繁體從歷史上看，提高雷射功率一直被視為提高加工過程效率的最直接、最有效的方法。 然而，隨著60000瓦雷射切割機的出現，行業內出現了一場關於我們是否； 我已經達到了雷射功率的上限。 Penta Laser總裁吳讓達認為，這種功率水准足以完全取代电浆和火焰切割科技。 他認為，突破這一門檻是成功的； 它不會在削减效率或能力方面產生實質性的收益，反而會新增用戶的成本和能源使用。
然而，工業部門對更高效率的追求是永恆的。如果我們確實達到了雷射功率的頂峰，那麼在追求提高加工效率的過程中，我們還有哪些途徑可以探索？讓我們深入研究可以在不依賴增加雷射功率的情況下優化性能的替代策略。
加倍加速：碳纖維梁的創新集成
在不徹底改變核心技術的情況下提高工具機性能的挑戰並沒有讓作者徹夜難眠。他最近對飛躍雷射的訪問給他帶來了靈感的火花，特別是透過他們在機器底座設計上的創新方法。
飛躍雷射作為一家領先的高新技術企業，在精密雷射技術的應用和發展方面取得了長足的進步。他們的專業知識涵蓋各種雷射應用，包括切割、焊接和打標，並擁有良好的成功記錄。飛躍雷射總經理劉表示，他們去年發起了一項改變遊戲規則的舉措，將碳纖維梁整合到他們的機械中。這些橫樑將高強度、抗變形和輕量化設計完美結合，不僅提高了加工效率，還有助於降低實際應用中的成本。
橫樑是龍門工具機的關鍵元件，其靜態和動態特性決定了機器的整體性能。這反過來又顯著影響機器的加工效率、精度和穩定性。傳統上，機床採用金屬梁，主要由鋼和鋁合金製成。
鑄鋼樑因其穩定性和精度而備受推崇，但其巨大的重量通常限制其在不需要高速運行的應用中使用。為了實現高速和高加速能力，這些機器需要具有大扭矩的強大電機，這可能成為動態性能達到峰值時的限制因素。為了解決這個問題，業界開始探索鋁合金梁以減輕重量。然而，儘管鋁梁較輕，但其速度和加速度的提高仍然受到限制。該材料的低模量使其更軟且更容易變形，其高熱膨脹係數會對機器的精度產生不利影響。因此，鋁合金梁通常需要每 3 至 6 個月重新校準一次，以保持精確度。
碳纖維樑的重量明顯更輕，重量僅為鋼的 1/5 至 1/4，鋁合金的 1/3 至 1/2。重量的大幅減輕改變了遊戲規則，使我們能夠顯著提高工具機的速度和加速能力。飛躍雷射研發團隊的劉先生表示，自從採用碳纖維梁以來，他們已經取得了令人矚目的進步。
該團隊不僅將精密切割機的加速度從先前的 0.8G 到 1G 提高了一倍，達到了令人印象深刻的 2G，而且在精度方面也實現了顯著的飛躍。精度已大大提升至微米級，證明了碳纖維技術對其機械的變革性影響。這項創新不僅在於速度，還在於速度。它關乎精度和效率，並樹立了業界新標準。
碳纖維梁：機床效率的成本效益創新
劉不僅強調了飛躍雷射碳纖維樑的速度優勢，還強調了其節省成本的潛力。利用碳纖維的自然輕盈性，這些橫梁具有最小的運動慣性，從而顯著降低了對機械機架和電機系統的要求，並減輕了機器底座的整體重量。傳統上，利用鋼或鋁合金梁實現高速和高加速性能需要使用強大的高扭矩馬達。然而，透過碳纖維橫梁，飛躍雷射成功地保持了相同的性能水平，同時有效降低了與機座、機架和馬達相關的成本。即使使用標準電機，它們現在也可以實現 1G 的加速度，並且精度顯著提高。
