在以前所作的全球报告(ILS 2000年12月)中, 曾对导致国家激光中心(NLC)在2000年成立的各种因素进行过分析。激光专门技术、南非核能集团(NECSA)和科学与工业委员会(CSIR)的设备,再加上南非科学和技术部(DST)的资金支持,这些因素加在一起,才使NLC作为一个独立机构存在,以考察这种模式的生命力。后来,NLC成功地向工业部门转移了不少创新的技术方案,有力地支持高等教育的发展,而且,在财政方面能自我维持,所有这些因素,促使DST在2003年将NLC纳入CSIR。
设备
因为激光材料加工依赖于最新颖的设备,对高功率激光设备的投资计划已经制订。最先得到的是:5kw TRUMPF TLC 1005 高光束质量的CO2激光加工中心,包括一间装有五轴架构式光束传送系统的加工房。该系统在2001年开始运转,提供三维轮廓切割(见图1)和深渗透焊接服务。在这个国家中,该装置就此一台,在其它地方是找不到的。CO2激光系统还广泛用于转型硬化、涂覆和焊接等工艺过程开发和研究等。
在今年早些时候,已决定从Rofin- Sinar 购买一台DY 044型4.4kw二极管泵浦激光器。它那灵活的光束传送系统,具有多用能力(一个激光源,可为几个工作台服务)。最主要的好处是:金属对它的波长有较高的吸收。激光加工头装在高精度的Kuka机械手上。在当地汽车工厂里,已经安装了多台Nd:YAG激光器这一事实,促成了向该技术投资的决定。现在,NLC已被定位为:通过过程开发、问题解答和培训对工业用户提供地区支持。
我们对地方工业对微加工的兴趣进行了评估,但没有发现对100μm以下的激光加工服务或发展有明确需要。 这一信息,与从参与制冷工业地方革新基金计划所得到的经验结合在一起,表明以Meso Processing闻名、在这个尺寸范围的激光剥离系统应该有许多机会。Deckel Maho激光剥离器是在2004年购买的,现在正用来制造大量模具(见图2)。它还为复杂工夹具的开发和激光抛光的研究提供服务。
内部的发展还包括采用200W板状CO2激光器低功率设备方面的竞争,这种设备主要用于切割某种厚度的聚合物材料。一般情况下,这种厚度的材料从当地供应商那里是得不到的。以脉冲Nd:YAG激光源为基础的精密切割设备已经建立,主要应用为切割小管子,在太阳能板生产中,用来划片。
市场影响力
市场调研指出:从国外引进的激光打标和平板切割技术的流行,是南非市场有巨大潜力的反映。 平板切割机市场依然活跃,尽管它已经强劲增长了10年。许多钢管厂和汽车装配线,已将激光焊接技术看作是:它们的国际母公司开出的良方。
技术落实
南非汽车、钢铁、电力和石化工业都愿意接纳比较先进的制造技术,如激光轮廓切割、焊接、涂覆、表面硬化和深雕刻(见图3)等。在选择性地将这些技术向地方工业转移方面,NLC起到了很好的中介作用,它通过强大的国际合作网络,促进了这些技术的转移。

图3. 先进的制造技术正在汽车、钢铁、电力和石化工业中应用。例子包括Al 602激光粉沫涂覆、用420不锈钢对铸铁修理工具插件的涂覆修理,以及对具有铸造缺陷的铝变速箱进行涂覆修理等。
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这些工作,是通过把每个系统与在供应商那里,以及在先进的欧洲激光工业那里,所得到的广泛培训结合在一起来完成的。当设备在该地进行试运行期间,对技术人员的培训机会最多。 通过对重要客户进行的有限次数可行性试验,每项应用的地方性知识库将得到更新。 当加工程序开始变成常规时, 他们就把它当作专门的制造技术成套地对外提供服务。
NLC还通过购买CO2和Nd:YAG激光器的配件,使它的能力进一步得到提高,允许它进行混合焊接和实时过程监视。粉末涂覆可用离轴、共轴(精密)和三个(位置)喷嘴结构进行。
研究和发展
今年,是CSIR成立60周年,对该组织的评估和重新设计正在进行。 关键课题是重建该组织的研究能力,使之与国家的增加研发投资政策一致。
通过与地方工业和学术界的联系, 确定的研究项目,应能满足地方需要和创建世界级研究机构发展需要的双重标准。目前, 在表面变型领域的研究包括激光抛光、防腐和提高粘着力(见图4)。通过法国和南非之间的研究人员交换计划,正在进行提高粘着力的研究,研究的重点是在等离子体喷洒金属涂膜之前,铝表面的制备问题。
激光清洁研究是从2000年开始的,已经确定的应用方向是核能去污。南非的NESC 与法国的核企业COGEMA关系十分密切,他们指出:NLC的激光涂料去除专长,有可能用于选择性去除放射性污染表面层。为了进行这项工作,NLC已将实验室建在核能公司附近。最近,他们演示了一台可移动的激光油漆去除系统,而对在金属衬底上去除放射性污染物的激光参数研究还在进行过程中。
在焊接和涂覆领域,工业需求显示了对治金学进行研究的必要,因此,一系列新奇的应用正在研究之中。麻时效钢的焊接已经成功实现,并与单点、双点和扫描焊接的结果进行了比较。现在的研究重点是运输业急需的铝激光焊接和的涂覆。一个研究项目正在与CSIR合作进行:轻金属发展中心的发展目标是,提高半固态金属压铸铝零件的焊接质量,发展硬表面解决方案以减少铝表面的磨损。
正在研究将激光涂覆和表面熔化过程结合起来的技术,以解决沿加压水管焊缝出现的应力腐蚀裂纹问题。将激光涂覆作为对地方钢厂中使用的连铸滚筒进行再次磨光的一种方法,也正在评估过程中。
NLC很想与国际研究机构合作,希望他们能共同参与它的研究活动。