taylor說：“在加工厚度在1.5至4毫米的材料時，光纖激光器可顯著降低運轉成本。” Taylor表示，光纖激光器切割不銹鋼片材時速度快一倍。機器24小時不間斷運轉，70%的時間用于切割不銹鋼，而不銹鋼是一種能夠充分發(fā)揮光纖激光器優(yōu)勢的材料，所以很快就看到了回報。在另外30%的時間里，機器還可以用于切割高反材料，這是以前難以想象的。新的光纖激光器能夠幫助分包商拓展這一原來無法企及的業(yè)務領域。 3千瓦光纖激光器結構緊湊，約為10X6米，切割區(qū)域面積為3048 x 1524毫米，最大的同步定位速度為140米/分鐘，軸加速度可達12米/秒2。WEC所采購的模塊還包括一個用于小部件傳輸的傳送單元，以便從機器下方將小部件從工作區(qū)域傳送至裝載區(qū)域后方。 結論：光纖激光工藝VS. CO2激光工藝 根據目前百超的統(tǒng)計結果，傾向于選用新型光纖激光器的用戶大部分是分包商，他們可能是擅長切割薄板的企業(yè)，比如零售終端的鈑金件或是白色家電，也可能是那些已配備了CO2激光設備的企業(yè)，希望通過增加光纖激光器，對現有板材切割能力進行擴充。 |
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