日前，來自德國薩克森州和以色列科學(xué)家組建的一支研究團隊正在Fraunhofer IWS聯(lián)合測試一種用于工業(yè)加工的新型激光器。該系統(tǒng)基于“相干光束集成”（Coherent Beam Combining）方法，這對于現(xiàn)在的高功率激光器而言是全新的。
這臺13kW激光器可以在運行過程中快速產(chǎn)生不同的能量分布模式，從而能夠非常精確和快速地加工材料。研究團隊希望這項技術(shù)最終推廣至全球激光器供應(yīng)商，并讓行業(yè)分享成果。
■動態(tài)光束激光器近照
Fraunhofer IWS的這臺“動態(tài)光束”（Dynamic Beam）激光器，是以色列科學(xué)家最新的創(chuàng)新成果。研究所也是世界上首個采用該激光解決方案的研究機構(gòu)。研究團隊與項目合作伙伴Civan Lasers公司，希望在測試中拓展更多新的應(yīng)用場景。
“新型激光器將推動材料加工的極限，例如在醫(yī)療技術(shù)和航空航天領(lǐng)域，”Fraunhofer IWS研究所切割和連接技術(shù)領(lǐng)域負責(zé)人Andreas Wetzig博士對此談到。
快一千倍
以色列Civan Lasers公司的“動態(tài)光束”激光器將數(shù)十個單獨的光束組合成高質(zhì)量的強大激光束。通過部分光束中波谷和波峰的小相移（光相控陣），激光器可以在激光束中快速生成不同的能量分布模式，而典型激光器僅在光束中心聚焦能量。新激光器系統(tǒng)可在工件上產(chǎn)生例如環(huán)形、八字形或馬蹄形的能量聚焦模式。
要想達到新系統(tǒng)同樣的能量分布模式，過去往往需要通過光束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件或快速振蕩反射鏡實現(xiàn)。但即使是最快的振蕩反射鏡，仍然需要幾毫秒時間重新調(diào)整激光束的能量模式。研究團隊的測試內(nèi)容包括評估將動態(tài)光束整形用于金屬增材制造的可能性。作為“ShapeAM”項目的一部分，研究人員測試新激光器系統(tǒng)以實現(xiàn)材料特性的改進。
■研究團隊成員正在對新型激光器進行測試
具體而言，研究團隊的目標(biāo)是鈦、鋁合金的增材制造，這些材料將應(yīng)用于空間部件、植入物和移動輕質(zhì)部件。測試過程中，Civan Lasers公司計劃使用動態(tài)光束整形技術(shù)消除工藝加工中可能出現(xiàn)的缺陷，從而獲得更高質(zhì)量的3D打印效果。公司首席執(zhí)行官Eyal Shekel博士表示，“ShapeAM項目使我們能夠探索動態(tài)光束整形在金屬增材制造中的優(yōu)勢。”
德國與以色列的合作交流
該聯(lián)合項目有望發(fā)展成為以色列和德國之間的科學(xué)交流。測試結(jié)束后，F(xiàn)raunhofer IWS將把測試結(jié)果傳回給耶路撒冷。此外，研究所還計劃臨時向以色列派遣交換科學(xué)家。作為回報，Civan Lasers公司專家可以在激光實驗室進行其他測試。
■13kW激光器可以在運行過程中以數(shù)千倍的速度生成能量分布模式
聯(lián)合測試旨在確定“動態(tài)光束”激光器的可能性和局限性。最初，研究團隊計劃使用各種光束輪廓、材料和工藝進行基本測試。之后他們將評估新系統(tǒng)的具體應(yīng)用，例如難以加工的材料和材料復(fù)合材料切割、連接或增材制造。
“動態(tài)光束”使加工速度翻倍
可以預(yù)見的是，新型激光器在增材和連接工藝中將實現(xiàn)不熔池表面和熔池深度的快速精確控制。研究團隊期待在無毛刺切割和高邊緣質(zhì)量方面，新型激光器能繼續(xù)顯現(xiàn)出激光切割的優(yōu)勢。他們估計，與傳統(tǒng)光纖激光器相比，“動態(tài)光束”激光器的加工速度可以提升兩倍。
無論如何，一旦新型激光器測試成功，將預(yù)示著這項技術(shù)有望在未來的金屬加工、醫(yī)療技術(shù)、電動汽車以及航空航天工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
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