進(jìn)口半導(dǎo)體激光熔覆設(shè)備概述從目前的激光熔覆應(yīng)用來看，國外的激光進(jìn)口設(shè)備占據(jù)中國市場的份額并不高，絕大多數(shù)還限于國內(nèi)高校和科研院所使用，以下對三種國外進(jìn)口激光熔覆設(shè)備進(jìn)行概述。一、Laserline公司產(chǎn)品德國Laserline公司成立于1997年，總部位于德國MuelheimKaerlich，生產(chǎn)車間4300平米，員工85人，主要從事光纖耦合高功率半導(dǎo)體激光加工系統(tǒng)的生產(chǎn)和制造。應(yīng)用為激光焊接釬焊、表面處理和激光熔覆。該公司的產(chǎn)品主要為高功率光纖耦合激光器，激光器輸出的激光通過一根光纖耦合后輸出至激光加工頭，光纖的芯徑為200、300、400、600、1000、1500微米。型號(hào)LDF-2000LDF-4000LDF-6000LDF-10000LDF-15000功率W2000400060001000015000光纖芯徑口m4006004006001000焦距mm150150150150150光斑mmF=150mm0.30.450.60.91.5

激光熔覆需要配置的設(shè)備為激光器本體、工作光纖、加工頭。該公司用于激光熔覆的激光光斑直徑l-6mm,正圓形，熔覆速度5mm/s,光斑面積為正圓形適合于激光立體成型，將由于激光光斑各向異性造成的影響減小到最低，但不是適用于大面積激光熔覆，對于表面較大的軸類工程零件在處理效率上還需增大光斑面積。Laserline公司產(chǎn)品目前由中國科藝公司進(jìn)行代理銷售，在中國目前還沒有獨(dú)立的子公司運(yùn)行，主要客戶主要為高校及研究院所。由于激光器輸出的光束依靠光纖傳導(dǎo)，因此需要購買額外的激光加工頭與工作光纖進(jìn)行連接，因此光纖的損傷就成為激光熔覆過程中的脆弱瓶頸，這種高功率的傳能光纖目前我們國家還不能生產(chǎn)，因此更換損傷的光纖還需要從國外進(jìn)口，每只光纖的價(jià)格大約為5萬人民幣左右。Laserline目前在中國的主要市場不是在激光熔覆領(lǐng)域，而是在激光釬焊領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，激光釬焊不存在長時(shí)間的連續(xù)大功率激光輸出，因此將光纖損傷的概率較小。在德國的汽車生產(chǎn)線上使用Laserline進(jìn)行白車身焊接的企業(yè)很多，在我國上海一汽大眾生產(chǎn)線上使用的也是該公司產(chǎn)品，但每年仍需支付高昂的光纖更換費(fèi)用。Laserline公司產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于在激光焊接方面實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，且在全球各大汽車制造商形成了穩(wěn)定的客戶群。不足之處在于，聚焦后光斑面積較小，適用于激光焊接，不適用于大面積激光熔覆使用，且光纖耦合傳輸增加了使用和后期維護(hù)成本對于熔覆過程中所涉及的工藝問題，Laserline公司一般不提供相關(guān)的熔覆工藝，僅對設(shè)備本身負(fù)責(zé)。二、DIALS公司產(chǎn)品DILAS公司成立于1994年,總部位于德國美因茲，員工200人，主要從事高功率半導(dǎo)體激光芯片的封裝、半導(dǎo)體激光器件和系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)。DILAS公司于2011年正式推出工業(yè)級(jí)半導(dǎo)體激光器，用于工業(yè)焊接、熔覆。OILASThediodelasercompany.目前DILAS在國內(nèi)用于激光加工的激光器型號(hào)為DL020R，該激光器不配備激光電源及水冷系統(tǒng)，其他額外的系統(tǒng)需要客戶自己進(jìn)行配置。

DILAS激光器在設(shè)計(jì)方面采用直接輸出的方式而不是采用光纖DILAS激光器在設(shè)計(jì)方面采用直接輸出的方式而不是采用光纖傳輸，省去了由于光纖損傷造成的成本，由于激光器的體積較小，因此可以直接置于機(jī)床或機(jī)械手終端進(jìn)行激光加工。12?12?該產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)如下：輸出功率W2500穩(wěn)定性%±2波長nm980±10光斑大小mm23*15工作距離mm360±10工作溫度。C15-42工作濕度%5-50可承受最大加速度g0.5尺寸mm410*220*237重量kg20主要原理為半導(dǎo)體激光堆棧合束后的整形輸出。進(jìn)行激光加工時(shí)需要增加激光加工頭，該部分費(fèi)用不在激光器系統(tǒng)之中，客戶根據(jù)自己的需要自行配置。