走进光博会，走近光纤激光革命

创新推动技术进步在二十世纪九十年代呈现爆炸式发展。制造技术和其他主要进展均取得长足进步，从最原始CAD系统、笨重的机器人和基础3D打印，到人工智能和工业4.0的兴起，后者驱动高效制造，新商业智能和高度复杂的智能工厂。然而，制造业最大的创新是在工业应用中引入了光纤激光器。

光纤激光器使制造商加工材料的方式发生了革命性改变，加工变得更加快速、可靠，并能有效切割和焊接难加工的材料，例如高反材料、异种材料、极厚或极薄的材料。因此，生产商和制造商只有从日用品中的高质量和低成本生产中获利，然而电消费品和电动汽车，这些产品很难以其他方式来降低成本。

故事起源

为了更好地理解光纤激光器是如何在材料加工中占据重要地位的，让我们把目光转回1990年，当时Valentin Gapontsev和Igor Samartsev首次提出使用光纤激光技术生产大功率激光器。尽管饱受争议，两位物理学家成功研发了首台单模高功率红外光纤激光器。

高功率是通过由Gapontsev和Samartsev研发的侧面泵浦技术实现，这使得多模泵浦二极管发射光能够有效地耦合到有源增益滤波器的包层中。同年晚些时候，Gapontsev正式成立IPG Photonics公司，该公司很快成为公认的光纤激光技术领导者和创新者。今天，IPG作为一家总部位于马萨诸塞州牛津市的上市公司，在世界各地设有25家工厂，拥有5000多名员工。1990年，Valentin Gapontsev和Igor Samartsev提议使用光纤激光技术来生产大功率激光器。不久，Gapontsev创立了IPG Photonics，公认的光纤激光技术领导者和创新者。

在Gapontsev博士之前，从来没有人考虑使用光纤激光器进行材料加工——它们被认为无法输出超过几百毫瓦的功率。早先，光纤激光器仅用于数据传输，即便如此，它们能够传输的距离无法确定。但Gapontsev却看到了光纤激光器的潜力，这要归功于技术迭代。最终，这项技术在世界各地的制造中得以应用。2006年，IPG推出了首款可在市场上销售的3kW光纤激光器。当时，CO2激光器正作为制造业可选的切割工具，但光纤能够更加快速高效地加工各种材料，于是，新型激光器很快便侵占了市场。

为了保持光纤激光器快速投入应用的步伐，Gapontsev领导IPG实现垂直整合和全球化扩展，以控制整个供应链，并确保为客户生产优质可靠的产品。除了光纤激光器，IPG可自主生产激光二极管、二极管封装、光纤放大器和全套激光系统及各种激光配件，如光学元器件、光闸和冷却机。在Gapontsev 带领下，IPG继续对光纤激光技术进行革新，包括开发电光转化能效超过50％的产品，这为客户大大节省了生产成本“我们在继续完善我们的激光器并在研发上追加投资”，IPG全球市场营销资深副总裁Trevor Ness说，“我们深知，在这个不断变化的世界，我们要履行持续创新的承诺，以及为市场提供最有效可行的光纤激光器解决方案的承诺”。

IPG持续创新，不断缩小激光器占地空间，又降低IPG激光器耗电成本。公司产品全系列不断充实进新的产品和应用。三项新创新包括连续（CW）激光器加入准连续（QCW）模式、新型光束模式可调激光器和激光焊接熔深监测解决方案系统。

准连续

IPG为连续激光器引入了新型准连续模式，使激光峰值功率高达平均功率的两倍，在维持连续激光切割能力的同时，提高了穿透速度、穿透质量和穿透较厚材料的能力。高峰值功率减少热量输入，在准连续（QCW）模式下通过对较厚材料进行清洁、定向钻孔，提高了精密复杂零件的切割质量和钻孔能力。

这一独特的性能源自IPG准连续（QCW）二极管设计，这种设计有助于在较短工作周期内提供极高峰值功率，并能够实时切换到连续（CW）模式。该准连续（QCW）模式是为最新发布的YLR和YLS激光器专门提供的，从而提高了切割和钻孔质量，增加了加工量，同时节省了材料、时间和操作成本。

