在2022年10月25－28日在德国汉诺威金属板材加工技术展（EuroBLECH）上，不少功率高达30kW的平面钣金激光切割机成为了亮点。
2019年左右开始，30kW的平板钣金切割设备陆续在市面上冒头。然而，目前提供这种功率的公司名单现在已经扩大到包括：Bystronic、Eagle Laser、Cutlite Penta、Bodor Laser、Golden Laser、HG Laser、Morn Laser和Penta Laser等等。
（1）瑞士百超：首个30kW系统ByCut Star
这其中，瑞士百超（Bystronic）尽管是钣金加工领域最大的品牌之一，也是到了2022年才进入这一水平功率体系。在2022年EuroBLECH大会上，Bystronic发布了其首个30kW系统——ByStar Fiber系列的后续产品ByCut Star。
Bystronic美洲销售区域副总裁Brody Fanning表示：“我们采用了ByStar平台，改进了其切割效率、加速度和运动动力学，还调整了机器内部的形状，以适应更高的功率瓦数。”
（图片来源：Bystronic）
虽然该系统可以稳定可靠地切割30毫米厚的薄板，如不锈钢、铝、黄铜和铜，但Bystronic预计ByCut Star将更多地用于在10－20毫米的中等厚度金属板范围内实现更高的进给速率，在那里它提供了更高的切割速度和边缘质量。Brody Fanning称，与15kW系统相比，30kW系统使用户能够以两倍的速度切割6－15mm的低碳钢。当你达到20mm及以上时，这个速度是15kW系统的两倍多。
因此，该机器主要针对的是在这个范围内工作的公司，例如那些生产农业和建筑设备的公司，以及一般金属服务中心和工作车间。
像这样高功率的激光切割设备，为什么在市面上变得越来越多了呢？
Brody Fanning分析称，长期以来，这些激光器中使用的功率源一直都可以扩展到更高的瓦数。而最近进化到这一高功率水平，背后依赖的是激光切割头技术的发展。如今，不少厂商的激光设备已经配备了更好的光学系统，具有更好的散热性，而且总体上更耐用——在大功率切割过程中，其光学系统可以保持非常清洁的程度，并且运营成本更低。
（2）美国相干：≥30kW切割头
工业激光光学领导厂商相干（Coherent）就是这样一家公司，在展会上它展示了三个新的BIMO－FSC3系列切割头，其中一个功率高达30kW。
该切割头可对厚达50mm的薄板金属（如低碳钢、不锈钢和铝）进行高速光纤激光切割，同时即便在最恶劣的工业环境中也能提供稳定的正常运行时间和高度的可靠性。他们的光学设计提供了一个相当宽的焦点和变焦范围，能在任何条件下实现最大的操作灵活性和特殊的切割性。
据介绍，BIMO－FSC3－Z－HP可处理高达30kW的激光功率，具有高度感应能力和大聚焦深度，在保持切割超大幅面金属薄片的高质量和一致性的同时，还带来了超快的切割速度。
相干的新型BIMO－FSC3切割头可以轻松地使用高达30kW的激光功率。
（图片来源：Coherent）
据Coherent激光切割生产线经理Alexander Müller介绍，整个切割头系列的独特之处在于——在使用超高功率激光加工较厚材料时，它们都是为了减轻飞溅造成的损害而设计的。
BIMO－FSC3系列的特点是在光束离开头部之前，在倒数第二和最后一个光学元件之间的相隔最大。这意味着，只要有飞溅（比如每10000片飞溅中就有一片）成功地进入切割头，它就会在这么长的距离上损失掉能量，因此不会损坏光学系统。从长远来看，这大大减少了切割头所需的维护量。
新系列切割头的另一个吸引人的特点是其高数值孔径（NA）——BIMO－FSC3－Z－HP 30kW切割头达到了0．15，BIMO－FSC3－l 20kW切割头则为0．18。这使得这种切割头对中国市场特别有吸引力，中国目前是超高功率激光切割最大的采用市场。
Alexander Müller表示：“与我交谈过的一家公司表示，目前已在中国销售了100多台30kW系统。对于20kW的系统，这个数字接近500台。”在这个市场上，拥有高数值孔径（NA）切割头对系统制造商非常有吸引力，因为在那里销售的光纤激光器的参数有时可能与数据表上的确切规格不同。所以我们想要制造具有高耐受力的切割头。即使在面对质量稍差的光束时，这些头也能轻松处理20－30kW的功率，而不会有大量的功率施加在激光头内并造成潜在的损坏。”
Coherent表示，汽车生产、造船、白色家电制造、能源基础设施建设和维修是新业务的目标市场。Müller指出：“根据我们的讨论，为这些市场提供切割机的公司（无论是等离子切割还是激光切割）正准备进行碳足迹分析，以确定切割一定数量的材料需要多少二氧化碳。在这方面，激光切割可以提供很大的好处，因为它消耗的能量比等离子切割要少得多。”
（3）德国普雷茨特：40kW激光切割头
激光材料加工和光学测量技术商普雷茨特（Precitec）是另一家提供超高切割功率的切割头的公司。该公司展示了其Proctter 2．0，由于其复杂的冷却概念和扩展的行进路径，该切割头能够实现高达40kW的激光功率。其切割头的工作波长为1030－1090nm，高数值孔径（NA）为0．18。
Precitec焊接业务部门主管Martin Halschka指出，Proctter 2．0的高数值孔径（NA）意味着它可以处理极强大的光束，但质量低于标准。Halschka强调，新的激光头将在中国市场上具有优势，Precitec已经看到了造船和建筑等行业对超高功率激光器的大量需求。在这些行业中，激光焊接技术已被证明比等离子切割技术更有优势、更经济。
