光纤激光器与CO2激光器的比较概要
高功率激光器比较表
阿帕奇（北京）光纤激光技术有限公司
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光纤/YAG/CO2/Disc 高功率激光器比较表
主要参数光纤激光器Nd:YAG 固体激光器
CO2激光器Disc 激光器电光转换效率30%3%10%15%最大输出功率50kW 6kW 20kW 8kW BPP（4/5Kw）＜2.52568半导体泵浦寿命＞100,0001,000NA.10,000占地面积（4/5Kw）＜1平方米
6平方米3平方米＞4平方米
维护和操作费用/小时（4/5Kw）
$2$35$20$8维护不需要经常需要经常柔性加工非常适宜适宜不适宜适宜稳定性最佳
差
好
好
吸收率%--钢35351235吸收率%--铝
7
7
2
7
需更换的部件
采用高亮度宽带单芯结半导体激光器，超过200,000小时的泵浦时间。
其中一个半导体损坏后，更换仅须300-500美圆，因为每个半导体泵浦源彼此独立。
灯能够连续工作的时间不到1,000小时
工作气体的必须随时补充
半导体Bar 条（阵列）最大5,000小时脉冲模式或10,000小时连续模式。
激光器使用过程中整个泵浦源需要经常更换，每次更换需要20万美圆左右。
光纤激光器与不同激光器的优劣比较
光纤激光器与不同激光器的优劣比较光纤激光器与不同激光器的比较光纤机和YAG固体激光机及其它激光器工作原理区别YAG激光熟称红宝石固体激光，光纤则是另外一种高端产品。
不管是YAG激光还是光纤激光焊接原理都一样，主要是发生器不一样。
光纤激光器是把泵浦物质掺入到光纤中，由半导体激光器发出的特定的波长的激光耦合后。
使光纤产生激光，光纤激光的优点是模式好，利于焊接。
光电转换率高可以达到二氧化碳激光（CO2)的两倍。
而且在焊接的时候有优势，因为光纤激光器发出的光是1070纳米的波长所以吸收率更高。
其半导体泵浦光纤激光器和光纤传导直接半导体管激光器系列，包括1Kw以上的单模激光器、高达50 kW的多模激光器、25 kW 调Q脉冲激光器以及高达10 kW的直接半导体激光器。
所有光纤激光器都具有性能可靠、结构紧凑、半导体泵浦源寿命长、免维护、电光转换效率最高、以及在全功率范围内，光束发散角和光束质量完全保持一致等特点。
光纤激光机可用于微电子、印刷、汽车、医疗设备、造船、航空等诸多行业，可加工材料涵盖从心脏支架和计算机存储芯片的微机械加工，直到厚管壁的深熔焊。
使用操作灵活，是光纤激光器最具革命性的特点之一，能够轻松地集成于多轴机器人和振镜系统内。
其结构紧凑，整体大小要比传统的CO2或YAG激光系统小一个数量级，因而移动非常灵活，半导体泵浦源的使用寿命估计超过10万个小时，根本无需更换半导体光源。
一．电光转换率方面：1）光纤激光器达到30%， 2）YAG固体激光器仅3%， 3）CO2激光器有10%， 4）碟片激光器达到15%。
二．最大输出功率方面：1）.光纤激光器达到50kw, 2）YAG固体激光器为6kw， 3）CO2激光器达到20kw, 4）碟片激光器达到8kw。
三， BPP（4/5Kw）方面：Beam Parameter Product (光束参数乘积远场发散角半角×近场光束半径)1）光纤激光器小于2.5，2）YAG固体激光器为25左右， 3）CO2激光器达到6， 4）碟片激光器为8左右。
CO2激光器与光纤激光器的比较
CO2激光器与光纤激光器的比较2009年, 大功率光纤激光器开始逐渐引入中国, 从此激光切割行业的用户又多了一个选择。
以下我们就CO2激光器和光纤激光器做一个比较:激光器类型二氧化碳激光器激光器光纤激光器工作方式CO2激光器是通过高压对经过激光器光腔里的一定比例的CO2，HE和N2的混合气体放电，混合气体中的原子受激释放能量，能量以光子或电子的形式输出形成激光。
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，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。
波长10.6UM, 为可见光, 长期直视会造成视网膜和皮肤较轻微受损, 建议操作人员使用时佩带防护眼镜1.06UM, 为不可见光, 直视会造成视网膜和皮肤较严重受损, 要求设备运行时,设备处于全封闭状态, 操作人员必须佩带特殊的防护眼镜光电转换效率8%-10%20%-30%激光器产生激光的气体消耗德国ROFIN板条CO2激光器约2万元-3万元人民币一年;其它轴快流式CO2激光器约5万元-10万元人民币一年。
没有气体消耗。
激光器内光路及机床外光路镜片消耗结构较复杂, 光学镜片消耗更大外光路通过一根光纤传导, 结构较简单,光学镜片消耗更少激光器电功率消耗33KW-62KW/小时(激光器类型不同，功率不同，耗电量不同)7kw/小时(以2000W光纤激光器为例)，年使用省电费约10万元装机功率至少100KVA 50KVA即可对环境的要求对外部环境有要求, 尽量少尘, 设备要跟附近的震源隔开, 保证激光器干燥和恒温因光路简单，对外部环境的要求不高，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有较高的容忍度。
维护成本及维护方便性ROFIN激光器已上市十余年, 为成熟免维护产品, 定期由专业人士做维护即可, 维护费用比较低, 激光器内部部件更换频率也很低产品上市时间比较短, 专业的维修维护人员比较少, 平时使用成本很低, 若需更换光纤或更换功率模块, 则售后费用较高可切割材料种类主要用于切割碳钢、不锈钢和铝合金板等。
CO2,光纤,半导体激光打标机的区别
激光打标机别名激光打码机、激光喷码机、激光标记机、激光刻字机、激光打号机、金属激光打标机、光纤激光打标机、半导体激光打标机、yag激光打标机。
几种激光打标机的区别一：Co2激光打标机目前的co2激光打标机一般都是采用的进口co2射频激光管，其使用寿命可达2-4万小时，该款机型最快打标速度可达7000mm/s。
co2激光打标机适合在绝大多数的非金属材质上打标，例如纸质包装、塑料制品、皮革面料、玻璃陶瓷等。
随着技术的升级，程光激光公司研发出10w便携式co2激光打标机，该机最大的特点是突破了传统co2激光打标机体积过于庞大的缺点，能方便的集成在各类生产线上，设备虽然体积减小了，但是功能上完全没有任何损失。
二：半导体侧泵激光打标机半导体激光器都是采用一体化模块设计，替代了Y AG激光打标机的氪灯，从而避免了要频繁更换氪灯的缺点，模块化的设计也就意味着这款机型的故障更少，维护也更加的方便，半导体激光打标机的光模质量更好，适合在各类金属与非金属上打标，例如塑料、手机按键、不锈钢等。
三：半导体端泵激光打标机半导体端泵激光打标机按照激光波长可以分为三种，1024nm红外激光打标机、532绿光激光打标机、355紫外激光打标机。
目前市面上流行的是绿光激光打标机与紫外激光打标机，以下是这两款激光打标机的简单介绍。
1、532绿光激光打标机绿光激光打标机适合于对热效应敏感的材料进行打标，因为532的波长决定了绿激光是一种相对的“冷激光”。
之所以说相对，是指相对于co2激光打标机、半导体激光打标机、光纤激光打标机来说绿激光热辐射效应更小。
532绿光激光打标机最典型的应用就是在水晶的表面雕刻与内雕。
2、355紫外激光打标机紫外激光打标机配置紫外激光器，进口高速扫描振镜系统等。
由于紫外激光打标机聚焦光斑极小，紫外激光是真正意义上的冷激光，热效应非常小，因而紫外激光打标机可以进行超精细打标、特殊材料打标，紫外激光打标机是对打标效果有更高要求的客户首选产品。
不同激光器对不同材料的作用
(2)不同脉宽
从实验结果可见 ，脉宽对雕刻效率以及质量的影响都很小，脉宽主 要在高功率密度加工需要考虑对材料的散热时起作用。
(3)不同脉冲频率
试验证明，脉冲频率为3kHz时，材料能在较少时间内被雕刻穿透。 对照雕刻点图片分析的情况可发现,随着脉冲频率增加,雕刻点之间的距离 变小，但与此同时雕刻点变浅。因此单纯考虑雕刻质量时,脉冲频率增加 有利雕刻出精细的线条。
YAG激光的波长是CO2激光波长的1/10，所以一般材料对YAG激 光的吸收率高于对CO2激光的吸收率。但是这种吸收率的差异在激 光切割机加工中，只在初始激光作用的瞬间起作用，随着材料状态 的改变，吸收率有很大的不同。
1、YAG激光器对金属材料的加工工艺 (1)不同功率密度
如图实验结果可知，雕刻效率随激光输出功率密度的升高而提高，但 需要注意的是,功率密度的进一步增加对效率提高的程度并不是非常明显。
2、CO2激光切割机现在市面上在售的，由于光电转化率较低多用于 金属薄板的切割，极少有厂家生产大功率CO2激光切割机。但是CO2激 光器的波长为10. 6μm，相对容易被非金属吸收， 可以高品质地切割木 材、亚克力、pp、 有机玻璃等非金属材料。多数厂家生产150W左右的 CO2激光切割机用于金属与非金属的混合切割，主要面向广告行业销售。
第一组
组员：
张*** 张*** 尹*** 张***
不同激光设备对不同材料的加工工艺
激光器的分类
1、CO2气体激光器 √ 2、YAG固体激光器 √ 3、光纤激光器 4、半导体激光器
材料的划分
金属材料 1、结构钢 2、不锈钢 3、铝 4、钛
非金属材料 1、合成材料 2、有机 3、陶瓷
一、CO2碳激光器
1、CO2激光器对非金属材料的加工
不同激光器对不同材料的作用
感谢观赏！
2、CO2激光器对金属材料的加工
激光无法透过金属材料，部分能量会被吸收和反射掉。金属吸收二 氧化碳激光的能力较弱，激光波长越小，吸收率越高，能量传递效率也 越高。尽管金属对二氧化碳激光的吸收较少，但只要能量密度很大，二 氧化碳激光仍可有效用于金属的焊接和切割。 比如计算机机壳的钣金切割，以及各种机器控制箱和机壳的钣金切 割是最主要的加工对象。尤其是一些产品产量不多，形状复杂，产品生 命周期不长，开模划不来的钣金切割最多，如：电动玩具机壳、自动贩 卖机机壳、配电盘等。 大于1600瓦的高功率CO2激光，主要被应用在金属焊接和表面处理上， 在工业先进国家已逐渐被国防、汽车和航天工业里一些特殊领域所采用。 但早期高功率激光的价位比较高，加上这一方面的技术养成训练有限， 所以除了国防上、一些大学和研究单位有这一方面的应用外，民用工业 较少引进此类高功率CO2激光。
(2)不同脉宽
从实验结果可见 ，脉宽对雕刻效率以及质量的影响都很小，脉宽主 要在高功率密度加工需要考虑对材料的散热时起作用。
(3)不同脉冲频率
试验证明，脉冲频率为3kHz时，材料能在较少时间内被雕刻穿透。 对照雕刻点图片分析的情况可发现,随着脉冲频率增加,雕刻点之间的距离 变小，但与此同时雕刻点变浅。因此单纯考虑雕刻质量时,脉冲频率增加 有利雕刻出精细的线条。
简介：