統(tǒng)之中，客戶根據(jù)自己的需要自行配置。激光光斑大小為3mm*3mm,圓形光斑，最大工作電流70A,電壓80V。DILAS設(shè)計(jì)有可更換的鏡頭來改變光束形狀,但需要額外支付費(fèi)用,不同的光束形狀對應(yīng)不同的光學(xué)鏡頭,將原始圓形光斑變換為方形光斑,光斑最大面積為6*12mm。DILAS激光設(shè)備采用直接出光進(jìn)行加工,避免了光纖更換造成的成本增加是與Laserline激光器相比進(jìn)步的地方,同時(shí)具備光束變換功能,使用大光斑增加激光表面處理的效率。不足之處在于DILAS激光器不配備電源、水冷及控制系統(tǒng),需要由客戶進(jìn)行配置,對于不熟悉激光系統(tǒng)的客戶來說造成了很大的麻煩同時(shí),對于直接出光使用的半導(dǎo)體激光器,DILAS激光器沒有防反射的措施,對于長時(shí)間的熔覆工作容易造成反射光對激光器的損傷,使用時(shí)需要傾斜使用。三、 Coherent（相干）公司產(chǎn)品相干公司成立于1966年，總部位于美國，是專門從事科研、醫(yī)療方面的激光器制造商。2006年在北京成立子公司，面向國內(nèi)高校及科研院所提供科研級(jí)別的激光系統(tǒng)。該公司在超快激光器方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢，該類型激光器主要用于物理及生物了理論研究。相干公司推出工業(yè)級(jí)激光器于2008年左右，型號(hào)為Highlight系列半導(dǎo)體激光器，主要用于激光表面處理和激光熔覆。用于激光表面處理及熔覆的半導(dǎo)體激光器分為HighlightD系列和Highlight4000L系列兩種半導(dǎo)體激光器，分別介紹如下：1、HighlightD系列半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光系統(tǒng)由激光頭本體、系統(tǒng)控制單元、光束聚焦系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)光束變換得到不同形狀的光斑實(shí)現(xiàn)大面積的激光熔覆處理，不同的光束聚焦變換系統(tǒng)對應(yīng)不同的光束光斑尺寸，需要額外另行訂購。

主要參數(shù)如下：型號(hào)8000D6000D4000D2800D功率W8000600040002800波長nm975±10穩(wěn)定性％±2最大光斑mm1*121*121*121*12工作距離mm275電壓V400/460電流A100/8080/6060/5050/40工作溫度。C5-45工作濕度％10-80尺寸mm283*190*2012、Highlight4000L半導(dǎo)體激光器整機(jī)系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器、電控柜組成，最大光斑面積1*12mm，主要以連續(xù)方式進(jìn)行工作，但工作距離較短，適用于表面硬化，不適用于激光熔覆，粉末輸送的飛濺會(huì)導(dǎo)致激光器鏡頭的炸裂。該系列激光器的參數(shù)指標(biāo)如下：型號(hào)Highlight4000L功率W4000波長nm810±10光斑尺寸mm1*12工作電壓V208三相工作電流A70A工作溫度。C15-35工作濕度％5-65尺寸mm226*185*140激光器重量KG7.3相干半導(dǎo)體激光器優(yōu)點(diǎn)在于直接出光使用，自由空間傳輸，無需光纖耦合，機(jī)頭體積小巧，方便安裝于機(jī)床或機(jī)械手終端，可實(shí)現(xiàn)寬光斑的輸出滿足激光加工對效率的追求。不足之處在于激光器工作距離較短，沒有放射光的保護(hù)單元，長時(shí)間高功率出光容易引起激光器的損傷。相干公司作為科研級(jí)別激光器的研發(fā)制造商，對于工業(yè)級(jí)激光器的開發(fā)尚屬首例，對于相應(yīng)的激光加工工藝問題不對用戶負(fù)責(zé)。四、通快(TRUMPF)公司產(chǎn)品通快公司成立于1923年，總部位于德國斯圖加特市的迪琴根(Ditzingen),主要以經(jīng)營數(shù)控機(jī)床、工業(yè)激光加工設(shè)備為主，在鈑金設(shè)備、數(shù)控設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備激光設(shè)備制造方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢，尤其在數(shù)控折彎及沖壓設(shè)備方面有較大的名氣，醫(yī)療設(shè)備中的多功能手術(shù)床、手術(shù)無影燈、醫(yī)用吊塔以及一些核磁共振的配套部件具有先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢，迄今為止，TRUMPF通快集團(tuán)的業(yè)務(wù)已經(jīng)涵蓋了幾乎全部歐洲、北美洲、南美洲、亞洲及非洲等諸多國家，并在全球建立了40個(gè)子公司和分支機(jī)構(gòu)。