【CCMT2024展品评述】部分激光加工及增材制造展品评述
2024-5-31 来源：机床协会 作者：-
【编者按】CCMT2024（第十三届中国数控机床展览会）已于4月12日圆满落幕。展会期间，主办方中国机床工具工业协会有关分会组织人员针对本专业领域展品进行评述，现编发部分文章，供业界参考。文章观点仅代表作者本人。
在CCMT2024展会，参展的激光加工及增材制造机床企业近30家，涉及展品近50台。整体来看，国产激光产业的发展越来越有活力，自主研发激光工艺软件和CAM软件逐渐成为主流，光纤激光器功率技术与相配的光学元器件技术不断取得突破，激光加工装备的工艺能力、光机电协同控制、模块化和智能化不断进步，特别是大功率激光加工装备的发展势头喜人。激光加工装备正在向自动化、智能化、定制化方向发展。
一、激光切割机床
随着超快激光器的快速发展，激光切割机床可对难加工材料如陶瓷、蓝宝石和玻璃等进行高精度加工，扩展了激光切割在微电子和消费电子行业的应用。三维激光切割机和超大功率激光切割机的出现，部分替代了传统的火焰切割、等离子切割、高压水切割等切割工艺。
从本届展会激光切割机床的技术参数和技术特点来看，高动态特性和万瓦级激光器成为激光切割机床的标配，智能化成为激光切割机的发展趋势。大功率激光切割在切割速度、应用成本、能量转换效率、材料适应性等方面具备综合优势，本届展会展出的激光切割设备普遍配置了20kW/30kW/40kW级激光器，部分切割机可配置80kW激光器。得益于先进的结构形式与新材料的应用，激光切割机床普遍采用直驱直联的驱动方式，在动态特性方面表现优异，机床可实现较高的转速、线速度、加速度以及高频动作，从而进一步提高加工效率。
大族激光智能装备集团有限公司的G6025HF高速激光切割机，最高可选配80kW激光器，与50kW、60kW激光器相比，在切割厚度、效率、精度等方面大幅提升。Mix-M混气高质量切割20-40mm碳钢，80kW相较60kW的切割速度提升20-50%；氮气切割30mm以上不锈钢厚板，80kW相较60kW切割速度平均提升50%以上。机床加工幅面为4000mm×2000mm、工作台最大承重7000kg；机床采用中空一体床身结构的设计，可以最大限度地规避超高功率受热变形风险，满足超高功率使用要求；可实现最大加速度2.5G，160m/min的定位速度，±0.03mm/m和±0.02mm/m的定位精度和重复定位精度；使用自主开发的数控系统，插补周期小于0.25ms；配置完整的万瓦级切割专家工艺数据库，拥有零秒穿孔、厚板稳定切割、低气压切割、洁净切割等多种独特工艺技术。
图1 大族激光G6025HF超高功率激光切割机
广东宏石激光技术股份有限公司的GV领航款G6025H全直驱激光切割机，可配激光器功率范围为6-60kW、加工幅面4064mm×2040mm、工作台最大载重约5000kg；X、Y、Z轴采用直线电机驱动，全闭环控制，最大联动速度300m/min，最大联动加速度6G，可实现±0.01mm的定位精度；设备集成自动更换喷嘴、视觉寻边、视觉余料、自动上下料和料库等模块提升了设备的柔性和智能化水平。
图2 宏山激光G6025H激光切割机
奔腾激光（浙江）BOLT Ⅶ 6025激光切割机，可选配2-60kW激光器，碳钢板最大切割厚度30mm，加工幅面为6000mm×2500mm，机械定位精度为0.06-0.08mm，重复定位精度为0.02mm；机床采用龙门移动式结构，运动系统部分与承载交换工作台分离，提高了机床的动态性能；采用直线电机驱动，X轴与Y轴最大加速度4G，X轴与Y轴最大联动速度160m/min；BOLT系列激光切割机配备PENTA超级切割头，可实现超速省气切割、超净切割、坡口切割、超快切割、无渣快速穿孔、精密零件切割；配置全新SM控制软件，集成云服务与远程运维系统，提升了设备的智能化水平。