CO2激光器，可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6 μm， “身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连 续方式产生的激光功率可达20 千瓦以上。脉冲方式产生波长10.6 μm的 激光也是最强大的一种激光。最普通的CO2激光器是一支长1 米左右的 放电管。它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的 白光。二氧化碳激光于1964年首次运用其波长为10.6μm。
光纤激光和CO2激光那种好？有什么不同特点？
光纤激光和CO2激光那种好，有什么不同特点？激光设备以期的优异性能，越来越多的应用于各个行业，激光器有很多种类，产生的激光也是不同的，每种激光都有自己的特点，适用的行业也是不同的，我们现在应用于雕刻、切割行业的激光器，主要是光纤激光器和CO2激光器这两种，那么，光纤激光和CO2激光那种好哪，都有什么不同？首先，两种激光器的激发介质不同，产生的激光特性是不同的，光纤激光的波长是1.06μm，CO2激光的波长是10.8μm，都属于红外光，聚集后都能产生高热，融化或者气化材料，但是不同的材料对他们的吸收性能不同；非金属材料对光纤激光的吸收率很低，所以光纤激光不适用切割非金属材料；CO2激光非金属和金属都可以吸收，都能切割，但是对高反光材料就不行了，铜、铝类材料不适用。
光纤激光的电-光转换率一般是30%，CO2激光的电-光转换率是10%，一样的激光功率，光纤激光器能耗低；光纤激光因为波长小，聚集的光斑很小，可以达到0.01mm,在切割薄板时割缝小，速度快，是CO2激光的2-3倍，割缝最小0.1mm,最小割圆能0.45mm,所以光纤激光特别适合金属薄板切割。
CO2激光现在主要是用于非金属材料的雕刻切割了。
光纤激光是通过光纤传输的，可以弯曲，设备安装简便，适应多种工况；CO2激光是直线传输不能弯曲，通过反射镜折射，对设备的安装技术要求高。
光纤激光器是免维护的，寿命期内没有维护和配件费用；CO2激光器，需要定期清理激光管壁和反射镜的杂质，技术要求也高，使用中维护费用高。
以上的这些性能差异，所以在金属板材切割行业，大家普遍采用了光纤激光器；但是在非金属材料的加工时，还是需要CO2激光器。
CO2激光也有他的突出特点，那就是切割面光洁度好，垂直度高，在精密加工和高级工艺品加工时，还是会选用CO2激光器，正所谓：尺有所短，寸有所长，采用哪种激光器，就要看是加工什么材料，要达到什么加工效果了。
以上是我公司的技术人员在工作中的一些经验总结，希望对您有帮助，不足之处请各位大神们批评指正。
CO2 与Fiber laser 的区别 (ROfin)
λ [µm]How does the material being processed influence the laser choice?The wavelength of the chosen system directly influences a number of key parameters for the application. When using an optical system with identical imaging properties and same focal lengths, the spot intensity clearly differs. With a wavelength that differs by a factor 10, the fiber laser will generate a smaller spot on the work piece. This applies for example, when using typical focal lengths of 5“ for cutting and up to 300 mm for classic welding.The wavelength also has a significant influence on the absorption of the laser radiation by the work piece. Where the cutting tasks involve wood, plastics – possibly fiber-reinforced – glass or textiles all the way to paper, the CO2 laser is needed with its far infra-red radiation. There is almost no absorption for the wavelength of the fiber laser in the mentioned material.It is with metallic materials that the better absorption of short-wave radiation is seen. The chart shows the absorption of various materials of perpendicular radiation against wavelength. Iron and steel materials can be processed successfully with a Slab laser, however the fiber lasers can often achieve good results with lower output power. Non-ferrous metals that are not shown here as well as precious metals can be processed more successfully using a fiber laser. Generally the same applies to aluminium materials that are used in many alloys, these basically absorb better at short wavelengths. Copper materials should only be worked with a fiber laser.Inwiefern ist die Wahl des Lasers von dem zu bearbei-tenden Material abhängig?Die Wellenlänge des gewählten Systems beeinflusst direkt mehrere entscheidende Parameter für die Applikation. Unter Nutzung optischer Systeme mit identischen Abbildungseigenschaften unterscheiden sich die Fokusdurchmesser und damit die Inten-sitäten deutlich, da in dieser Betrachtung die um den Faktor 10 unterschiedliche Wellenlänge für die Faserlaser einen kleineren Spot am Werkstück erzeugt. Dies gilt, wenn man von typischen Fokussierbrennweiten im Bereich von 5“ beim Schneiden und bis zu 300 mm beim klassischen Schweißen ausgeht.Die Wellenlänge hat einen wesentlichen Einfluss auf die Absorp-tion der Laserstrahlung durch das Werkstück. Handelt es sich um Schneidaufgaben bei Holz, Kunststoffen – ggf. faserverstärkt – Glas oder Textilien bis hin zu Papier, ist der CO2-Laser mit seiner langwelligen Infrarotstrahlung notwendig. Die Wellenlänge des Faserlasers wird praktisch nicht absorbiert.Bei metallischen Werkstoffen erkennt man wiederum eine bessere Absorption der kurzwelligen Strahlung. Die Abbildung zeigt die Absorption senkrecht einfallender Strahlung verschiedener Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Eisen- und Stahlwerkstoffe lassen sich auch mit einem Slab-Laser gut bearbeiten. Mit einem Faserlaser ist häufig mit weniger Leis-tung bereits ein gutes Ergebnis zu erzielen. Die in der Grafik nicht dargestellten Buntmetalle als auch Edelmetalle lassen sich mit dem Faserlaser besser applizieren. Gleiches gilt generell für den Werkstoff Aluminium, der in vielen Legierungen genutzt wird, aber bei kürzeren Wellenlängen grundsätzlich besser absorbiert. Der Werkstoff Kupfer ist ausschließlich mit einem Faserlaser zu bearbeitenDoes the material thickness in the cutting processaffect the laser choice?Using nitrogen as an assist gas (fusion cuts) for fiber laser cut-ting on thin