通快公司于2000年開始在中國進(jìn)行投資，先后成立了位于北京的通快華嘉（北京）有限公司和位于香港的通快華嘉（香港）有限公司，主要推廣CO2激光平面鈑金切割設(shè)備和燈泵浦的YAG激光焊接設(shè)備，并在江蘇太倉建立了鈑金加工基地。在國內(nèi)的CO2激光鈑金切割市場占據(jù)主要地位，設(shè)備安裝已超過2000臺(tái)。鑒于半導(dǎo)體激光器在金屬材料加工領(lǐng)域的優(yōu)勢，通快公司對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了研究開發(fā)，于2011年推出樣機(jī)，尚未在全國范圍內(nèi)大面積推廣，主要為Trudiode系列半導(dǎo)體激光器。I匚一該系列半導(dǎo)體激光器主要為光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，結(jié)構(gòu)與Laserline公司產(chǎn)品類似，如下圖所示，在一個(gè)較大的控制柜內(nèi)集成激光電源、水冷、控制系統(tǒng)，由光纖將激光光束輸出。該系列激光

器輸出功率范圍涵蓋800-3000W，主要應(yīng)用方向?yàn)榻饘俸附?、釬焊、熱處理及表面相變硬化及熔覆。Trudiode系列各半導(dǎo)體激光器的參數(shù)如下表所示：TruDiode804TruDiode1006TruDiode2006TruDiode3006波長nm900-1030900-1030900-1030900-1030功率W800100020003000光纖芯徑卩m400600600600穩(wěn)定度％±1%±1%±1%±1%冷卻水溫度。C5-205-205-205-20尺寸mm980*1150*7151460*1255*7301460*1255*7301460*1255*730根據(jù)不同的激光加工應(yīng)用以半導(dǎo)體激光器為核心構(gòu)建激光加工單元，分為機(jī)床型和機(jī)械手型兩種標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。在激光釬焊方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，由于半導(dǎo)體激光光斑輸出為平頂分布，有效避免了光纖激光器高斯光束引起的金屬飛濺，因此可以得到較為平滑的焊縫。至今尚未有通快公司Trudiode系列半導(dǎo)體激光器進(jìn)行激光熔覆的事例報(bào)道。五、產(chǎn)品對比分析根據(jù)以上四種產(chǎn)品的特點(diǎn)，可以分成兩大類，即光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器和直接出光的半導(dǎo)體激光器。光纖耦合的半導(dǎo)體激光器主要為Laserline、Trumpf公司產(chǎn)品，直接出光的半導(dǎo)體激光器主要為DILAS、Coherent公司產(chǎn)品。相比較來說光纖耦合的半導(dǎo)體激光器在進(jìn)行熔覆應(yīng)用過程中有如下不足：1、 需要配置額外的光纖耦合激光加工頭；2、 光纖成為成產(chǎn)過程中需要更換的耗材，增加了生產(chǎn)成本；3、 光纖耦合后輸出的光斑面積一般在1-3mm,不能夠進(jìn)行大面積光斑熔覆，降低了大型工件的熔覆效率；同時(shí),也存在如下優(yōu)點(diǎn)：1、 光束質(zhì)量較好,可以進(jìn)行深度焊接；2、 光斑呈圓形分布,不存在各向異性,適合進(jìn)行激光立體成型加工；因此對于加大的軸類工件來說,半導(dǎo)體激光優(yōu)選光斑面積較大的直接出光的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品,更適合激光熔覆應(yīng)用。在DILAS和Coherent產(chǎn)品來說，兩者都是直接出光的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品,且都可以進(jìn)行較大面積條形光斑輸出,兩者相比較來看,DILAS公司產(chǎn)品具有一定優(yōu)勢，分析如下：1、DILAS是專業(yè)制造半導(dǎo)體激光器件的公司，在半導(dǎo)體激光器制造領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，Coherent公司前身為科研設(shè)備激光器制造公司開始研究半導(dǎo)體激光器的時(shí)間較短，相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)