機(jī)床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
選擇光纖激光器還是CO2激光器？這是個(gè)問(wèn)題
閱讀：1292 發(fā)布時(shí)間：2021-9-16看似簡(jiǎn)單的此問(wèn)題，要說(shuō)清楚未必是易事。
我們?cè)噺亩喾矫妗⒍嘟嵌葹橛脩籼峁┩陚涞男畔⒑统制降囊庖?jiàn)，以期收到釋疑解惑之效。
光纖激光器產(chǎn)生的激光（后文簡(jiǎn)稱為光纖激光）的波長(zhǎng)為1.06μm，CO2激光器產(chǎn)生的激光（后文簡(jiǎn)稱為CO2激光）波長(zhǎng)為10.6μm，均是紅外光，可被材料吸收，而應(yīng)用于工業(yè)材料加工。
切割是目前應(yīng)用廣泛的激光工業(yè)加工技術(shù)。為方便起見(jiàn)，本文展開(kāi)的討論均基于激光切割，除非另作特別說(shuō)明。
兩種激光器的長(zhǎng)短優(yōu)劣
作為用戶，先得了解光纖激光器和CO2激光器各自的死穴。所謂死穴，就是切割加工的盲區(qū)。避開(kāi)了死穴（盲區(qū)）后，再爭(zhēng)短競(jìng)長(zhǎng)，選定適合需要的那一款。
光纖激光器的死穴
光纖激光不能切割非金屬，包括木材、塑料、皮革、棉麻織物等。如果需要加工的工件材料恰是非金屬，那么光纖激光器只能，而非CO2激光器莫屬。
汽車內(nèi)飾件大多為非金屬材料，采用高精度機(jī)器人＋CO2激光器的加工系統(tǒng)，對(duì)其空間曲面進(jìn)行切割，這樣的加工系統(tǒng)需解決激光束在機(jī)器人各關(guān)節(jié)間的傳輸難題。
光纖激光也不能切割表面有覆蓋層的材料，如普通覆膜不銹鋼、有防銹涂料的特種鋼板等。有用戶對(duì)此注意不夠，而選擇光纖激光器，不得不將普通覆膜的不銹鋼外發(fā)切割加工。如要采用光纖激光專用覆膜，則成本升高。
CO2激光器的死穴
CO2激光不能切割銅材，包括黃銅、紫銅。如果需要切割銅材，只有光纖激光器夠格。對(duì)于CO2激光來(lái)說(shuō)，銅材屬于高反射性材料，激光幾乎全部被反射而不被吸收；反射光返回激光器，造成危害。CO2激光對(duì)鋁合金的反射率也較高。安裝背反射隔離器，可有效保護(hù)CO2激光器，從而可安全切割鋁合金。我們且從使用成本、切割速度、穿孔效率、斷面質(zhì)量等方面，讓兩種激光器來(lái)爭(zhēng)短競(jìng)長(zhǎng)。
使用成本
這里，為方便對(duì)比兩種激光器的成本差別，僅計(jì)算電力、耗材、介質(zhì)氣體三部分構(gòu)成的成本，這三部分的成本，兩者是不同的；人力、折舊、場(chǎng)地、切割氣體等，對(duì)于兩種激光器來(lái)說(shuō)，成本相同，故不計(jì)算。
兩種激光器均需耗費(fèi)巨量電力。光纖激光器電－光轉(zhuǎn)換效率約30％，CO2激光器約10％。以3000W激光器而論，光纖激光器耗電約10kW電力，而CO2激光器耗電約30kW。以電價(jià)1元/度、占載率70％計(jì)，則成本分別為7元/小時(shí)、21元/小時(shí)。
另外，由于效率不同，所以，兩種激光器所產(chǎn)生的熱量不同，需要的水冷機(jī)的規(guī)格（制冷量）也不同。光纖激光器需要的水冷機(jī)的耗電量為13kW，CO2激光器需要的水冷機(jī)的耗電量為18kW。以電價(jià)1元/度、占載率70％計(jì)，則成本分別為9元/小時(shí)、12.8元/小時(shí)。在日常使用過(guò)程中，采用光纖激光器的切割機(jī)（后文簡(jiǎn)稱光纖切割機(jī)）需耗費(fèi)的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、保護(hù)鏡等，成本約3元/小時(shí)。
另外，據(jù)4年來(lái)的統(tǒng)計(jì)，激光模塊和擴(kuò)束鏡有其使用壽命，從而分別產(chǎn)生約4元/小時(shí)、1元/小時(shí)的成本(特別說(shuō)明，ROFIN光纖激光器需更換的最小單元是半導(dǎo)體模組，成本約1元/小時(shí))。