sheets of < 3 mm results in higher speeds, someti-mes using a narrower focus. A fiber laser with 1µm wavelengthis the best choice, provided that the machine is able to achievethese higher cutting speeds. With thicker material, the expulsionof melt is impeded and a larger spot size is required, thereforein this case CO 2 lasers reach higher processingspeeds.Hence choice of fiber or CO 2 can depend on thethickness of the material to be processed.For material thicknesses around 3 mm and above,the benefit of coupling 1µm radiation lessens due to the angle of the cutting front (Fresnel absorption);therefore from a speed perspective the results arepractically identical. This brings other parameters such as cost to the foreground. Additionally thecutting edge roughness increases which results inreduced quality.When flame cutting with oxygen as cutting gas, there are no de-cisive advantages for either technology, because the cutting speedthat can be obtained is essentially determined by the combustionprocess of the oxygen.Wirkt sich die Materialstärke bei Schneidapplikatio-nen auf die Laserwahl aus?Beim Laserschneiden mit Stickstoff als Schneidgas (Schmelzschnit-te) ergeben sich für dünne Bleche von < 3 mm teilweise unter Anwendung kleiner Foki größere Geschwindigkeiten. Der Faser-laser mit einer Wellenlänge von 1µm ist hier zukünftig das Mittel der Wahl, sofern die Maschine diese höheren Geschwindigkeiten umsetzen kann. Bei dickeren Blechen wird der Schmelzeaustrieb behindert, weshalb ein etwas größerer Spot ange-strebt werden muss. Hier erreichen deshalb die CO 2-Laser höhere Prozessgeschwindigkeiten. Je nach Materialstärke eignet sich entweder derFaser- oder der CO 2-Laser besser für die auszufüh-rende Schneidapplikation.Spätestens ab einer Materialstärke von ca. 3 mm wirkt sich der Winkel der Schneidfront nachtei-lig für die Einkopplung der Strahlung mit einer Wellenlänge von 1µm aus (Fresnel-Absorption). Die beiden Technologien erreichen dadurch prak-tisch identische Prozessgeschwindigkeiten, sodass die Kosten in den Vordergrund treten. Zusätzlich erhöht sich die Rauheit der Schneidkante, was die Qualität des Schneidergebnisses reduziert.Beim Brennschneiden mit Sauerstoff als Schneidgas ergeben sich für keine der beiden Technologien entscheidende Vorteile, dennder Verbrennungsprozess des Sauerstoffs bestimmt im Wesentli-chen die erreichbare Schneidgeschwindigkeit.Cutting edge quality at 3 mm stainless steel DC FL1µm - 1.2 mm - 1500 W - 9 m/min10µm - 1.2 mm - 1750 W - 6 m/min Welding with fiber laser Welding with CO2 laser Welding comparisonIs there a difference in the welding performance of the two technologies?When welding, the laser beam generates melt, but it is not expelled by gas pressure like in cutting. The general themes of the absorp-tion, polarization and angle of incidence still apply, however the angle does not occur at a cutting front, but on the flanks of the key hole.Hence it is quickly understood that with a welding depth of only a few millimetres, the fiber laser can typically achieve higher speeds, but quality must also be considered to be able to differentiate bet-ween the two systems.Because of its better focusing ability at equal beam quality, the fiber laser can achieve higher intensities through narrower focuses; how-ever this does not necessarily mean that the welding quality is better. Dependency on seam geometry, seam preparation, nature of im-pact and the material, can frequently lead to rougher seam surfaces and increased spattering/splashing. Unfortunately, no hard and fast rule can be derived as to when spatters will occur, but basically it occurs more often and with greater intensity with 1µm radiation. Both technologies share one essence: The energy per unit length, i.e., the ratio of output power to configured feed is proportional to the cross-sectional area of the welding seam. To enable particular transmission of forces or torques, a cross-sectional area is typically predefined. Wie unterscheidet sich die Schweißeignung der bei-den Technologien?Beim Schweißen erzeugt der Laserstrahl eine Schmelze, welche jedoch nicht, wie beim Schneiden, durch Gasdruck ausgetrieben wird. Die allgemeinen Themen der Absorption eines Materials, der Polarisation und des Einfallswinkel gelten identisch. Der Winkel bildet sich nur nicht an einer Schneidfront aus, sondern an den Flanken der Dampfkapillare.Damit wird schnell verständlich, dass bei Einschweißtiefen von wenigen Millimetern der Faserlaser typischerweise höhere Geschwindigkeiten realisiert. Auch hier muss die Qualitätsfrage gestellt werden, um zu einer besseren Unterscheidung