图3 奔腾激光BOLT Ⅶ 6025激光切割机
随着现代工业的发展进步，航空航天、汽车制造、电子产品等领域三维自由曲面切割需求不断涌现，对激光切割设备的曲面加工能力提出了新的要求，三维五轴激光切割机应运而生。
华工激光SF系列三维五轴激光切割智能装备，适用于汽车热成形件、金属曲面、管件等异形件的三维加工和高精度切割，切割精度高、速度快、运行稳定，可完美解决金属曲面切孔及修边等问题。该系列机床有多种加工幅面，并可根据客户需求选择旋转式､平移式或固定工作台；配备全功能高可靠性数控系统与自主研发的高性能轻量化切割头，兼容焊接头和切割头可自由切换，极大提高了装备的柔性；集成自主研发的CAM软件，支持离线编程与在线修改；激光工艺软件，配置强大的专家激光工艺数据库，兼容焊接切割两种模式，可实现各种金属工件三维焊接与切割问题；采用龙门双驱结构，稳定性高，可保证长期高速、高精稳定加工，X/Y/Z轴定位精度和重复定位精度可达±0.05mm和±0.03mm，A/C轴定位精度和重复定位精度分别为0.03º和0.01°；采用四位一体智能化远程运维系统，实现设备监控服务、售后服务管理、常规保养和健康保障一体化管理操作；设备的拓展性较强，支持焊接、视觉检测、自动上下料等辅助功能的拓展，用户可根据实际生成需求进行选配。
图4 华工激光AUTOBOT3015
二、管材激光切割机床
管材激光切割机专用于圆管、方管的切割，从众多展品的技术参数和技术特点来看，加工精度不断提高，模块化、自动化、智能化方面进步斐然，针对管材切割应用场景，开发高柔性的半自动/全自动上料模块、半自动/全自动下料模块、伺服托料模块、生产监控模块、上下游数据交换模块、管材内壁除渣模块，并可根据客户要求定制全自动管材切割产线。
济南邦德激光股份有限公司四卡盘M系列产品，可以针对圆管、方管、矩形管、槽钢、角钢、工字钢等进行激光切割加工；采用四卡盘结构，能实现双工序并行加工和零尾料加工；坡口角度和坡口形式可控，坡口角度范围±45°，坡口形式包括V型、Y型、X型、K型等；可切割管材壁厚最高可达20mm，可加工管材最大长度为12000mm，管材最大重量为3000kg，最大落料长度12000mm；集成视觉防撞功能，确保下料安全，规避人身伤害风险；上料下料侧均排布伺服随动托辊，并附有对中装置，有效解决管材下垂和甩动带来的切割精度不良问题；集成智能制造生产管理软件和气压智能控制模块，工作时全程无须人工干预；控制软件集成高质量切割工艺包、视觉一秒寻边、无极穿孔模块，进一步提升机床的工艺范围和切割工艺质量。
图5 邦德激光M系列管材激光切割机
江苏亚威机床股份有限公司的YTF激光切管机，加工范围为圆管直径50-560mm，方管尺寸50-400mm，卡盘夹持管材重量为1600kg，定位精度±0.05mm，重复定位精度±0.03mm；机床选用侧挂式床身，方便搭配自动上下料结构，有利于各种管材的平行进出料；三卡盘设计，可实现零尾料加工；搭配摆动切割头，可实现管材的坡口切割；自动化配套，可提高整体加工效率，特别是满足超长管、重型管、大口径管材的安全高效上下料。
图6 亚威YTFD3-12050-6kW激光切管机
随着近年来国内工业智能化以及加工精密化发展趋势不断攀升，国内金属切割机市场渗透率不断提高、应用领域不断扩展，行业发展前景较好。未来随着国内新能源汽车、航空航天、轨道交通等高附加值工业不断发展，国内高功率激光切割机市场需求将不断增加，激光切割机行业将朝着大幅面、高功率、高效率、高智能化趋势不断发展，行业发展潜力巨大。
三、激光精密加工机床
