三維激光切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)動(dòng)向研究

冉斌

（山東森峰激光裝備有限公司，山東 德州 251100）

三維激光切割機(jī)成為了新時(shí)代的潮流，經(jīng)過(guò)我國(guó)科研人員的研究，終于打破了汽車(chē)市場(chǎng)總是被國(guó)外壟斷的局面。三維激光切割機(jī)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)的不足，降低了時(shí)間，減少了人力的消耗，極大程度地縮短了零件生產(chǎn)的消耗，從而使工作效率提高，成本降低。截至目前，效率和精確度很高、功能齊全和高適應(yīng)性的三維機(jī)器人光纖激光切割機(jī)已批量推向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。本文將帶領(lǐng)大家探討三維激光切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)的動(dòng)向。

1 何為三維激光切割機(jī)

三維光纖激光切割機(jī)主要由專用光纖激光切割頭組成，它主要依靠多角度柔韌性去切割的先進(jìn)激光切割設(shè)備，它彌補(bǔ)了以往機(jī)器的短板，切割不僅速度快，而且誤差很小，可靠性極高。光纖激光器具備很有優(yōu)勢(shì)，比如它的光束質(zhì)量好、體積小、簡(jiǎn)單易行、便于操作等，它適用于多種工業(yè)領(lǐng)域，可以按照加工零件的不同，對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行不同的編程和切割，此外，激光切割頭上配置的隨動(dòng)以及光路傳輸兩個(gè)裝置，根據(jù)不同厚度的板材針對(duì)性的開(kāi)發(fā)出多種聚焦方案，解決了不能三維金屬板材多角度切割的不足。

2 三維激光切割機(jī)的優(yōu)勢(shì)

激光切割是現(xiàn)代工業(yè)的一個(gè)新興技術(shù)，在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用的頻率極高，它不需要用人工接觸，只需要通過(guò)操控電腦，就可以對(duì)零件進(jìn)行加工，便捷了生產(chǎn)工藝的環(huán)節(jié)，三維激光切割機(jī)的興起是時(shí)代所需。三維激光切割機(jī)特點(diǎn)主要在于可以利用高功率激光來(lái)切割材料表面，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，將材料加熱到一定的程度，便于更好的切割，使材料在特定的高溫環(huán)境下融化甚至是氣化，最后再把剩余融化或者是氣化的材料吹走。三維激光切割設(shè)備的工作步驟優(yōu)于平面激光切割設(shè)備，相對(duì)二維切割設(shè)備來(lái)說(shuō)，三維激光切割機(jī)更上一層樓，它有自己特定的路徑，這種特定的路徑是為了保證機(jī)器切割頭能與加工件的表面保持相對(duì)的垂直，從而保證切割的材料更加高質(zhì)量。此外，利用三維切割機(jī)還可以避免由于切割頭與加工件表面發(fā)生碰撞的情況。總而言之，三維切割機(jī)的推出，符合了當(dāng)下市場(chǎng)的需求，能更大程度地減少人力的消耗和節(jié)約成本。

2.1 三維激光切割機(jī)具備頂級(jí)的速度

通過(guò)手臂的輕量化處理以及小型馬達(dá)的使用，大幅度提升了最快速度計(jì)的加速度。另外，配合負(fù)載力及姿勢(shì)而進(jìn)行的加速度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了最佳性能的持續(xù)。

2.2 三維激光切割機(jī)具備大面積的工作范圍

三維激光切割機(jī)具備了大面積的工作范圍，大面積一方面指最大的工作范圍，另一方面指動(dòng)作范圍的增大，從而滿足了機(jī)器人下方區(qū)域動(dòng)作范圍的增大，使布局高度的自由。

2.3 三維激光切割機(jī)具備高度的擴(kuò)展性

在選件的過(guò)程中，運(yùn)用了內(nèi)置電磁閥及檢測(cè)電纜，使得各種周邊機(jī)器的使用及裝卸變得更為容易，而且，在手臂各軸均有配置標(biāo)準(zhǔn)線纜托架安裝用螺絲孔，以便配管、配線的追加。通過(guò)三維激光切割機(jī)的運(yùn)用，可以發(fā)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)可以幫助我們達(dá)到所期望的效果，這些效果是傳統(tǒng)機(jī)器不能實(shí)現(xiàn)的。三維激光切割機(jī)已逐漸發(fā)展運(yùn)用在高精度激光加工和激光雷達(dá)系統(tǒng)和激光醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中來(lái)。