der beiden Systeme zu kommen.Durch die bessere Fokussierbarkeit bei gleicher Strahlqualität, kann es bei Faserlasern durch kleinere Foki, zu höheren Intensitäten kommen. Dadurch wird nicht zwangsläufig die Schweißqualität verbessert, sondern, immer abhängig von Nahtgeometrie und -vorbereitung, Art des Stoßes und dem Material, kommt es oft zu einer unruhigeren Oberraupe und zu vermehrter Spritzerbil-dung. Leider lässt sich keine feste Regel ableiten, wann und wie es zur Spritzerbildung kommt. Es lässt sich nur feststellen, dass Spritzer nicht immer, aber prinzipiell häufiger und stärker bei 1µm Strahlung auftreten.Beiden Technologien liegt eine wesentliche Regel zu Grunde: Die Streckenenergie, also das Verhältnis von Leistung zu eingestelltem Vorschub, ist proportional zu der Querschnittsfläche der Schweiß-naht. Um eine bestimmte Übertragung von Kräften oder Dreh- momenten zu ermöglichen, wird typischerweise eine Querschnittsfläche vorgegeben.Absorption Processing speedsBeam qualityIn parallel, the cycle time of a future installation defines the welding speed. A minimum output is then always assigned to the combination. If the speed is increased at equal output, the cross section must become smaller or the speed must decrease if the cross section is increased. The only alternative is increasing the output power. Because of the better absorption, fiber lasers produce better results for many welding tasks at a particular welding depth with lower output than CO2 lasers. The adjustment of the seam geometry may be achieved by applying relevant diameters of the process fibers and/or double spot optics. Spiral mirrors must be used in the case of CO2 Slab lasers in order to adjust the beam quality of a welding task and to generate, e.g., a donut mode. Comparisons of both technologies often show an advantage of the fiber laser, but simply through the insufficiently researched splashing, the advantage may quickly evaporate.When used in a customer project, there was an advantage for the CO2laser comparing the re-solidified spatter on the workpiece: smaller particles with a factor of 2 and bigger particles with a factor of 3,5 less for CO2laser vs. fiber laser. The requirement for the surface quality prevented using a fiber laser.From the application point of view, both technologies have their justification, because laser applications with greater welding depths from ~ 8 mm can be more easily realized with the CO2 laser, unless higher power levels for the fiber laser is chosen - The latter always at the risk of splashing and a (very) rough surface of the welding seam.Parallel gibt die Taktzeit einer zukünftigen Installation die Schweiß-geschwindigkeit vor. Der Kombination ist dann immer eine Mindestleistung zugewiesen. Erhöht man die Geschwindigkeit bei gleicher Leistung muss der Querschnitt kleiner werden, oder entsprechend die Geschwindigkeit sinken, wenn der Querschnitt erhöht wird. Alternativ dazu steht nur die Erhöhung der Leistung. Faserlaser erzielen aufgrund der besseren Absorption bei vielen Schweißaufgaben eine bestimmte Einschweißtiefe mit geringerer Leistung als CO2-Laser. Die Anpassung der Nahtgeometrie kann durch Einsatz entsprechender Durchmesser der Prozessfaser und/ oder Doppelspot-Optiken erfolgen. Beim CO2-Slab Laser ver-wendet man Spiralspiegel um die Strahlqualität einer Schweiß-aufgabe anzupassen, und z.B. einen Donut-Mode zu erzeugen. Vergleiche der beiden Technologien führen oft zu einem Vorteil des Faserlasers, aber gerade die nicht ausreichend erforschte Bildung von Spritzern kann diesen Vorteil schnell überdecken.In einer Kundenanwendung ergab sich so für den CO2-Laser ein Vorteil mit um Faktor zwei weniger kleiner Schweißperlen und Faktor 3½ weniger großer Schweißperlen. Die Qualitätsanforderung an die Oberfläche verhinderte den Einsatz eines Faserlasers.Aus Sicht der Applikation haben beide T echnologien ihre Berechti-gung, denn gerade Laseranwendungen mit hohen Einschweißtie-fen ab ~ 8 mm sind mit dem CO2-Laser einfacher zu realisieren, es sein denn man setzt beim Faserlaser auf deutlich höhere Leistungen - Letzteres immer mit dem Risiko der Spritzerbildung und sehr unruhiger Oberraupe der Schweißnaht.WavelengthCost of ownershipIn order to protect the melt pool of a weld against oxidation (blank seam) and to generate a smooth seam surface, a shielding gas is needed in both cases. Indeed, when welding with CO2lasers, a shielding gas is used to prevent energy being absorbed by the plasma cloud created. In the past, helium was usually used as shiel-ding gas, but with an eye on costs, argon, CO2 and nitrogen are now more