在工業領域，對更高速度和加速度的不懈追求往往以犧牲精度為代價，反之亦然。同時增強兩者通常需要對更堅固的馬達和機架進行大量投資，這可能並不總是能透過它為用戶增加的價值來證明是合理的。劉指出，小微企業無法承受如此高風險的投資，而且可能不被客戶接受。然而，碳纖維梁以傳統金屬梁成本的一小部分提高了成功提高加速度的可能性，促使飛躍雷射完全淘汰金屬梁，轉而採用碳纖維。
對於最終用戶來說，採用碳纖維梁可以節省大量成本。隨著工具機從1G到2G翻倍加速，用戶現在可以用一台機器的投入獲得兩台機器的產出，顯著提昇機器的價值。此外，較輕的橫樑減少了承受主要運動負荷的導軌和機架的磨損，從而延長了這些部件和設備的整體使用壽命。
值得注意的是，金屬樑的製造過程涉及熱加工，這會產生殘餘應力，隨著時間的推移導致彎曲和變形，影響機器的精確度。即使經過反覆時效熱處理，這些應力也無法完全消除。鋁合金橫樑較軟，容易變形，需要經常重新校準以確保精度，增加了售後服務成本，並可能導致潛在的停機維護。
相較之下，碳纖維是一種無機脆性材料，不會發生塑性變形。其最小的斷裂伸長率以及抗蠕變和疲勞能力意味著它可以保持高精度，而無需頻繁重新校準。碳纖維樑的重量較輕，也減少了馬達上的壓力，最大限度地減少了熱量的產生和馬達燒毀的相關風險。這不僅可以幫助企業節省售後成本，還可以讓使用者免去頻繁停機維護的不便。
碳纖維束：自然適用於高功率雷射切割機？
由於飛躍雷射主要生產精密雷射設備，最初可能無法滿足前面提到的高功率雷射切割機的需求，因此筆者為最初的問題尋找更合適的答案。透過飛躍雷射總經理劉的介紹，筆者聯繫到了國內唯一的碳纖維橫樑生產商——海森德克複合材料科技有限公司。
海森德克總裁李先生介紹說，該公司曾為國內一家功率超過10000瓦的超高功率雷射切割機製造商提供支持，並獲得了大量訂單。雖然這些機器優先考慮速度和加速度，尤其是在功率達到峰值時，但它們的精度要求可能不像精密設備那麼嚴格。
作者承認，增加雷射功率後，切割複雜或小型圖案時，速度往往會受到限制。只有更長的直線或弧線才能真正利用高功率的速度優勢。隨著工業設計的進步，工具機加工的物件越來越彎曲、精細、複雜，僅靠高功率並不能全面提高加工效率。關鍵在於運動軸的加速度和速度，特別是橫樑的加速度。
目前，鋼樑過重，驅動馬達功率和扭矩不足，導致振動，限制了性能的提升。雖然鋁梁較輕，但其柔軟性和剛性不足會導致加速過程中的振動，這也限制了性能的提升。另一方面，碳纖維梁重量輕，與鋁材相比具有優越的剛度，接近鋼的剛度。此外，材料本身對振動傳播具有出色的阻尼特性，有助於減少因運動引起的振動。因此，碳纖維橫樑可以顯著增強高功率切割機的動態性能。
李先生也討論了碳纖維樑的抗意外損壞能力。龍門橫樑通常採用雙邊馬達數控同步驅動，在控制系統故障或外部碰撞的情況下可能會失去同步，可能導致橫樑卡住或嚴重扭曲變形。容易發生塑性變形的金屬材料可能會永久變形，需要更換梁。然而，碳纖維不會發生塑性變形，並且在沒有內部損壞的情況下，在顯著變形後可以恢復到原來的形狀。此特性使得碳纖維優於金屬材料，適合用於振動台彈簧板等彈性部件，保持穩定的彈性而不衰減。
海迅達將於6月27日至29日參加深圳國際會展中心（寶安新館）雷射博覽會，並在9號館C112展位與業界同仁進行深入交流。