2.4 三維切割機(jī)技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)

（1）精確度很高，不粗糙，切割后不需要繁瑣的加工和處理。

（2）激光加工系統(tǒng)是自身就是一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，便于零件的編排和修改以及適合不同零件特色的加工，相比較一些鈑金件來(lái)說(shuō)，他們批次冗雜而且批量較少，產(chǎn)品周期還沒(méi)有好的保障，壽命普遍較短，不管從什么方面來(lái)說(shuō)都沒(méi)有激光切割機(jī)優(yōu)秀，權(quán)衡利弊下，三維激光切割機(jī)的發(fā)展具有高度的現(xiàn)實(shí)性。

（3）三維激光切割機(jī)的運(yùn)用大大減少了時(shí)間的消耗，散熱快，熱影響小，不需要通過(guò)直接接觸機(jī)械，更為安全，適用于高密度的加工。

（4）從前的一些設(shè)備不能融化某些金屬，三維激光切割機(jī)恰好能融化掉各類金屬，對(duì)于一些硬度較高、熔點(diǎn)較高的金屬很適用。

（5）三維激光切割機(jī)的成本比較低，雖然設(shè)備的一次性投資相對(duì)比較貴，但多次使用和多次的加工整合后發(fā)現(xiàn)零件的加工成本更低。

（6）激光為非接觸加工，慣性小，加工速度快，整體效率很高。

（7）激光技術(shù)是一套自主的系統(tǒng)，具備高度的自動(dòng)化，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲較小，也不會(huì)影響周?chē)娜巳海粫?huì)對(duì)環(huán)境和人們產(chǎn)生影響。

3 三維激光切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

三維激光智能加工設(shè)備針對(duì)不同厚度的金屬板材采用不同的角度、不同的方位智能化加工，滿足了各個(gè)行業(yè)的需求。其中，汽車(chē)生產(chǎn)制造業(yè)是三維激光切割技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。

三維切割技術(shù)中的光纖激光器，它在國(guó)際上發(fā)展優(yōu)勢(shì)更突出，經(jīng)常被使用于工業(yè)上，可以通過(guò)對(duì)機(jī)器的操控和對(duì)零件進(jìn)行分割，用同樣體積的激光器來(lái)進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)氣體激光器有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且激光加工漸漸變得高度準(zhǔn)確，激光技術(shù)也成為各個(gè)領(lǐng)域的候選者，它勢(shì)必在不同的領(lǐng)域發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。三維激光切割機(jī)不僅可以作為平面切割，還可以對(duì)邊角進(jìn)行加工整合，使邊緣更加完整和平滑，它能在電腦上畫(huà)出任何圖像，并且能自主地完成加工，不需要模具的輔助，只需要在電腦上把產(chǎn)品畫(huà)出來(lái)，產(chǎn)品也可以立刻出來(lái)，既節(jié)約成本，還使開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間也大大節(jié)省了。雖然三維切割機(jī)的價(jià)格看起來(lái)比較貴，但是從整體上看，它的性價(jià)比極高，物超所值。