common. The consumption of this shielding gas must be included in the calculation of the operating costs.Initially, shielding gas was dispensed with for welding using 1µm lasers, because there is no need for plasma shielding for that wave-length. However, that reduces the quality of the welding seam (due to pores, holes) to the extent that sometimes an 80% welded length of a seam was accepted. This is obviously not acceptable for wa-tertight or gastight welding - but perhaps it is, for connecting two sheets of car body panels that will later be properly lacquered and sealed. An effect will also occur that is known as Mie-Scattering. The effect describes the scattering of electromagnetic waves on spherical surfaces that approximately equals with the wavelength.The particles in welding smoke often satisfy this criterion, which im-pedes the coupling of the fiber laser performance into the material. When welding with 1µm lasers, a cross-jet air stream can be used to deflect the particles. This will ensure that the optical surfaces are protected against spatters and powder as well as reducing the ef-fects of Mie-Scattering. So, for the fiber laser there is an additional cost factor, which is the consumption of clean pressurized air at the cross jet.Um das Schmelzbad einer Schweißung gegen Oxidation (blanke Naht) abzudecken und eine ruhige Oberraupe zu erzeugen, wird in beiden Fällen ein Schutzgas benötigt. Beim Schweißen mit CO2-Lasern wird sogar grundsätzlich ein Schutz-gas eingesetzt, um die Abschirmung durch die entstehen-de Plasmawolke zu verhindern. In der Vergangenheit wurde in der Regel Helium als Schutzgas verwendet. Aus Kostengründen setzt man heute vermehrt Argon, CO2und Stickstoff ein. Der Verbrauch dieses Schutzgases fließt natürlich in die Betriebskos-ten-Kalkulation mit ein.Für Schweißungen mit 1µm-Lasern verzichtete man anfangs auf das Schutzgas, denn für die Wellenlänge gibt es keine Plasmaab-schirmung. Dabei nimmt aber die Qualität der Schweißnaht so ab (Poren, Löcher), dass teilweise eine 80% geschweißte Länge einer Naht in Kauf genommen wurde. Für wasser- oder gasdichte Schweißungen ist dies also kein Ansatz - für das Verbinden von zwei Blechen einer Karosse, die später tauchlackiert und gedichtet wird evtl. schon. Zusätzlich tritt hier ein Effekt auf, der als Mie-Streuung bekannt ist. Dieser Effekt beschreibt die Streuung von elektromagnetischen Wellen an sphärischen Flächen, die in etwa der Wellenlänge entspricht.Die Partikel im Schweißrauch erfüllen oft dieses Kriterium und die Einkopplung der Leistung des Faserlasers in das Material wird dadurch behindert. Daher kommt es bei Schweißungen für 1µm-Laser in der Regel zu einem Einsatz eines Cross-Jet Luftstromes, der die Partikel ablenkt. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die optischen Flächen von Spitzern und Schmauch geschützt werden, zum anderen wird die Mie-Streuung reduziert. So ergibt sich für die Faserlaser ein zusätzlicher Kostenfaktor durch den Verbrauch der sauberen Pressluft am Cross-Jet.SafetyReliabilityWhat other factors must be considered before making a final purchase decision?Safety aspectWhen a fiber laser with its wavelength of 1µm is used, increased safety measures must be taken. The laser process area must be within a light tight enclosure, monitoring the active process is done by cameras or even a microphone. Covers and shields for CO2-based-systems can be made from PMMA or even normal glass.ReliabilityReliability is derived from the planned economically useful life of the system in relation to the actually useful economic life. Service periods, etc., limit the reliability of the laser. Optical components in CO2-laser-based systems are easy to handle, as the laser operators can clean or change them. Optics for fiber lasers must be made from quartz. No dust and dirt contamination is allowed, so the fiber can only be mounted and repaired in very clean conditions. Treating optics without this degree of care can create focal shift due to temperature change.Von welchen weiteren Faktoren sollte ich meine Kauf-entscheidung abhängig machen? SicherheitsaspektBeim Einsatz des Faserlasers mit seiner Wellenlänge von 1µm müssen verschärfte Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Aus Sicherheitsgründen muss die Laserbearbeitungsstation mit einer Vollabdeckung abgeschirmt werden. Um den Bearbeitungs-prozess verfolgen zu können ist der Einsatz von Kameras oder sogar eines Mikrophons nötig. Beim CO2-Laser ist in der Regel eine Verkleidung aus PMMA oder sogar einfachem Glas ausrei-chend.VerfügbarkeitDie geplante Laufzeit des Systems im Verhältnis zu