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深度分析 | 光纤激光器的小型化趋势


近年来,万瓦激光器已经成为工业激光领域的标配产品,万瓦激光的普及大幅提升了工业加工的效率和能力边界。然而,随着大量厂家涌入万瓦赛道,同质化竞争也让这一市场陷入“价格战”的红海中。这一环境也让中国光纤激光市场增长陷入“似涨非涨”的准停滞局面。
    光纤激光同质化的破局尝试为打破这一市场困局,不少企业开始寻求差异化的竞争路线。目前对光纤激光器而言,较为明显的三条路线是高功率、高亮度、小型化。
高功率是过去几年光纤激光发展的主旋律,随着万瓦激光开始普及,3万瓦、4万瓦、5万瓦陆续进属加工市场,对激光器本身而言,其核心难点在于器件的功率耐受性及长期稳定性;对实际应用而言,缺乏稳定可靠的配套部件是其发展的最大阻碍。高亮度实际上是回归激光的基本属性,通过提升单位面积能量密度,实现高亮度低功率替代高功率的效果,同时在高反材料加工、先进制造等领域有着明显优势,其核心难点在于模式不稳定性、非线性效应的控制。
小型化则是一把开启激光应用新世界的钥匙——体积更小、oe娱乐登录注册黑吗?重量更轻、集成度更高,颠覆了过去对激光加工的认知,并催生了诸如手持激光焊接、手持激光清洗等便携式激光工具,极大地推动了激光应用的发展。
笔者过去曾多次探讨过高功率、高亮度的发展趋势及市场境况,今天重点聊聊小型化的市场趋势。
    万瓦激光器小型化历程由于光纤激光可以通过模块叠加及合束的方式实现功率提升,因此在光纤激光器功率提升的过程中,激光器的整体体积也在不断。2017年,采用多个2kW模块合束的6kW光纤激光器进入工业市场。随后一两年间,8kW、12kW、15kW、20kW激光器陆续登场,但当时即便是20kW激光器也都是在2kW或3kW的基础上进行合束,这导致成品体积巨大。尽管性能有所提升,但过大的体积也给用户的运输和装配带来较烦。随着万瓦需求日益明显,激光器厂家开始思考如何降低整机体积。
初期的主要思路是提高单个激光模块的功率,将过去3kW逐步提升到4kW、5kW,通过减少万瓦激光器的合束模块数量来降低体积。然而在这一阶段,突然减少的模块数量及突然增加的单模块功率,对激光器各核心的稳定性提出了很大的挑战。
当上述挑战被陆续克服,单模块激光器的另一大优势开始显现——不用经过合束的单模块激光,光束质量大为提升,在薄板加工、精密制造等领域比多模激光器性能明显提升。于是,高功率单模块激光器开始成为独立产品与激光设备进行集成。
在这一阶段,国内激光器厂家针对单模块激光器的应用场景及光学特性,进行了大量的优化及改进。经过几年努力,单模块12kW激光器问世。oe娱乐登录注册黑吗?相比多模12KW激光器,单模块12kW激光器体积减少约60%,重量减少约40%,且在某些材料上的加工能力堪比15kW。可以说,这一阶段的核心思路是:以更小体积的单模块激光器,在部分应用场景取代多模合束的激光器。
在追求更小体积的方向指引下,一些激光器厂家开始构思全新的设计理念,实现了单模块激光器的体积再缩小。以小型化产品线较为完善的凯普林举例(凯普林将小型化产品命名为闪电系列,为方便叙事,下文将凯普林小型化产品统称为闪电系列激光器)——

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