采用CO2激光器的切割機(jī)（后文簡(jiǎn)稱CO2切割機(jī)）需耗費(fèi)的材料有：聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、反射鏡等，成本約2.5元/小時(shí)。光纖激光器無(wú)需介質(zhì)氣體；CO2激光器需使用介質(zhì)氣體才能產(chǎn)生激光，成本約1元/小時(shí)。另外，CO2激光器每3000小時(shí)進(jìn)行常規(guī)點(diǎn)檢，每6000小時(shí)進(jìn)行深度點(diǎn)檢，發(fā)生約2元/小時(shí)的成本。
綜上，光纖激光器使用成本約24元/小時(shí)，CO2激光器則約為38.3元/小時(shí),相差14.3元/小時(shí)。按每天使用10小時(shí)計(jì)，則每天成本差為143元。市場(chǎng)上關(guān)于兩種激光器的使用成本的差別的說(shuō)法，有些夸大。附帶提一下，光纖激光的傳輸介質(zhì)為光纖，光束封閉于光纖內(nèi)，“曲線傳播”，不受外界環(huán)境影響。CO2激光傳輸介質(zhì)為空氣，直線傳播，靠反射鏡改變傳輸方向，易受外界環(huán)境影響，可能需要對(duì)這些反射鏡進(jìn)行維護(hù)，從而稍稍增加使用成本。
穿孔效率
激光束對(duì)工件開(kāi)始切割前，需穿透工件。光纖激光的穿孔時(shí)間明顯比CO2長(zhǎng)。還是以3kW 光纖激光器和CO2激光器為例。對(duì)于厚度為8mm的碳鋼，后者比前者少1秒鐘；10mm時(shí)，后者少2秒；隨著厚度的增加，CO2激光器在穿孔方面的優(yōu)勢(shì)愈益顯著。以每天穿孔2000次、每次穿孔時(shí)間差3秒鐘計(jì)，則每天穿孔時(shí)間差為6000秒，約合1.7小時(shí)。CO2激光器因較高的穿孔效率，每天可縮減1.7小時(shí)的機(jī)器使用時(shí)間。即使采用較保守的數(shù)據(jù)，計(jì)入人工（30元/小時(shí)）、設(shè)備折舊（25元/小時(shí)）和場(chǎng)地（2元/小時(shí)）費(fèi)用，節(jié)省的成本有（CO2激光器）：1.7×（30＋25＋2＋38.3）＝162（元）
切割速度
切割速度、穿孔效率、斷面質(zhì)量等方面構(gòu)成激光切割效能，是評(píng)價(jià)激光器（機(jī)器）的綜合性指標(biāo)。光纖激光器切割薄板有優(yōu)勢(shì)，尤其是厚度3mm以下者，優(yōu)勢(shì)明顯，相對(duì)于CO2激光器，切割速度比值可達(dá)4:1；而6mm是兩種激光器優(yōu)勢(shì)互換的臨界厚度。切割厚度＞6mm的板材，光纖激光無(wú)優(yōu)勢(shì)；隨著厚度的增加，CO2漸顯優(yōu)勢(shì)，但并不顯著。總的說(shuō)來(lái)，切割速度方面還是光纖激光器有優(yōu)勢(shì)。
斷面質(zhì)量
斷面質(zhì)量通常指粗糙度（光潔度）、垂直度。切割3mm以下厚度的鋼板時(shí)，光纖激光切割的斷面質(zhì)量（粗糙度和垂直度）略差于CO2。隨著厚度的增加，斷面質(zhì)量的差異愈益明顯。厚度≥3mm的不銹鋼，光纖激光切割的斷面呈磨砂狀，而CO2呈光亮狀。厚度為16mm的碳鋼，光纖激光切割斷面的垂直度遠(yuǎn)差于CO2，前者為0.4～0.5mm，后者可達(dá)0.1mm。
另外，碳鋼板對(duì)光纖激光能量吸收率高，在切割小孔（孔徑≤板材厚度）時(shí)，反而是個(gè)缺點(diǎn)，切割質(zhì)量較差。順便指出，激光切割的精度與采用何種激光器無(wú)關(guān)，而與機(jī)器定位精度、重復(fù)定位精度、切縫寬度的一致性有關(guān)。光纖激光切割的切縫窄，CO2的切縫稍寬。但切縫的寬窄不影響零件的精度，因?yàn)橥ㄟ^(guò)割縫補(bǔ)償功能，可以抵消切縫寬度。
光纖激光器和CO2激光器究竟哪種好 有了以上數(shù)據(jù)，不難得出一個(gè)合乎邏輯的結(jié)論，從而作出理性的選擇。不能籠統(tǒng)地講是光纖激光器好，也不能籠統(tǒng)地講是CO2激光器好。應(yīng)該基于特定的應(yīng)用進(jìn)行分析、判斷。
我們看到，光纖激光器與CO2激光器在面對(duì)特定應(yīng)用需求時(shí)各有其優(yōu)勢(shì)和弱勢(shì)。目前和今后一段時(shí)期內(nèi)，光纖激光器和CO2激光器不能互相替代，而只能共存互補(bǔ)。徑向偏振CO2激光器的技術(shù)進(jìn)展值得注意，可能在薄板切割方面縮小與光纖激光器的差距。