三维激光切割机的发展现状及未来动向

三维激光切割机的发展现状及未来动向

吴垆毅 倪高男

浙江华仪数控科技有限公司 浙江 温州市 325600

摘要：在加工领域当中，对于激光切割技术的应用是最早且最为广泛的，达到了激光加工领域的70%，广泛应用于机械、汽车、航空航天、轻工、纺织、食品、医疗等行业。在现如今，激光切割技术发展的越来越成熟，从而让实现自由曲面工件的加工不再是梦想。自1979年以来，世界上第一个五轴CO₂激光切割机在马公司出现以来，三维激光切割机，以其灵活性强，精度高，减少对工具和设备的需求，生产准备时间短的优点，已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天等领域，并满足三维工件加工的生产要求。

关键词：激光切割机；三维；研究现状

1三维激光切割机的发展现状

1.1三维光纤激光切割机

光纤激光切割技术相较于YAG激光切割技术还有二氧化碳激光切割技术而言，其在很多方面都是存在着一定的优势，例如光电能量转换效率、维护成本、切割效率、光学结构以及切割精度等，尤其是在近几年当中，光纤激光切割机也是得到了很大的发展，现已经替代了以往使用最广泛的二氧化碳切割机，占据了市场的主流。

当前在世界范围内，有很多三维光纤激光切割机的生产厂家，例如美国的PREISER公司、德国的Trumpf公司、日本的小松公司、意大利的Prima Power公司等等，这些公司所生产的三维激光切割机也是占据了全球的大部分市场。Trumpf公司所生产的TruLaser Cell 8030型切割机、AMADA公司的LCG3015AJ II切割机等都是有着非常高的知名度。Trulcell 3000 5轴激光加工机采用模块化火箭，可选择多种激光器，并可代替激光加工头进行焊接、切割和激光熔覆，X、Y、Z三轴其定位的精度是0.015mm，A轴还有C轴其定位精度是0.02°。在对大型热成型汽车侧板进行切割的过程中，所使用的的切割设备为TruLaser Cell 8030三维激光切割机，从而实行快速切割的目的，X、Y、Z三轴其运动的范围分别为3000mm/1300mm/600mm，轴的加速度为4g，提高了效率和生产力。快速三维五轴激光切割机采用2.0- 4.0 kW光纤激光技术灵活，可用于不同的切割、焊接应用，具有防撞系统、无反冲、无磨损直接驱动。Laserdyne 795多轴激光加工机采用高精度表面加工，大直径、高刚度驱动螺杆，机械精度高，适用于高速切割，适用于光纤、二氧化碳、YAG等激光光源。TLH-N系列超高速三维五轴可控激光切割机具有刚性高、速度快、机动性好、单边开口、可达性高的特点。LCG3015AJ II 型高效光纤激光加工机的进给速度可达170m/min，进给速度可达120m/min，提出了钣金加工从工艺改进到工厂改造的数字化改进方案。

我国工业激光起步较晚，因此相较于发达国家而言，三维激光切割技术的发展还存在一定的差距。随着激光加工技术被列为科技重点项目，在我国掀起了一股热潮，越来越多的企业和科研机构开展了相关的技术研究。目前，中国激光集团、中国激光集团、楚天激光集团、百超鼎能集团、济南金维科集团、镭激光集团等企业均推出了三维光纤激光切割机产品。

1.2三维CO₂激光切割机

在现阶段，对于厚度不超过12mm的不锈钢还有厚度不超过25mm的非金属材料加工过程中，主要使用二氧化碳激光切割机。广泛应用于汽车内外装饰件的非金属切割等行业。

目前国外生产二氧化碳激光切割机的主要厂家有德国的Trumpf、意大利的Prima Power以及小松、NTC等公司。Trumpf的Tru-Laser Cell 7040三维 CO₂激光切割机，Prima Power最好的三维 5轴激光切割机，小松的TLM系列三维 5轴可控激光切割机，NTC的TLM610双开关表三维 5轴激光切割机等产品具有较高的可视性。X / Y / Z轴的范围是4000 mm×2000 mm×1000 mm， B / C轴的范围为±135°和360°，最大轴向加速度是4 g，有多个工作领域，通过激光加工头的替换来实现焊接、切割和激光熔覆和其他流程。优化后的三维五轴激光切割机也适用于大型工件的切割和焊接。X/ Y/Z轴行程4500mm × 2500mm × 1020mm， B/A轴行程±135°和360°。采用2.5-4kW快速轴流和板式CO₂激光器。Tlm610三维五轴激光切割机采用龙门床、移动工作台、点切头、专利摇臂控制箱、专用切嘴结构和TDLC-04R高性能数控机床系统，并提供离线编程功能。

现阶段，在我们国家当中，二氧化碳激光切割技术主要是用于二维切割产品当中，当前在三维激光切割产品当中，还没有应用到二氧化碳切割技术。

2三维激光切割机的未来发展动向

2.1高功率化

在工业加工中，要想提升加工效率和能力，就需要不断提升激光器的功率，从而尽可能的降低加工所需成本。而在现阶段，随着加工成本的不断降低，三维切割机其功率也是在不断的提高，当前已经生产处理万瓦级的产品，并且随着不断的发展，万瓦级产品也必将占据市场主流。

2.2高速高精度

在机床加工的过程中，通过不断提升定位精度以及速度能够不断提升加工的效率，从而更好的提高产品的性能还有附加价值，从而进一步提高产品在市场当中的竞争力。当前，一般的切割机其定位速度可以达到100m/min，但是高速切割机其定位速度则是能够达到280m/min。

2.3智能化

在工业4.0时代当中，工业领域正在不断向着智能化、自动化的方向发展，开放式系统、自动卸料、自诊断、智能过程数据管理、远程控制等智能机床越来越受到企业的重视。

2.4功能多样化

扩大机床的加工范围，可以增加机床的灵活性和适应性，从而提高产品的竞争力。国外许多先进的三维切割机产品都拥有广泛的技术，如特朗普Trumpf公司的TruLaser Cell 3000和TruLaser Cell 7040三维激光切割机，具有三维切割、焊接金属包层功能；Prima Power公司的Rapido三维五轴激光切割机可以使用多种激光来满足各种焊接、切割和加工需求。

结语

在时代发展的过程中，我们国家工业领域也是得到了很大的发展，加工方式也是从而传统的加工方式向着高端制造转型发展，并且在工业领域当中，对于激光切割的应用也是越来越广泛，在今后，三维激光切割技术也必定会向着更加智能化、功能多样化等方向发展。目前，相比之下，发达国家如德国、日本、意大利、不仅在三维激光切割机产品，在激光切割头，核心组件，如大功率激光器、或在激光切割机理的研究中，研究和开发高性能数控系统等关键技术，我国还有很大的差距，需要科技人员不断深入研究。

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