进口半导体激光熔覆设备概述

进口半导体激光熔覆设备概述从目前的激光熔覆应用来看，国外的激光进口设备占据中国市场的份额并不高，绝大多数还限于国内高校和科研院所使用，以下对三种国外进口激光熔覆设备进行概述。一、Laserline公司产品德国Laserline公司成立于1997年，总部位于德国MuelheimKaerlich，生产车间4300平米，员工85人，主要从事光纤耦合高功率半导体激光加工系统的生产和制造。应用为激光焊接钎焊、表面处理和激光熔覆。该公司的产品主要为高功率光纤耦合激光器，激光器输出的激光通过一根光纤耦合后输出至激光加工头，光纤的芯径为200、300、400、600、1000、1500微米。型号LDF-2000LDF-4000LDF-6000LDF-10000LDF-15000功率W2000400060001000015000光纤芯径口m4006004006001000焦距mm150150150150150光斑mmF=150mm0.30.450.60.91.5

激光熔覆需要配置的设备为激光器本体、工作光纤、加工头。该公司用于激光熔覆的激光光斑直径l-6mm,正圆形，熔覆速度5mm/s,光斑面积为正圆形适合于激光立体成型，将由于激光光斑各向异性造成的影响减小到最低，但不是适用于大面积激光熔覆，对于表面较大的轴类工程零件在处理效率上还需增大光斑面积。Laserline公司产品目前由中国科艺公司进行代理销售，在中国目前还没有独立的子公司运行，主要客户主要为高校及研究院所。由于激光器输出的光束依靠光纤传导，因此需要购买额外的激光加工头与工作光纤进行连接，因此光纤的损伤就成为激光熔覆过程中的脆弱瓶颈，这种高功率的传能光纤目前我们国家还不能生产，因此更换损伤的光纤还需要从国外进口，每只光纤的价格大约为5万人民币左右。Laserline目前在中国的主要市场不是在激光熔覆领域，而是在激光钎焊领域有很好的应用，激光钎焊不存在长时间的连续大功率激光输出，因此将光纤损伤的概率较小。在德国的汽车生产线上使用Laserline进行白车身焊接的企业很多，在我国上海一汽大众生产线上使用的也是该公司产品，但每年仍需支付高昂的光纤更换费用。Laserline公司产品的优点在于在激光焊接方面实现工业化应用，且在全球各大汽车制造商形成了稳定的客户群。不足之处在于，聚焦后光斑面积较小，适用于激光焊接，不适用于大面积激光熔覆使用，且光纤耦合传输增加了使用和后期维护成本对于熔覆过程中所涉及的工艺问题，Laserline公司一般不提供相关的熔覆工艺，仅对设备本身负责。二、DIALS公司产品DILAS公司成立于1994年,总部位于德国美因兹，员工200人，主要从事高功率半导体激光芯片的封装、半导体激光器件和系统的研发和生产。DILAS公司于2011年正式推出工业级半导体激光器，用于工业焊接、熔覆。OILASThediodelasercompany.目前DILAS在国内用于激光加工的激光器型号为DL020R，该激光器不配备激光电源及水冷系统，其他额外的系统需要客户自己进行配置。

DILAS激光器在设计方面采用直接输出的方式而不是采用光纤DILAS激光器在设计方面采用直接输出的方式而不是采用光纤传输，省去了由于光纤损伤造成的成本，由于激光器的体积较小，因此可以直接置于机床或机械手终端进行激光加工。12®12®该产品的主要性能指标如下：输出功率W2500稳定性%±2波长nm980±10光斑大小mm23*15工作距离mm360±10工作温度。C15-42工作湿度%5-50可承受最大加速度g0.5尺寸mm410*220*237重量kg20主要原理为半导体激光堆栈合束后的整形输出。进行激光加工时需要增加激光加工头，该部分费用不在激光器系统之中，客户根据自己的需要自行配置。统之中，客户根据自己的需要自行配置。激光光斑大小为3mm*3mm,圆形光斑，最大工作电流70A,电压80V。DILAS设计有可更换的镜头来改变光束形状,但需要额外支付费用,不同的光束形状对应不同的光学镜头,将原始圆形光斑变换为方形光斑,光斑最大面积为6*12mm。DILAS激光设备采用直接出光进行加工,避免了光纤更换造成的成本增加是与Laserline激光器相比进步的地方,同时具备光束变换功能,使用大光斑增加激光表面处理的效率。不足之处在于DILAS激光器不配备电源、水冷及控制系统,需要由客户进行配置,对于不熟悉激光系统的客户来说造成了很大的麻烦同时,对于直接出光使用的半导体激光器,DILAS激光器没有防反射的措施,对于长时间的熔覆工作容易造成反射光对激光器的损伤,使用时需要倾斜使用。三、 Coherent（相干）公司产品相干公司成立于1966年，总部位于美国，是专门从事科研、医疗方面的激光器制造商。2006年在北京成立子公司，面向国内高校及科研院所提供科研级别的激光系统。该公司在超快激光器方面具有领先优势，该类型激光器主要用于物理及生物了理论研究。相干公司推出工业级激光器于2008年左右，型号为Highlight系列半导体激光器，主要用于激光表面处理和激光熔覆。用于激光表面处理及熔覆的半导体激光器分为HighlightD系列和Highlight4000L系列两种半导体激光器，分别介绍如下：1、HighlightD系列半导体激光器半导体激光系统由激光头本体、系统控制单元、光束聚焦系统构成，根据光束变换得到不同形状的光斑实现大面积的激光熔覆处理，不同的光束聚焦变换系统对应不同的光束光斑尺寸，需要额外另行订购。