der tatsächlich nutzbaren Laufzeit ergibt die Verfügbarkeit. Wartungszeiten etc. beschränken die Verfügbarkeit des Lasers. Optische Komponenten für CO2-Laser-Systeme sind in der Regel sehr einfach zu handha-ben. Sie können vom Bediener einfach gereinigt bzw. getauscht werden. Für Faserlaser werden Quartzoptiken verwendet, die frei von Schmutz und Staub gehalten werden müssen. Die Faser kann nur in Reinräumen montiert bzw. repariert werden. Nicht optimal betriebene Optiken führen sehr schnell zu einem Fokusschift auf-grund von Temperaturveränderungen.Service requirements Output powerThe fiber laser does not need consumables like the CO2 laser or DI-Water inside the system, that is why no downtime periods are required to exchange consumables. The cooling of the diodes is by heat conduction (passive cooling) which avoids erosion and corrosion issues that can occur by active cooling. The complete unit of the fiber laser and also any individual pump unit is exchangeable as a field service. Pump module management makes the laser work with a failed pump unit even at specified output power.The pump module life time of the fiber laser is only limited by the pumping diodes, which are nowadays well accepted being a long life component.Output powerFor today‘s current industrial applications, laser output power is not a limiting factor. This may happen if special large focal spots, gap bridging etc. are required, and in this case, it is recommended to review if this is a laser application at all. Laser power should always be optimized in application trials. It is recommended to plan for reserves that may possibly be needed in the light of industrial environmental conditions.Faserlaser verwenden keine Verbauchsmaterialien, wie der CO²-Laser und kein DI-Wasser, weshalb keine klassische Wartung mit Tausch von Verschleißteilen nötig ist. Die Pumpdioden werden über Macro-Kanäle gekühlt (passive Kühlung), wodurch das Auftreten von Erosions- und Korrosionsschäden verhindert wird, was bei aktiv gekühlten Dioden auftreten kann. Die komplette Lasereinheit des Faserlasers als auch die einzelnen Pumpmodule können durch einen Servicetechniker vor Ort getauscht werden. Kommt es zu einem ungeplanten Ausfall eines Pumpmoduls wird dieses abgeschaltet und der Laser erreicht auch ohne dieses Pumpmodul die spezifizierte Nennleistung.Die Lebensdauer der Pumpmodule ist lediglich durch die Pump-dioden limitiert, die aber heutzutage hohe Verfügbarkeiten und äußerst lange Lebensdauern bieten.AusgangsleistungDie Laserausgangsleistung ist für die heute gängigen Applika-tionen nicht mehr der limitierende Faktor. Nur bei sehr großen Brennflecken, Spaltüberbrückung etc. könnte die Ausgangsleistung relevant sein. In diesen Fällen ist jedoch zu prüfen, ober der Laser das richtige Werkzeug für die entsprechende Applikation ist. Die Laserleistung sollte immer in Applikationsversuchen optimiert werden. Es ist ratsam Reserven einzuplanen, die gegebenenfalls aufgrund der industriellen Umgebungsbedingungen gebraucht werden könnten.Beam guidanceApplicationFlexibility of beam guidance – suitability for robot operation With the CO2 laser, the beam is directed via several deflection mir-rors, therefore not as flexible as with fiber lasers. If more than three deflection mirrors are needed with the CO2laser for guiding the beam, it may make sense to think about using a fiber laser.The process fiber of the fiber laser can easily be connected to the processing optics or robot and be guided flexibly. The fiber laser does not have to be positioned next to the processing machine, because only the fiber needs to be connected. There are various lengths available, the standard is a fiber length of 15 to 20 metres. Depending on the beam quality, it is possible to work with lengths of up to 100 m.Occurrence of spatters at welding applicationsThere may be increased occurrence of spatters when using the fiber laser for welding applications. If the component to be manufactured will be for example, not be visible in the final product or perhaps even lacquered, this aspect is negligible. Therefore, the first ques-tion to be answered is whether the possible incidence of splashing may be acceptable.Flexibilität der Strahlführung – Eignung für den Roboterbetrieb Beim CO2-Laser wird der Strahl über mehrere Umlenkspiegel geführt weshalb die Strahlführung sich nicht so flexibel gestaltet wie bei den Faserlasern. Werden beim CO2-Laser mehr als drei Umlenkspiegel für die Strahlführung benötigt, empfiehlt es sich über den Einsatz eines Faserlasers nachzudenken.Die Faser des Faserlasers lässt sich leicht mit der Bearbeitungs-optik