随着超快激光技术的发展和进步，皮秒、飞秒等超快激光加工，凭借其超越衍射极限的加工精度和极高能量密度等特点，在硬质合金、金刚石、陶瓷、蓝宝石、半导体材料及各种纤维复合材料等难加工材料的高精度、高效率加工中占有越来越重要的地位，在医学、微纳加工和航空航天等领域展现出巨大的应用潜力，如超快激光制备微流道在微纳米尺度空间中精确控制流体，可应用于癌症早期诊断和预防、药物合成分析、药物筛选递送等，助力药物开发；超快激光制备功能材料，结合功能材料的设计，实现具有抗菌、自清洁或增强光吸收的功能表面；超快激光制备抗反射微纳结构，提高航空航天部件的电磁载荷、热控、推进性能。这些技术的发展不仅对制造业产生了深远影响，也为科学交叉应用提供了新的工具和方法，展现了其在未来发展中的巨大潜力和价值。本届展会中，广东原点智能、深圳牧激、南京中科煜宸、SYNOVA（禧诺法）和北京安德建奇等厂家展示了一系列超快激光精密加工机床，GF、中科微精等厂家展出许多超快激光精密加工样品，充分展现了超快激光加工的应用潜力。
1．水导激光加工机床
水导激光加工通过将大功率脉冲激光束耦合到水射流之中后作用于工件表面进行加工，在保证加工精度的同时无需进行激光聚焦和距离控制。水导激光加工适用于无锥度孔的制备，水射流的存在降低了脉冲激光加工对材料的热损伤，提高了切割边缘的均匀性，有效防止激光烧蚀后熔融物附着在加工表面。水导激光加工机床的核心技术在于水射流水柱的直径和长度。近年来，水导激光加工机床应用领域逐步向精密精工领域靠拢，水柱的直径不断缩小，水柱的长度不管增加，光路同步控制性能不断增强，市场上水导激光机床制备微孔、深孔的能力不断提升，配合运动控制可实现任意锥度制孔。
南京中科煜宸激光技术有限公司的RJ305水导激光加工机床，X/Y/Z轴行程分别为350/430/350mm，A轴行程-120~+20°，C轴行程n×360°，工作容积（H×Φ）为260×Φ260mm；机床采用直驱电机驱动、高精密传动部件、亚微米级光栅尺以及大理石铸造矿物床身，X/Y/Z轴的定位精度和重复定位精度分别可以达到5µm和3µm（ISO测试标准）；数控系统采用国产华中848五轴联动数控系统，集成了全自动偏移校准系统，可实现激光喷嘴校准、自动射流角度校正。喷嘴的最小直径为50µm，切割面光滑，切割边缘Ra≤0.2，可实现无锥度制孔，加工精度为±0.005mm。该系列水导激光机床解决了干式激光器加工过程中热损伤、微裂纹、碎屑沉积、锥度和精度不足等问题。同时专为自动生产大尺寸刀具、多齿金刚石刀具以及其他3D加工而设计了激光微射流LMJ加工系统。
图7 中科煜宸RJ305水导激光加工机床
2. 五轴超快激光加工机床
为满足三维异形构件日益增长的加工需求，此类机床融合五轴联动机床与超快激光加工系统，可在发挥超快激光精密加工能力的基础上保证加工范围，实现曲面、复杂型面零部件的钻孔、焊接、切割、微结构加工和纹理加工。从展品的应用场景来看，刀具加工是五轴超快激光设备的主要应用方向，五轴联动加工系统与超快激光加工系统的集成、专用CAM软件和面向不同应用场景的功能模块开发，是各个厂家相关机床开发的技术高地。
深圳市牧激科技有限公司530DH超精密双激光五轴加工机床，集成双激光加工系统，可一次性实现超硬刀具的粗加工和精加工，提高加工效率；最大加工刀具尺寸为长度615mm、直径300mm，最小加工刀具直径为0.3mm，可加工PCD、PDC、CBN、PCBN、MCD、CVD刀具/刀片；机床的床身采用天然花岗岩，X、Y、B、C轴采用直驱技术，全闭环控制，X/Y/Z轴的定位精度为0.002mm，B轴定位精度3″，C轴定位精度6″；加工刀具尺寸精度为±0.005mm，轮廓精度为0.005mm。该公司的系列超快激光加工机床配置自主研发加工软件，集成铣刀、车床、铣磨头、断削槽、微铣刀圆弧后刀面加工等功能，可实现刀具装夹误差以及PCD等焊接变形刀具切削路径补偿；集成在线检测，样刀数据库，4K监视模块。
