2019郑州机床展｜光纤激光打标机产品概述及行业应用

光纤激光器近年来成为激光物理研究的一个热门，它被一致认为是有可能全面替代固体激光器的新一代产品。光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。光纤激光打标机是利用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的物理变化而"刻"出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字、条形码等各类图形。

所谓光纤激光打标机是指该款打标机使用的是光纤激光器，光纤激光器具有体积小（无水冷装置，使用风冷）、光束质量好（基模）、免维护等特点，主要由激光器、振镜头、打标卡三部分组成，采用光纤激光器生产激光的打标机，光束质量好，其输出中心为1064nm，整机寿命在10万小时左右，相对于其他类型激光打标器寿命更长，电光转换效率为28%以上，相对于其他类型激光打标机2%-10%的转换效率优势很大，在节能环保等方面性能卓著。

设备特点

1、可对多种金属、非金属材料进行加工。尤其对高硬度、高熔点、脆性材料进行标记更显优势。

2、属于非接触加工、不损坏产品、无刀具磨损、标记质量好。

3、激光束细、加工材料消耗很小、加工热影响区小。

4、加工效率高、采用计算机控制、易于实现自动化。

应用领域

广泛适用于集成电路芯片、电脑配件、工业轴承、钟表、电子及通讯产品、航天航空器件、各种汽车零件、家电、五金工具、模具、电线电缆、食品包装、首饰、烟草以及军用事等众多领域图形和文字的标记，以及大批量生产线作业。

主要特点

光纤激光器分为两大类产品：连续光纤激光器和脉冲光纤激光器。按照功率大小有：

1、连续5W、10W、20W至400W、4000W；

2、脉冲10W、15W、20W、25W、30W至50W。

光纤激光打标机为当今国际上最先进激光标记设备，具有光束质量好，体积小、速度快、工作寿命长、安装灵活方便以及免维护等特点。光纤激光器，国际最新型，最可靠结构，体积小巧，耗电量小，无高电压无需庞大的水冷系统（仅需约300W），光束质量高，接近理想光束，USB接口输出控制，光学扫描振镜，激光重复频率高，高速无畸。

未来优势

（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；

（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；

（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以上转换效率较高，激光阈值低；

（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；

（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。

（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。

（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。

（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。

（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。高功率,商用化的光纤激光器是六千瓦。

日常维护

本机不工作时，应切断打标机和计算机电源。

本机不工作时，将场镜镜头盖盖好，防止灰尘污染光学镜片。

本机工作时电路呈高压状态，非专业人员，切勿在开机时检修，以免发生触电事故。

本机出现任何故障应立刻切断电源。

设备长时间使用，空气中的灰尘将吸附在聚焦镜下端表面上，轻者会降低激光器的功率，影响打标效果；重者造成光学镜片吸热过温以致炸裂。当打标效果不佳时，应仔细检查聚焦镜表面是否被污染。

如果是聚焦镜表面被污染，应卸下聚焦镜清洗其下端表面。

卸下聚焦镜应特别小心，注意不要碰坏或摔伤；同时，也不要用手或其他物品触及聚焦镜镜面。

清洗的方法是将无水乙醇（分析纯）与乙醚（分析纯）按3:1的比例混合，用长纤维棉签或镜头纸侵入混合液，轻轻擦洗聚焦镜下端表面，每擦试一面，须更换一次棉签或镜头纸。

在打标机工作过程中，不得挪动打标机，以免损坏机器。

打标机上不要覆盖堆或放其他物品，以免影响机器散热效果。

应用行业

2019郑州工博会、2019郑州机床展、2019郑州工业自动化展，将于2019年6月4-6日于郑州国际会展中心盛大开幕！本届展会展出面积达70000平方米，汇集上千家展商，60000余专业买家，打造中部制造业旗舰大展。官网：www.hm-zif.com

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光纤激光器与YAG激光器，该如何选择呢？

光纤激光器

一、原理：光纤通常是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全内反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间为低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。

光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤：中心玻璃芯较细，只能传一种模式的光，其模间色散很小，具有自选模和限模的功能。多模光纤：中心玻璃芯较粗，可传多种模式的光，但其模间色散较大，传输的光不纯。

二、优点：光纤激光器具有体积小、能耗低、寿命长、稳定性高、免维护、多波段、绿色环保等特征，它以优越的光束质量、稳定的性能、超高的光电转换效率，赢得了众多激光业内人士的肯定。光纤激光器以其超高的可靠性，卓越的光束质量，低廉的运行成本，为激光加工行业建立了新的标准。

它增益介质长、耦合效率高、散热好、结构简单紧凑、使用灵活方便、输出激光光束质量好且输出波长范围宽。

1.高功率光纤激光器都是双包层光纤，泵浦光打到外包层上，能量被吸收，再部分转换为激光，因此包层的材料和结构对光纤激光器的影响很大，目前各国已研制出各种形状的光纤，有圆形的、D形的、矩形的、非稳腔形、梅花形、正方形、平面螺纹形等。