oder dem Roboter verbinden und kann flexibel geführt werden. Der Faserlaser muss nicht direkt neben der Bearbeitungs-maschine platziert werden, da nur die Faser verbunden werden muss. Diese ist in unterschiedlichen Längen verfügbar. Standard-gemäß wird eine Faserlänge von 15 bis 20 Meter eingesetzt. Abhängig von der Strahlqualität kann jedoch mit Längen von bis zu 100 m gearbeitet werden.S pritzerbildung bei SchweißanwendungenBeim Einsatz des Faserlasers kann es bei Schweißanwendungen vermehrt zu Spritzerbildung kommen. Wird das herzustellende Teil z.B. nicht sichtbar verbaut oder gar überlackiert, fällt dieser Aspekt nicht ins Gewicht. Deshalb muss zunächst die Frage geklärt werden, ob eventuelle Spritzerbildung in Kauf genommen werden kann.Is multi-station use planned?ROFIN fiber lasers can have up to four outlets, to each of which a process fiber can be connected. In turn, they can be connected to four work stations and the beam is switched from outlet to outlet.It is therefore possible to operate at four work stations with a sin-gle laser. Output may be switched or shared. With so-called …time sharing“, the beam can be switched from station to station and it is possible to work intervals with full laser performance at all four work stations.If the work stations should be simultaneously operated with one la-ser, it is possible to fall back on the …energy saving“ possibility. In that case, not the full performance is available at the work stations, but the beam is shared. With a 2 kW fiber laser, two work stations can then served simultaneously with a laser performance of 1 kW each.The CO2laser has only one beam outlet. If that one should be shared, external components, such as a beam switch must be built in.Which degree of systems accuracy is required for the application? Fiber laser focal spots can be varied in the range from 20 to 600µm. System tolerances generally have to fit the used laser focus. There are applications that require - even by using a bigger spot - toleran-ces within < 50µm to achieve acceptable results.Ist ein Einsatz im Mehrstationenbetrieb geplant?ROFIN Faserlaser können bi zu vier Ausgänge haben, an die jeweils eine Faser angeschlossen werden kann. Mit jeder Faser lässt sich eine Arbeitsstation verknüpfen und der Strahl wird von Ausgang zu Ausgang geschaltet.Mit einem Laser kann somit an vier Arbeitsstationen gearbeitet werden. Dabei kann die Leistung umgeschaltet oder aufgeteilt werden. Bei dem so genannten …Time sharing“ wird der Strahl zeitlich umgeschaltet und es kann an allen vier Arbeitsstationen zeitversetzt mit voller Laserleistung gearbeitet werden.Will man vier Arbeitsstationen gleichzeitig mit einem Laser betreiben, kann man auf die Möglichkeit des …Energy Sharing“ zurückgreifen. Hierbei steht an den Arbeitsstationen nicht die volle Leistung zur Verfügung, sondern der Strahl wird aufgeteilt. Bei einem 2 kW Faserlaser können dann zwei Arbeitsstationen gleichzeitig mit einer Laserleistung von jeweils 1 kW bedient werden.Der CO2-Laser verfügt über nur einen Strahlausgang. Will man diesen teilen, müssen externe Komponenten, wie z.B. ein Strahl-schalter eingebaut werden.W elches Maß an Systemgenauigkeit ist für die Applikation erforderlich? Faserlaser Foki können zwischen 20 und 600µm variieren. System-toleranzen müssen generell zu dem verwendeten Laser-fokus passen. Es gibt Applikationen, die – sogar bei Verwendung eines größeren Spots - Toleranzen im Bereich < 50µm benötigen um gute Ergebnisse zu erreichen.How should the costs of both laser technologies be compared?Although the invest costs of a CO2 laser are clearly lower than those of a fiber laser, this cost difference evens out when you con-sider the lower operating costs of the fiber laser.The fiber laser consumes less energy (higher wall-plug efficiency) and needs neither laser nor purge gas, which keeps the operating costs down. The assist gas consumption varies for both laser pro-cesses, so that there is no clear winner here:CO2 laser welding requires a shielding gas, which is considered expensive. The necessity is based on the absorption in the plasma cloud created above the molten pool. The shielding gas helps to couple the energy into the weld. Most welds are performed using Argon or Nitrogen shielding gas, however Helium is the best shielding gas for a lot of applications, although more expensive. As described before, when welding with short wavelengths the absorption in the plasma does not take place, but for a non-oxidized weld surface also shielding gas is required when using solid-state lasers. To reduce the Mie-Scattering effect, a