图8 深圳牧激530DH超精密五轴双激光刀具加工机床
广东原点智能技术有限公司Light 5X 60V超硬刀具加工机床，针对超硬材料、硬质合金、超硬涂层和陶瓷刀具的复杂轮廓高精度加工，X/Y/Z行程为600/250/300mm，加工最大刀具直径200mm，最大刀具长度为350mm；天然大理石床身，直线轴和旋转轴应用直驱技术，X/Y/Z轴的定位精度和重复定位精度分别为5µm和3µm，B/C轴的定位精度和重复定位精度分别为10″和5″；光路采用模块化设计，并配置CCD定位相机和探针；CAM加工软件和数控系统深度融合，可实现复杂结构刀具端刃和侧刃之间的平滑过渡连接以及轮廓间的圆弧过渡连接；可实现整体PCD微刃刀等复杂型面结构和难加工材料的高质、高效加工；刀具加工后可达到轮廓度≤0.005mm，表面粗糙度Ra＜0.3，最大加工刃数达到180刃，最小切削刃宽度0.01mm，相较传统加工工艺，总体加工效率大幅提升。
图9 原点智能Light5X 60V超硬刀具加工机床
北京安德建奇数字设备股份有限公司CL2-400激光刀具加工机，是一款专业应用于超硬材料刀具复杂轮廓高效及精密加工的机床，采用龙门式结构和矿物质床身，X/Y/Z轴行程为300/400/300mm，定位精度为0.002mm，A、B两个旋转轴均采用力矩电机直驱+高分辨率圆光栅闭环控制方式，定位精度为3″，满足最大直径Φ280mm、最大长度350mm刀具上任意角度和复杂形状刀齿的精密加工，刀具加工尺寸精度≤±0.004mm，刀具刃口崩口＜0.002mm；数控系统集成专业的刀具管理模块，设置了多种不同类型刀具的自动编程与加工工艺库，方便了微铣刀、铰刀、内套刀、台阶刀、预铣刀等刀具的加工应用，系统搭载高精度CCD定位相机与高精度探针，实现刀具在线精密检测与加工状况实时有效监控。
图10 北京安德建奇CL2-400激光刀具加工机床
四、激光增材制造机床
激光增材制造技术为轻量化、超强韧、耐极端载荷、超强散热等新型结构制造提供了新的解决方案，受益于其加工特性，激光增材制造机床备受制造业青睐。通过了解本届展会的激光增材制造展品，发现激光选区熔化技术（SLM）仍是主流增材制造技术，集成更多的激光光束与智能化监测控制系统成为激光增材制造机床的发展趋势。采用多光束技术提高了工件成形速度，增加了材料沉积率，改善了表面质量。实时检测系统可对成形过程中的缺陷、温度变化和材料性能进行实时监测，有助于提升产品质量和一致性。
宁波海天精工股份有限公司C400M激光增材制造机床，配置四台500W或1000W光纤激光器，集成自动切换并联双中效反吹过滤、参数自检测等功能，最大扫描速度7m/s、成型速率100cm3/h、铺粉层厚为0.02-0.12mm，可实现模具钢、不锈钢、铝合金、高温合金和钛合金等材料的加工。该机床配置自主研发的HTPrinter、HTCamera1等工艺软件及质量监测软件，可实现24h无人化值守的高效生产。在无支撑SLM增材制造方面，该机床配置集成式SLM无支撑模块系统，可作为工艺流程环节内置于加工软件中，用户可以选择五种以上的无支撑成形方案，包括常见的跳扫方案等，且每种方案均可适用于不同的成形材料，某些特定材料最小实现角度已达到5°-7°。
图11海天精工C400M激光增材制造机床
激光增材制造技术从宏观到微观层面充分发挥构件优化设计优势，进一步促进了多尺度结构、复杂内部结构设计在航空航天和高端装备等领域的应用。在智能制造、高质量发展的大背景下，工业领域将从传统制造向高端制造转型，激光及增材制造等特种加工装备将获得更为广泛的应用，前景广阔。
（来源：协会特种加工机床分会展品评述组 责编：张芳丽）
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