除了在展台上展示一个40kW的切割头，能够用低碳钢和不锈钢进行100米厚的切割，Precitec还展示了一个100kW切割头未来的设计研究。
尽管40kW的功率对于一个切割头来说是一个惊人的数字，但Halschka指出，Precitec目前也在研究50kW的型号，可能在不久的将来推出。更重要的是，该公司甚至创造了一个设计模型，展示了它认为未来100kW的切割头会是什么样的。当被问及功率是否真的能达到100kW这么高时，Halschka称——两年前没有人在谈论50kW，而在六年前20kW似乎还遥不可及，所以未来一切都有可能。
（4）通快：配备24kW激光器的TruLaser 5000
在2022年的EuroBLECH展会上，德国激光巨头通快（Trumpf）还推出了TruLaser 5000系列的升级版，配备了24kW的TruDisk 24001激光器。新系统可以将钣金加工速度提高3倍，这取决于材料和应用，这意味着每小时可以多处理80％的钣金。
通快产品经理Patrick Schüle表示：“增加激光功率意味着公司可以缩短加工时间，同时提高加工零件的质量。凭借其专利的切割单元、自动化功能和动态性能，该技术极大地提高了生产率。”
通快将其TruLaser 5000系统的功率提升至24kW，以实现更快、更高质量的钣金切割。
（图片来源：通快）
之前版本的TruLaser 5000配备了12kW激光器。在这样的功率下，当使用氮气作为切割气体时，用户能够将低碳钢片切割到最大厚度为15毫米。为了切割较厚的零件，必须添加氧气。
这导致在零件的切割边缘上形成氧化层，必须用机器或手工去除，这一过程既费力又耗时。相比之下，24kW的机器可以使用氮气处理厚达20mm的低碳钢。因此，几乎不需要返工，生产率因此提升。与此同时，激光功率的增加提高了切割零件的质量，特别是对于一系列材料的中厚和高厚板材。
通快机床部门的首席执行官Stephan Mayer表示，虽然该公司可能不是第一家提供如此高功率设备的公司，但它是最能证明该技术的公司：“我们花了时间来确保我们所展示的和提供的东西确实能发挥应有的作用，而且机器在10年或15年后还能运行，不会把自己切成碎片。虽然在某些领域，我们可以成为创新者、领头羊，但在其他领域，我们会花时间确保我们信守承诺。”
（5）Amada：12kW新设备，追求自主化和易于使用
不过，并非所有参与平板激光切割的公司都决定追求极致的功率。Amada就是这样一个例子。
该公司在今年的EuroBLECH上展示了其新的12kW Regius 3015 AJe系统——是此前12kW Regius 3015 AJ的“进化版”。新版本保留了其前身的许多功能，例如：高速三轴线性驱动系统；Amada的可变光束控制技术；自动保护玻璃监控，碰撞恢复，喷嘴检查／更换／置中。
新Regius系统名称末尾增加的“e”代表了许多不同的方面。Amada冲裁技术欧洲经理Matt Wood表示：“它所代表的主要方面是‘简单’和‘经济’，而不是参与这场疯狂的功率竞赛——相比在EuroBLECH展会上看到大量20－40kW的系统，它更多的是让整个过程更加自主、更经济，简化任何下游过程。因为招聘熟练的操作人员变得越来越难，我们正努力让机器尽可能地简单易用。”
例如，该系统新的面部识别功能使其能够自动检测谁在使用系统，然后将语言、偏好和权限切换到匹配他们的个性化设置。
Matt Wood称：“这非常有用，因为在生产环境中，国籍和技能水平的巨大跨界。所以，如果你有一个熟练的操作员，你可以操纵切割数据，那么他们在使用系统时就可以获得完全的访问权限。另一方面，如果你有学员使用该系统，它可以被设置为锁定切割数据，这样就无法更改。”
另一项新功能减少了被切割部分的斜面和废料，极大地简化了下游焊接过程。这种功能被称为双气功能——它的特点是一个新的喷嘴，可以更好地集中氧气流动，确保氧气被分流到焊接口本身，而不是被喷到一边。对于某些厚度的板材，这可以减少高达60％的氧气辅助气体消耗。
Amada在其最新的12kW Regius 3015 AJe系统中选择了额外的自主性和易用性，而不是极端的激光功率。
Amada还将其现有的“顺滑切割”（Silky Cut）术的自动化版本引入到新系统中。根据Wood的说法，该技术使其光纤激光器能够匹配甚至超过CO2激光器的切割质量，可用于高达20mm的不锈钢和高达15mm的铝。对于6－8nm的铝材而言，切割效果非常出色，甚至看起来像机器加工的。
虽然Amada之前的光纤激光器采用了这种技术，但在“标准模式”和“顺滑切割”模式之间切换时，用户传统上必须手动更换镜头。然而，对于新增强的“e”版本的Regius 3015 AJ，这一过程可以在不到1秒的时间内自动完成。
Wood表示，总体而言，虽然该系统能够处理厚度达32毫米及以上的金属（如低碳钢、不锈钢和铝），但Amada的目标客户的12kW Regius 3015 AJe通常可以处理厚度达25毫米的任何部件。
注：本文编译自2022年12月7日发表于Laser Systems Europe的The ultra－high power era of laser sheet metal cutting一文，作者Matthew Dale。