Cross-Jet is necessary when using 1µm wavelength. This represents a cost indicator as well.Wie ist die Kostensituation der beiden Lasertechnolo-gien im Vergleich zu beurteilen?Während die reinen Anschaffungskosten eines CO2-Lasers deutlich geringer ausfallen als die des Faserlasers, holt der Faser-laser durch die günstigeren Betriebskosten wieder auf.Der Faserlaser verbraucht weniger Energie (höherer Wirkungs-grad) und benötigt weder Lasergas noch Spülgas, was die Betriebskosten niedrig hält. Der Prozessgasverbrauch bei beiden Lasern variiert, sodass hier kein klarer Sieger hervorgeht:Beim Schweißen mit dem CO2-Laser wird grundsätzlich ein Schutzgas eingesetzt, um die Abschirmung durch die entstehende Plasmawolke zu verhindern. In der Vergangenheit wurde in der Regel Helium als Schutzgas verwendet. Aus Kostengründen setzt man heute vermehrt Argon, CO2oder Stickstoff ein. Der Verbrauch dieses Schutzgases geht natürlich in die Betriebs-kosten-Kalkulation ein.Zwar findet beim Schweißen mit kurzen Wellenlängen, wie bereits zuvor beschrieben, keine Plasmaabschirmung statt, doch für eine oxidfreie Schweißnaht ist auch beim Schweißen mit Festkörper-lasern ein Schutzgas erforderlich. Um den Effekt der Mie-Streuung zu reduzieren wird bei Schweißungen mit 1µm-Lasern in der Regel ein Cross-Jet Luftstrom eingesetzt, der die Partikel ablenkt. Dies stellt einen zusätzlichen Kostenfaktor dar.。
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CO2激光打标机
光纤激光打标机
光纤激光打标机采用进口激光器，配备高速振镜扫描 系统（打标速度≥7000mm/s）与专业激光打标软件。 随着光纤激光器的价格不断下降，未来光纤激光打 标机是主流。由于光纤激光器采用的是模块化设计， 集成风冷装置，所以光纤激光打标机相对于其他的激 光打标机来说体积更小。日前，三公光电公司推出了 一款体积更小的便携式激光打标机，整机只有电脑机 箱一般大。光纤激光器相对于其他几种激光器来说光 电转化效率更高，光束质量更好，所以光纤激光打 标机打出来的线条也更加的精细。光纤激光打标机适 合在各类金属与非金属材料上打标。
免维护，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。
光束特性
ROFIN DC025横向边缘放电，光束呈不规则 状态，内部需增加4片镜片对光束进行整形， 由于其原始光斑不规则，所以切割断面相 对粗糙，尤其在厚板上更明显。 4000瓦
激光单模输出，能量 呈高斯分布。原始光 束均匀，金属切割断 面完美。 100000瓦
技术特点
激光器产生激光的气体消耗 光电转化效率
激光器内光路及机床外光路镜 3.73元/小时 片消耗
激光器电功率消耗 激光器水冷却系统电耗
35KW/小时 15KW/小时
维护成本
轴快流式激光器维护成本巨大，前镜尾镜 价格昂贵，涡轮机轴承寿命8000小时，8万 元每对。ROFIN DC025用于切割对激光器内 部射频阀影响太大，射频阀约9万元/根， 保修4000小时；另外rofin激光器需2000小 时点检一次，费用为5000元。
CO2激光器发展状况
封离式 慢速轴流 横流 快速轴流 涡轮风机 快速轴流 20 10000 2.5 扩散型
出现年代 功率 光束质量 MF因子
20 500 不稳定
20 1000 1.5
20 20000 10
20 5000 5
20 5000 1.2
光束质量 Kt因子
不稳定
5
35
17
9
4.5
从上表可以看出，早期的CO2激光器取向激光功率提高的方向发展，单当激光功率达 到一定要求后，激光器的光束质量受到重视，激光器的发展随之转移到提高光束质量上。 接近衍射极限的扩散冷却板条式CO2激光器具有较好的光束质量，一经推出就得到了广泛 的应用，尤其是在激光切割领域，受到众多企业的青睐。
碳钢、不锈钢。连续大量切割不 锈钢或仅小批量切割黄铜/铝板/ 铝合金/钛合金/硅钢/镀锌板等但 对射频管影响大。
可连续大量加工一些难加工的金属铜 (Cu)、铍铜(BeCu)、磷青铜 (Pbronze)、钼(Mo)、不锈钢(SS)、 镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、回火钢 (TS)等。 15—20毫米 8—10毫米 6—8毫米 薄板速度快，是CO2切割速度的2-3倍， 切割质量好，断面完美。
Hale Waihona Puke 光纤激光器的发展前景光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无 需庞大的制冷系统，具有高转换效率、低阈值、光束质量好和窄线宽等优点。 光纤激光器通过掺杂不同的稀土离子可实现380—3 900 nm波段范同的激光输出，通 过光纤光栅谐振腔的调节可实现波长选择且可调谐。 与传统的固体激光器相比，光纤激光器体积小，寿命长，易于系统集成，在高温高压， 高震动，高冲击的恶劣环境中皆可正常运转，其输出光谱具有更高的可调谐性和选择性医 疗及生物市场的强劲需求驱动了飞秒(超快)激光技术在分析仪器应用方面的快速发展。人 们正在努力对活体细胞、组织以及病毒转移特质进行实时测量和分析．这些应用对人类攻 克癌症等方面的研究至关重要。超快激光使得在对患者进行快速，非介入性诊断时可以取 得实时信息。现有超快激光的制造技术成本太高，系统的尺寸也非常庞大，这些制约了市 场的发展。光纤激光器的很大一部分应用可以走到超快激光．而且光纤激光器的生产厂商 也着重从尺寸小巧方面推荐光纤的应用。生命和健康科学是一个非常强劲的市场．因为那 里会永远不断地出现新的应用，其中很多是基于激光的应用，并且医药也在不断寻求改进。 激光不再只局限为一种外科手术工具，将会更加广泛地应用于医学诊断(如细胞影像)、药 检、DNA排序、细胞分类以及蛋白质分析等方面。激光现已广泛应用于人们前所未闻的领 域中。
光纤激光器的基本结构与原理
光纤激光器的基本结构与固体激光器的结构基本相同。
LD 耦合光学系统 工作物质 (增益光纤) 准直光学系统
泵浦源 谐振腔
谐振腔腔镜可为反射镜、光纤光栅或光纤环
横流CO2激光器基本结构及工作机理
激光器厂家
二氧化碳激光器激光器(以德国ROFIN DC025为例) 德国IPG 光纤2000瓦激光器
华中科技大学 李宇奥
在武汉三工光电设备有限制造公司，激光打标机系列产品中包括了CO2激光 打标机和光纤打标机。 目前的CO2激光打标机一般都是采用的进口CO2射频激光管， 其使用寿命可达2-4万小时，该款机型最快打标速度可达 7000mm/s。CO2激光打标机适合在绝大多数的非金属材质 上打标，例如纸质包装、塑料制品、皮革面料、玻璃陶瓷等。 随着技术的升级，武汉三工光电设备制造有限公司研发出 10w便携式co2激光打标机，该机最大的特点是突破了传统 co2激光打标机体积过于庞大的缺点，能方便的集成在各类 生产线上，设备虽然体积减小了，但是功能上完全没有任何 损失。
切割能力： 碳钢 不 锈钢 铝合金 切割板材速度
18—20毫米 8—10毫米 5—6毫 米（不能连续切割） 厚板稍慢，由于割缝细，速度较 慢。
综上所述： 1. 在切割质量及速度上光纤激光器优于二氧化碳激光器。 2. 在使用成本上光纤激光器每小时成本比二氧化碳激光器 低44.23元（按工业用电每度电一元算），若每年工作 7200小时，则每年共节省费用31万多元。 3. 由于没有外光路，在保养维护及故障率方面，同样大大 低于二氧化碳激光器，同时切割稳定性将将远优于二氧化 碳激光器。 4. 在一次性投入方面，光纤激光器要略高于二氧化碳激光 器。
轴快流式激光器混气结构复杂，使用及维护成本庞 大，光束发散较大，不适合大台面切割。德国 光纤激光器具有其它激光器（CO2、HeNa、 rofin激光器2500瓦以内光束能量密度比较集中为 DPL等）无法比拟的优点：技术成熟及其光 基准模，最适合切割；由于其结构为板条式放电选 纤的可饶性所带来的小型化、集约化，高亮 模很困难，所以2500瓦以上模式为多模（01、10等 度高转换效率 ，高能量输出高光束质量， 多种模式并存），光束能量比较分散主要用于焊接， 无需光学准直 ， 无需机械稳定 ， 省电无 切割能力和2500瓦完全安全一样，切割稳定性低于 需维修 。 2500瓦。 5.1元/小时 8%-10% 没有气体消耗。 30%以上 1.6元/小时，由于光纤激光器的諧振腔内无 光学鏡片，具有免调节、免维护、高稳定性 的优点。外光路仅为一根光纤传导。整个切 割系统只有切割头一片聚焦镜 7kw/小时 6kw/小时(含外光路光闸和切割头冷却）
最大功能率
脉冲性能
升达到同样的功率，脉冲爬升时 间比快轴流激光器多五倍，峰值 功率持续时间远短于快轴流激光 器，所以打孔能力、转角加工质 量、消除零件下表面挂渣的能力 较差
可调制成脉冲输出模式，最高频率 5KHz,响应时间小于100us，打孔能力、 转角加工质量能量好，保证切割尖角 和拐角质量。
可切割材料种类