2.无需热电冷却器这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作，只需简单的风冷，成本低。

3.很宽的泵浦波长范围

高功率的光纤激光器内的活性包层光纤掺杂了铒/镱稀土元素，有一个宽且又平坦的光波吸收区,因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置

4.效率高泵浦光多次横穿过单模光纤纤芯，因此其利用率高。

5.高可靠性　　

采用杈纤直接熔接耦合进行侧泵，一无需任何光学元件，二可避免损伤光纤端面，三是容易提高泵源的注入。新颖的蜈蚣式侧泵方式：光纤两侧生许多纤杈与LD尾纤直接熔接，从各个不同点进行单个泵浦，可避免强激光单点引起的非线性效应和模式恶化。

采用多个高功率LD单管代替LD集成阵列作泵浦源，一可提高光源的模式，二是易于泵源的散热提高寿命，三有利于维修更换。采用发光面很宽的LD作为泵源可大大降低LD发光点所承受的光功率密度提高其寿命，一般可达100,000小时。

应用：光纤激光器只消耗相当于1%的灯泵激光器所需电能，同时其效率是半导体泵固体激光器的两倍以上。

更高的效率、更长的使用寿命、更少的维护结合起来使得光纤激光器的拥有者的成本富有极强的吸引力。光纤激光器在那些要求近红外高光束质量的激光器应用中大有用武之地。他们会对小的聚焦光斑、高的功率密度有特殊的兴趣，如桌面式的生产。一束100W的激光输出光斑可以被聚焦到5um那么小，这相当于亮度是109W/cm2。

纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔、切割、焊接、光纤激光器可作为军用激光信标光源；在海军装备中，光纤激光器可用作对潜通讯、探测鱼雷、测量海深、水下传感及海基光控武器。军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。

缺点：价格比较高，通常仅限制在金属加工领域，而在非金属加工中不太可能有所作为。比如塑料、纸张或布料等材料。这些行业将继续由CO2激光器统治与传统激光切割机相比，光纤切割的优点它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板、玻璃等高精度的切割加工。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。

光纤激光切割机具有极高的电光转换效率，其电光转换效率达25％，比传统激光切割机的电光转换效率高出数倍，而综合运行费用却仅为传统激光切割机的15％。同时，光纤激光切割机体积较小，其激光发生器的占地面积不到1平方米，整体占地面积约50平方米，为传统激光切割机的三分之二。

二、YAG激光器　　

1. 原理：YAG激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。钇铝石榴石的化学式是Y3Al5O15,简称为YAG。和其他固体激光器一样,YAG激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。

不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同,泵浦源及泵浦方式不同,所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种,例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等;按工作波长分为1.06μmYAG激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG激光器和可调谐YAG激光器等;按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器;以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG激光器;根据输出功率不同,可分为高功率和中小功率YAG激光器等。

固体激光切割机将波长为1064nm的脉冲激光束经过扩束、反射、聚焦后，辐射加热材料表面，表面热量通过热传导向内部扩散，由数字化精确控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，瞬间使材料熔融汽化蒸发，从而通过数控系统实现预定轨迹的切割、焊接、打孔。

2. 特点：该机光束质量好、具有高效率、低成本、稳定、安全、更精密、可靠性高，集切割、焊接、打孔等多功能为一体，是理想的精密高效柔性加工设备。

加工速度快，效率高，经济效益好，直边割缝小，切割面光滑，可获得大的深径比和深宽比热变形极小，可在硬、脆、软等各种材料上进行加工不存在刀具磨损、替换问题，无机械变容易实现自动化，可在特殊条件下实现加工泵浦效率高,可达20%左右随着效率的提高,激光介质的热负荷下降,因此大大改善光束质量寿命长,可靠性高、体积小,重量轻,适于小型化应用。

3. 应用：适用于金属材料的激光切割、焊接、打孔：如碳钢、不锈钢、合金钢、铝及合金、铜及合金、钛及合金、镍钼合金等材料。广泛应用于航空、航天、兵器、舰船、石化、医疗、仪表、微电子、汽车等行业。不仅使加工质量得到提高,而且提高了工作效率;除此之外,YAG激光器还可以为科学研究提供一种精确而快捷的研究手段。

相比于其他的激光器

1.YAG激光器能以脉冲和连续两种方式工作，其脉冲输出可通过调Q和锁模技术获得短脉冲及超短脉冲，从而使其加工范围比CO2激光更大

2.它输出的波长为1.06um，恰好比CO2激光波长10.06um小一个数量级，因而使其与金属的偶合效率高、加工性能良好

3.YAG激光器结构紧凑、重量轻、使用简便可靠、维修要求较低。

4.YAG激光器能与光纤耦合，借助时间分割和功率分割多路系统能方便地将一束激光传输给多个工位或远程距离工位，便于激光加工实现柔性化。

所以，在激光器的选择上，要考虑到各种参数，以及自身的实际需要，只有这样，才能让激光器发挥出它的最大效能。

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