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激光减材技术推动制造业的进步 Subtractive Laser Technology Enables Advances In Manufacturing

图 1数字化减材系统,如此图所示的Universal Laser systems的ULTRA X6000,通过提供具有类似灵活性和速度的互补功能,提高了快速成型和制造能力。

现代产品开发和制造的成功越来越依赖于能够快速迭代、测试创新理念和缩短上市时间。产品的设计、材料评估、原型测试和零件制造都必须比以往更快。通过使用正确的技术,敏捷团队可以快速地从设计到生产,使用更少的资源并满足客户的需求。一个全面的快速成型和制造战略为企业提供了一个明显的优势,希望保持其产品和服务的竞争力。

虽然具有高精密和高性能的特点,增材制造技术实际上只是快速成型和制造的一部分。数字化减材系统通过提供具有类似灵活性和速度的互补功能来提高能力(图1)。另外值得注意的是,很大一部分制成品是由扁平的原材料制成的。

当选择减材技术与增材制造系统一起工作时,所选择的系统必须能够匹配3D打印技术的质量和性能-灵活、准确和高效。投资于一项可用于多种材料、可快速生产高质量零件的技术,在产品开发和制造环境中提供了更大能力和效率。

先进的激光系统是满足这些技术要求的一个很好的例子。这些系统可用于在几秒钟或几分钟内精确加工(如切割、钻孔、雕刻和打标)几乎任何材料。随着产品生命周期的缩短,许多行业的制造商正转向快速减材制造技术,如激光切割和打标系统。由于操作每台机器所需的夹具、编程或熟练劳动力,传统的减材制造设备通常与较长的交货期有关。这不仅增加了中、小批量生产运行的成本,而且还减慢了原型构建和测试的速度。相比之下,这些基于数字的快速部署工具可以大大缩短上市时间,降低与设计修订相关的成本。然而,重要的是要明白并非所有的激光系统都是平等的。有些人会声称有多种功能,但总体性能水平较低,因为它们没有针对任何特定任务进行特别优化。因此,这里强调的好处只有在所选择的激光系统表现出能够实现高性能和多进程的真正先进系统的特点时才能充分实现。

功能、精度和速度是基本属性

投资正确的数字化激光技术不仅可以简化工作流程,还可以增加制造灵活性。先进的激光系统能够处理广泛的材料,允许用户为每种应用选择理想的功率和波长组合。由于每种材料的光波长吸收特性不同,CO2或光纤激光光源、激光功率和波长的最佳选择或组合将因所加工材料的不同而不同。在图2中所示的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的例子中,9.3μm(CO2)的激光波长比10.6μm(CO2)或1.06μm(光纤)更容易吸收。

图2 PET激光能量的光吸收率在波长为9.3时比波长为10.6 和1.06μm时更高。

Percent Absorption:吸收百分比

Polethylene terephthalate (PET):聚对苯二甲酸乙二醇酯

Wavelength:波长

产品设计师、工程师和制造商要求高质量和高光洁度,甚至对原型零件也是如此。实现这些目标需要激光技术和精确的能量传递。这是通过先进的运动路径规划和微米级光束定位,并让用户能够微调其应用的激光输出。可调激光设置,如波长、功率、速度、占空比和每英寸脉冲数(PPI),允许用户根据其特定的材料应用情况校准工艺。

然而,如果用户要充分发挥先进激光系统的潜力,那么选择特定材料所需参数或配置的过程必须尽可能简单和稳健。为用户提供经过激光制造商广泛研究测试和证明的预编程参数和设置选项,既简化了这一过程,又大大缩短了制造零件所需的时间。通过访问材料知识和配置设置的综合数据库,可以成功地处理范围最广、精度和重复性最高的材料。

除了提供高质量的可重复结果外,先进的激光系统还必须具有高效的特征。作为一种数字技术,设置和工作流程立即得到简化。但是,通过高处理速度、先进的路径规划和光束自动聚焦等功能,可以进一步提高产量和质量。激光束焦点与工件表面的关系对其性能和质量有很大的影响。使用带有高分辨率触摸传感器的高精度电动对焦组件,确保无论采用何种材料,始终能够获得正确的焦距。这一有价值的功能与许多仍然由扁平原材料通过激光减材技术制成的部件无缝配合。

在确保成品零件与原始设计文件相关的同时,要实现和保持零件的几何完整性,需要微米级的光束定位和先进的运动路径规划。这可以确保形状或轮廓(如圆、椭圆和曲线)实际上是作为真实曲线生成的,而不是作为一系列小的分段线性插值生成的。将此功能与在特定位置控制激光脉冲的能力结合起来,可进一步提高加工精度和一致性。

先进的激光系统能够从可编程逻辑控制器(PLC)接收输入信号,启动激光系统功能,并使用数字输出信号控制外部设备,使激光系统能够在自动化制造环境中轻松集成。将此功能与强大直观的界面结合起来,用户可以实现独立或集成操作的最大潜力。

选择具有灵活性、精度和速度的激光减材技术,将在多种材料上产生优异的加工效果。很明显,拥有合适的激光减材技术和附加系统可以提高生产率,并开辟新的可能性。简化数字工作流和快速生产高质量组件的能力最大限度地提高了制造能力,这种能力只能补充附加技术。将先进的激光减材技术作为更广泛的快速制造战略的一部分,将有助于产品开发和制造团队继续提高产量,保持领先。

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