三维激光切割机的发展现状及趋势分析

 新闻资讯     |      2022-06-16 15:35
激光切割是激光加工领域中应用最早、使用最多的应用技术,占整个激光加工领域的70%以上,激光切割机在机械、汽车、航空航天、轻工纺织、食品医疗等行业应用广泛。传统的激光切割平面切割为主,随着激光切割技术的发展,自由曲面三维工件的加工逐渐成为可能。从1979年世界上第一台五轴CO2激光切割机在Prima公司问世以来,三维激光切割机即以柔性强、精度高、工装设备需求少、生产准备时间短等优点受到诸多青睐,目前广泛应用于汽车、机械制造、航空航天等领域对三维工件有加工需求的生产中。

三维激光切割机的发展现状及趋势分析
 
一、三维激光切割机的种类
为保证加工质量并高效利用激光束能量,三维激光切割过程中,切割头在沿预设的空间轨迹运动的同时,其激光光轴须始终与被切割工件表面垂宜。因此,三维激光切割机通常至少需要具有5个轴,即三个直线运动轴(X、y、z轴)和两个旋转轴(A'B'C轴中的两个)。目前,商业市场的三维激光切割机有龙门式和机器人式两种基本结构。前者通常由床身或工作台提供X、y、z轴直线运动,切割头提供其余两轴旋转(或摆动)运动;后者采用光纤传输(或内含反射镜的关节臂)与机器人连接,实现三维激光切割。
 
大功率激光器是激光切割设备的关键配件,根据使用激光器的种类不同,三维激光切割机通常也分为光纤激光切割机、CO2激光切割机和YAG激光切割机三类。目前,商业市场的三维激光切割机以光纤激光切割机和C02激光切割机为主。
 
二、国内外研究现状
1、三维光纤激光切割机
相比CO2激光切割和YAG激光切割,光纤激光切割在切割效率、光电能转换效率、光路结构、维护成本、切割精度等方面均具有_定的优势,近些年来,光纤激光切割机发展迅速,已逐渐取代传统的co2激光切割机,成为新的市场主流。目前,国外生产三维光纤激光切割机的知名厂商主要有德国Trumpf公司,意大利PrimaPower公司,美国PREISER公司,以及日本小松公司、NTC公司、小池公司‘Mitsubishi公司、AMADA公司和MAZAK公司。
 
我国工业激光的起步较晚,商品化的激光切割机技术的研究与发达国家相比有较大差距。随着国家将激光加工技术列入重点科技攻关项目,国内兴起了一股热潮,越来越多的企业及科研院所开展了相关技术的研究。目前,国内已有大族激光、华工激光、楚天激光、百超迪能、济南金威刻、镭鸣激光等多家企业推出了三维光纤激光切割机产品。
 
目前,在主要技术指标方面,国产三维光纤激光切割机产品与国外主流产品相差不大。
 
 
2、三维CO2激光切割机
C02激光切割机目前常用于厚度不超过12mm的不锈钢和厚度不超过25mm的非金属材料的加工,在汽车内外饰工件以及其他行业的非金属件的切割加工中有比较广泛的应用。目前,国外生产C02激光切割机主要厂家有德国Trumpf公司,意大利PrimaPower公司,以及日本小松公司、NTC公司等。
 
目前,国内CO2激光切割主要应用于二维切割机产品,暂未有产品化的三维CO2激光切割机产品。
 
三、发展趋势
1、高功率化。提高激光器的功率可提高加工能力和效率,降低加工成本。随着激光器成本的下降,三维切割机主流产品的功率已由几年前的2kW、3kW提升至4kW、6kW,现在也已出现了万瓦级产品,相信未来几年,万瓦级产品将成为市场主流。
 
2、高速高精度。提高定位速度和定位精度有助于提高机床加工效率、满足工程机械及其他高附加值产品的性能要求、提升产品竞争力。目前,切割机主流产品的定位速度为100m/min,而高速切割机的定位速度最高可达280m/min。
 
3、智能化。操作的自动化、智能化是工业4.0、智能制造的要求。越来越多的企业注重机床的智能化,如开放式系统、自动排料、自我故障诊断、工艺数据的智能管理、远程控制等。
 
4、功能多样化。拓展机床的加工范围可增大机床的柔性和适应能力,进而提升产品的竞争力。国外不少先进三维切割机产品具有较宽的工艺范围,满足多类焊接、切割加工的需要。
 
在我国工业领域从传统加工向高端制造转型的大背景下,激光切割行业将保持高速发展的趋势。未来三维激光切割机将向高功率化、高速高精度、智能化、功能多样化等方向发展。目前,与德国、日本、意大利等发达国家相比,我国无论在三维激光切割机产品方面,还是在激光切割头、高功率激光器等核心零部件方面,亦或在激光切割机理研究、高性能数控系统研发等关键技术领域,均存在较大差距,需要科技人员不断进行深入研究。