截至2022 年，從目前的三維切割機(jī)領(lǐng)域中，可以發(fā)現(xiàn)，三維激光切割技術(shù)的準(zhǔn)確度以及速度越來(lái)越高，未來(lái)還會(huì)實(shí)現(xiàn)更大的突破。不僅激光的光束得到了改善，此外，三維切割機(jī)更是實(shí)現(xiàn)了精確度更高和切割效率更快的行業(yè)現(xiàn)狀，它打破了二維切割機(jī)的不能實(shí)現(xiàn)的窘境，使一切不可能成為了現(xiàn)實(shí)。以前切割技術(shù)超過(guò)25m/min 是不敢奢侈的事情，現(xiàn)在不僅切割速度得到了一個(gè)突破，切割機(jī)兩軸的移動(dòng)速度和加速度也得到了相應(yīng)的提高。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，激光切割機(jī)的功率也要相應(yīng)地增大，在功率增大的同時(shí)，切割領(lǐng)域也從以往的輕薄板切割向工業(yè)汽車(chē)領(lǐng)域進(jìn)軍。不同的功率對(duì)應(yīng)切割不同的厚度鋼板，三維激光切割機(jī)的領(lǐng)域在不斷嘗試、不斷突破，同時(shí)也取得了應(yīng)有的成就。三維激光切割技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大面積切割的工作范圍，激光切割技術(shù)不在局限于輕工業(yè)，而是向更大的領(lǐng)域發(fā)展，開(kāi)始研究更大厚度很大尺寸，三維激光切割機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了激光切割機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展，完善了中國(guó)的工業(yè)技術(shù)。隨著三維激光切割機(jī)的興起，汽車(chē)和航空領(lǐng)域使用切割機(jī)的頻率越來(lái)越高，我國(guó)的汽車(chē)領(lǐng)域也加入了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的行列。三維激光切割機(jī)應(yīng)該立足當(dāng)下，將理論與實(shí)際結(jié)合，實(shí)現(xiàn)激光切割機(jī)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促使三維激光切割技術(shù)更加成熟，三維激光切割機(jī)對(duì)于經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展非常有必要，因此，它需要時(shí)刻完善和優(yōu)化。

4 三維激光切割機(jī)的對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響

三維激光切割機(jī)對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了重要的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這些技術(shù)也是處于一個(gè)食物鏈中，劣質(zhì)的產(chǎn)品注定被淘汰，經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展是正相關(guān)的，各個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，我們不能安于現(xiàn)狀，如果想在這個(gè)社會(huì)上有一席之地，就應(yīng)該把精力和時(shí)間投入有發(fā)展前途的領(lǐng)域中，就比如激光公司這類，盡自己最大努力去爭(zhēng)取。三維激光切割機(jī)在工業(yè)技術(shù)中占了很重要的一部分作用，與此同時(shí)，它也影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

因?yàn)閲?guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，工業(yè)制造速率提高也是毋庸置疑。在工業(yè)制造的過(guò)程中，技術(shù)很重要。三維激光切割機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用，適應(yīng)了國(guó)家未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，如果從運(yùn)用的必要性來(lái)說(shuō)，三維激光切割機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)有一個(gè)很好的促進(jìn)作用，它不僅僅提高了生產(chǎn)零件的效率，還使零件更加精細(xì)化，減少了誤差。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，三維激光切割機(jī)是使用頻率極高的設(shè)備，在生產(chǎn)加工過(guò)程中，有超過(guò)一半的生產(chǎn)加工工作必須依賴三維激光切割機(jī)技術(shù)，才能完成這一道工序。三維激光切割機(jī)技術(shù)準(zhǔn)確度極高，適用于多個(gè)領(lǐng)域、而且對(duì)環(huán)境污染小、噪音低，優(yōu)于傳統(tǒng)切割模式不是一星半點(diǎn)。此外，在大設(shè)備的工作中，利用三維激光切割技術(shù)，不僅不需要借助模具，而且還保障了質(zhì)量，工作效率提高的同時(shí)零件質(zhì)量還得到提高。因此，三維激光切割機(jī)技術(shù)在不同的領(lǐng)域中受到了極大的關(guān)注度，它被高度運(yùn)用于汽車(chē)制造業(yè)以及飛機(jī)的制造中。

通過(guò)對(duì)近年來(lái)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在加大工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，三維激光切割機(jī)技術(shù)也得到了一個(gè)高效的發(fā)展。通過(guò)三維激光切割機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展和壯大，可以讓其在運(yùn)用過(guò)程中更加現(xiàn)代化。從目前發(fā)展來(lái)看，三維激光切割機(jī)技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有被抑制，而是更加宏偉壯觀，發(fā)展越來(lái)越壯大和成熟，也被工業(yè)產(chǎn)生所依賴，成為不可或缺的技術(shù)之一，但是國(guó)內(nèi)與國(guó)外的激光技術(shù)相比，相對(duì)比較落后，所以我國(guó)仍需加強(qiáng)對(duì)激光技術(shù)的研究，爭(zhēng)取早日趕超國(guó)外。