主要参数如下：型号8000D6000D4000D2800D功率W8000600040002800波长nm975±10稳定性％±2最大光斑mm1*121*121*121*12工作距离mm275电压V400/460电流A100/8080/6060/5050/40工作温度。C5-45工作湿度％10-80尺寸mm283*190*2012、Highlight4000L半导体激光器整机系统由半导体激光器、电控柜组成，最大光斑面积1*12mm，主要以连续方式进行工作，但工作距离较短，适用于表面硬化，不适用于激光熔覆，粉末输送的飞溅会导致激光器镜头的炸裂。该系列激光器的参数指标如下：型号Highlight4000L功率W4000波长nm810±10光斑尺寸mm1*12工作电压V208三相工作电流A70A工作温度。C15-35工作湿度％5-65尺寸mm226*185*140激光器重量KG7.3相干半导体激光器优点在于直接出光使用，自由空间传输，无需光纤耦合，机头体积小巧，方便安装于机床或机械手终端，可实现宽光斑的输出满足激光加工对效率的追求。不足之处在于激光器工作距离较短，没有放射光的保护单元，长时间高功率出光容易引起激光器的损伤。相干公司作为科研级别激光器的研发制造商，对于工业级激光器的开发尚属首例，对于相应的激光加工工艺问题不对用户负责。四、通快(TRUMPF)公司产品通快公司成立于1923年，总部位于德国斯图加特市的迪琴根(Ditzingen),主要以经营数控机床、工业激光加工设备为主，在钣金设备、数控设备、医疗设备激光设备制造方面有很强的优势，尤其在数控折弯及冲压设备方面有较大的名气，医疗设备中的多功能手术床、手术无影灯、医用吊塔以及一些核磁共振的配套部件具有先进的技术优势，迄今为止，TRUMPF通快集团的业务已经涵盖了几乎全部欧洲、北美洲、南美洲、亚洲及非洲等诸多国家，并在全球建立了40个子公司和分支机构。通快公司于2000年开始在中国进行投资，先后成立了位于北京的通快华嘉（北京）有限公司和位于香港的通快华嘉（香港）有限公司，主要推广CO2激光平面钣金切割设备和灯泵浦的YAG激光焊接设备，并在江苏太仓建立了钣金加工基地。在国内的CO2激光钣金切割市场占据主要地位，设备安装已超过2000台。鉴于半导体激光器在金属材料加工领域的优势，通快公司对半导体激光器进行了研究开发，于2011年推出样机，尚未在全国范围内大面积推广，主要为Trudiode系列半导体激光器。I匚一该系列半导体激光器主要为光纤耦合输出的半导体激光器，结构与Laserline公司产品类似，如下图所示，在一个较大的控制柜内集成激光电源、水冷、控制系统，由光纤将激光光束输出。该系列激光

器输出功率范围涵盖800-3000W，主要应用方向为金属焊接、钎焊、热处理及表面相变硬化及熔覆。Trudiode系列各半导体激光器的参数如下表所示：TruDiode804TruDiode1006TruDiode2006TruDiode3006波长nm900-1030900-1030900-1030900-1030功率W800100020003000光纤芯径卩m400600600600稳定度％±1%±1%±1%±1%冷却水温度。C5-205-205-205-20尺寸mm980*1150*7151460*1255*7301460*1255*7301460*1255*730根据不同的激光加工应用以半导体激光器为核心构建激光加工单元，分为机床型和机械手型两种标准型号。在激光钎焊方面具有很强的优势，由于半导体激光光斑输出为平顶分布，有效避免了光纤激光器高斯光束引起的金属飞溅，因此可以得到较为平滑的焊缝。至今尚未有通快公司Trudiode系列半导体激光器进行激光熔覆的事例报道。五、产品对比分析根据以上四种产品的特点，可以分成两大类，即光纤耦合输出的半导体激光器和直接出光的半导体激光器。光纤耦合的半导体激光器主要为Laserline、Trumpf公司产品，直接出光的半导体激光器主要为DILAS、Coherent公司产品。相比较来说光纤耦合的半导体激光器在进行熔覆应用过程中有如下不足：1、 需要配置额外的光纤耦合激光加工头；2、 光纤成为成产过程中需要更换的耗材，增加了生产成本；3、 光纤耦合后输出的光斑面积一般在1-3mm,不能够进行大面积光斑熔覆，降低了大型工件的熔覆效率；同时,也存在如下优点：1、 光束质量较好,可以进行深度焊接；2、 光斑呈圆形分布,不存在各向异性,适合进行激光立体成型加工；因此对于加大的轴类工件来说,半导体激光优选光斑面积较大的直接出光的半导体激光器产品,更适合激光熔覆应用。在DILAS和Coherent产品来说，两者都是直接出光的半导体激光器产品,且都可以进行较大面积条形光斑输出,两者相比较来看,DILAS公司产品具有一定优势，分析如下：1、DILAS是专业制造半导体激光器件的公司，在半导体激光器制造领域具有丰富的经验，Coherent公司前身为科研设备激光器制造公司开始研究半导体激光器的时间较短，相关的经验