“在我们的连续激光器中推出准连续（QCW）模式是IPG通过先进的激光技术解决车间问题的一个范例，这种解决方案能够降低购置成本，与此同时又提高了整体生产力，”Ness解释说。

光束可调模式

与传统光纤激光器采用单输出光束进行激光传输不同，IPG YLS－AMB解决方案允许客户在一系列应用中改变输出光束模式并提高灵活性。光束模式可以从高强度中心点调整为较大的环形光束或一系列环形光束。该技术在切割、焊接和清洗等应用中有着广泛的应用。

在切割方面，该技术可用于加工更厚材料和提高穿透能力和切割质量。在焊接某些材料组合时产生较低飞溅，改善焊接质量，同时在焊接前外环光束前帮助清洁材料。

“由于具备20kW的总输出功率，AMB以同一台激光器加工厚板和薄板且加工质量提升，同时展示出IPG超过45％的行业领先电光转换效率”，Ness补充道。“AMB为我们的客户打开了一个灵活的全新世界，为客户提供薄金属切割所需的精度，以及厚金属切割所需的质量和速度。AMB还为某些特定的焊接配置提供生产力解决方案，这将有助于降低运营成本。”

激光熔深监测

IPG最近推出了最新的创新产品，LDD－700，一种多功能焊接全过程监测系统。LDD－700通过测量焊接工艺的质量和一致性来改进焊接操作，减少了对产品进行破坏性试验的需求，从而达到一致性和准确性水平，以及传统焊接监控系统中所不具备的熔深监测能力，可简化质量控制流程并大幅减少返工。

LDD－700采用通过与焊接激光相同的光束传输系统，低功率红外激光束，在焊前、焊中和焊后测量材料表面，单独显示该零件的情况。红外激光束重新反射回焊接头，然后生成精确测量匙孔深度的成像系统；同时确保光束射入零件的正确位置，其结果精确性堪比破坏性试验。

LDD产品线总经理PaulWebster称，“LDD－700将激光质量控制提升到新阶段，即从质量监控到质量监测。采用校准的公制单位，使用户可以比较不同焊接系统，或者将焊缝与原始图纸进行比较。这可以帮助制造商对其整体焊接操作有一个切实的了解，即使在世界各地不同国家的不同工厂焊接。”

由于监测位置在头部，与安装在焊接操作这附近的单独摄像头不同，制造商无需担心传感器是否意外偏离。集成设计还考虑到了在狭窄空间中进行精确焊接监测。

“直接测量焊缝意味着你现在可以监测整条焊缝长度的全过程”，Webster解释说。“当破坏性测试作为唯一的选择时，许多厂商为保持生产力承受着压力，在等待测试结果以确认其流程时，继续‘冒风险’。如果以后的测试结果显示生产不可接受，可能会导致成本损失和运营中断。使用破坏性试验也意味着未试验产品的质量永远无法得到保证。LDD－700通过对每条焊缝进行可靠的过程测量，大大降低了此类风险。”

Webster列举了一个客户案例，该客户必须在制造过程中的各个阶段焊接多个大公差部件。在焊接过程中及早发现错误帮助制造商免去报废昂贵零部件的风险。Webster说：“即使生产才过半，制造商也能充满自信，一切进行顺利。”

利用LDD系统，可在第一时间发现缺陷，并避免在缺陷部件上做进一步浪费性投资。通过这种方式，及早关注质量控制是利润最大化的关键。”LDD系统是医疗、航天和汽车等行业的理想选择，这类行业许多产品属于安全至上的产品。LDD系统也非常适用焊接质量对成品整体质量起关键影响的应用。

砥砺前行

在今天的快节奏世界中，一切都在不断变化，IPG Photonics已为超越标准创新步伐做好了准备。公司通过不断创新和开发尽可能优质的产品来实现这一目标，为当前和未来需求提供最可靠的光纤激光器解决方案。“这三项新创新是Gapontsev博士正在履行的－使光纤激光器成为大规模生产的首选工具－这一全球使命的极好范例。”Ness表示，‘LDD－700’光束可调模式和新型准连续（QCW）模式证明了，IPG致力于降低客户拥有成本的同时提高他们的整体生产力。”

“尽管我们运营了将近30年，但这确实是公司历史上的一个关键点。”他总结道，“基于我们当前的产品版图和即将推出的创新，我们尚处于起步阶段。”