5 三維激光切割機(jī)的未來(lái)動(dòng)向

三維激光切割機(jī)能夠以更高的精度和效率對(duì)具有各種成分和形狀的眾多材料進(jìn)行高效切割。這種切割設(shè)備大幅降低了各行各業(yè)中瑕疵產(chǎn)品的數(shù)量。許多發(fā)展中和發(fā)達(dá)國(guó)家日益增長(zhǎng)的旨在通過(guò)更快的交付周期以及采用新型制造技術(shù)來(lái)保持其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的需求，在很大程度上會(huì)推動(dòng)三維激光切割機(jī)的需求。

5.1 三維切割機(jī)將實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率

如果機(jī)器變得完全自動(dòng)化，一方面，再搭載使用高精度的激光加工頭，即可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的激光輸出功率，對(duì)各種金屬的切割也更加精準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，三維激光切割機(jī)正被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車(chē)制造業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)等各制造業(yè)中。另一方面，光纖激光器在薄板和微細(xì)加工應(yīng)用中的比率上升也成為助力三維激光切割機(jī)市場(chǎng)未來(lái)增長(zhǎng)的關(guān)鍵趨勢(shì)之一。光纖激光器基于其與氣體或固體激光器相比所展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)而被各行業(yè)廣泛使用。由于配置了高效的冷卻組件，這類激光器能夠提供更高的切割速度和更長(zhǎng)的可操作時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率以及更短的停機(jī)時(shí)間。

5.2 三維切割機(jī)推動(dòng)電子和醫(yī)療設(shè)備的微加工

此外，光纖激光器具有高度的靈活性，可以在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)緊湊切割，并且由于省去了移動(dòng)組件的使用，其維護(hù)需求也大幅降低。鑒于此，具有高精度切割性能的光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)是推動(dòng)了其在更多電子和醫(yī)療設(shè)備組件的微加工領(lǐng)域的應(yīng)用份額。

5.3 激光切割技術(shù)逐漸向著自動(dòng)無(wú)人化發(fā)展

通過(guò)三維切割機(jī)的實(shí)際操作可以發(fā)現(xiàn)，激光切割不再局限于薄的金屬板，它正在向更厚的領(lǐng)域和更困難的領(lǐng)域進(jìn)軍，三維激光切割技術(shù)推動(dòng)了激光技術(shù)的發(fā)展，也進(jìn)一步推動(dòng)了國(guó)家工業(yè)的發(fā)展，使我國(guó)能夠參與國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)中，并且有朝一日能夠達(dá)到并駕齊驅(qū)甚至超過(guò)其他國(guó)家的局面。汽車(chē)、航空和醫(yī)療等行業(yè)高度依賴激光技術(shù)，并且不斷運(yùn)用激光技術(shù)。通過(guò)三維激光切割機(jī)的實(shí)際操作，將更加有益于激光切割技術(shù)向更準(zhǔn)確的角度發(fā)展，做到精益求精，三維激光技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了工業(yè)的成熟，在未來(lái)的發(fā)展中，它不再是單純的切割技術(shù)，也正在朝著自動(dòng)和無(wú)人化這兩個(gè)高性能發(fā)展。此外，通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合作，使無(wú)人化和自動(dòng)化的切割技術(shù)成為可能。經(jīng)濟(jì)在高速發(fā)展，對(duì)于技術(shù)的要求只會(huì)越來(lái)越高，激光切割技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)人化正在被一步一步地實(shí)現(xiàn)，相信未來(lái)，它會(huì)出現(xiàn)在大眾的視野。

6 結(jié)語(yǔ)

科技的發(fā)展不會(huì)止步，三維激光切割技術(shù)也將做到步履不停。目前，我國(guó)的切割技術(shù)仍然不能與國(guó)外相匹敵，不僅在設(shè)備的研發(fā)上缺少高光束質(zhì)量的高功率激光器，科研人員也相對(duì)較少，很多技術(shù)都是從國(guó)外高價(jià)引進(jìn)的，理論的研究也存在明顯的短板，三維切割技術(shù)不管是在當(dāng)下還是未來(lái)都很重要，如果將其與各個(gè)領(lǐng)域完美結(jié)合，將會(huì)有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，所以關(guān)注三維激光切割技術(shù)的同時(shí)，我們也要參與其中，爭(zhēng)取讓切割技術(shù)的發(fā)展更加完善。