眾所周知，無論是工業(yè)級切削刀片、硬幣還是手表中的小零件，在制備工藝中都要求有足夠高的精度，并要求可以長時間內保持該精度進行加工制造。而荷蘭皇家航空公司（Koninklijke Luchtvaart Maatschappij，以下簡稱KLM公司）最新開發(fā)的激光加工中心“E1”，恰好完美承擔該任務，就像其測試客戶評價的那樣，即使使用最堅硬的材料，E1也能完美的攻克。該機器操作簡單，已于2020年2月開始提供使用。

圖1 測試客戶將燒結組件(B04a)的生產(chǎn)時間從8小時(傳統(tǒng)的電火花加工和銑削加工)縮短到2小時(使用KLM-E1)

2017年，“E1”還是Ekkehard Alschweig（克恩微技術的工程師，共同所有人和前負責人）的一個想法。兩年后，他將機械工程的工作與來自Lightmotif BV公司的荷蘭激光專家的工作相結合，創(chuàng)立了KLM Microlaser GmbH來實現(xiàn)他的想法。

KLM E1在2020年初開始提供，作為一臺現(xiàn)代高科技的激光加工設備，尤其在模具、工具、鐘表零件和硬幣行業(yè)表現(xiàn)尤為突出。尤其是在小型零件的加工過程中，其在生產(chǎn)率、持續(xù)精度、磨損程度、能效和可用性方面具備無與倫比的優(yōu)勢。這主要依賴于KLM E1的幾個關鍵組件：KERN-Evo銑床軸和驅動器、飛秒激光光源、Lightmotif提供的鏡面激光光路以及易操作的軟件平臺，除此之外，為了進一步提高制造精度，還為其增加了“ASPM”（自動光斑+功率測量）和“自適應加工”兩個功能。

高端機械工程和飛秒激光

為了保證KLM E1亞微米范圍內的精度，在機械構件上選擇了整體式結構的礦物鑄件支架和XY十字工作臺。

而在光學部件上選擇了飛秒激光作為其加工光源。與所有的飛秒激光系統(tǒng)一樣，E1在去除各種材料時僅產(chǎn)生極少量的熱量，并不會引起材料結構的變化，因此可以用于加工處理多種材料；去除深度為0.3 μm~2 μm，保證了E1的精度和準確性。此外，由于飛秒激光不適用于光纖傳播，因此選擇了反射鏡光路來對光線傳播路徑進行控制。

ASPM功能

所有加工設備，包括E1設備均會收到熱量和其他因素的影響，這種影響雖然不會馬上產(chǎn)生蠕變效應，但會在工作幾個小時或更長時間后，其加工精度便會降低。在使用飛秒激光加工時，經(jīng)常要面對兩個挑戰(zhàn)：其一為激光光斑的零點偏移，雖然偏移程度在μm量級，但足以引起光斑偏移和不準確的情況，這就必須通過重新調整導光鏡的方式來進行校準；其二為激光的輸出功率不會真正的穩(wěn)定，反射鏡及透鏡的污染也會造成一定的功率損失，這就會導致材料去除深度發(fā)生變化。

為了解決這兩個潛在的挑戰(zhàn)，E1提出了一種簡單有效的解決方案—ASPM，它可以自動啟動，也可以按鍵啟動，啟動成功后，僅需有2 min便可完成對整個系統(tǒng)的重新校準。

深度精度<+/- 5 µm

E1的另一個亮點是“自適應加工”。飛秒激光去除材料深度最小約為1 μm，但這需要在不同條件下分別定義，自適應加工便是在飛秒激光加工的同時以光學方式測量加工深度，并將實際測量值與目標值進行比較，然后相應地調整激光參數(shù)，并確保達到目標深度。

當不使用“自適應加工”功能時，E1的加工深度誤差在±3%~5%之間，在0.5 mm的典型去除深度下，其誤差一般為±25 μm；當使用“自適應加工”功能時，其深度精度與加工深度無關，精度一般優(yōu)于±10 μm，最高精度可<±5 μm。

CAD數(shù)據(jù)傳輸簡單，程序易于啟動

應眾多客戶的要求，KLM公司開發(fā)了控制操作軟件，尤其是在用戶友好型方面做了特殊優(yōu)化，即可以將CAD程序的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綑C床控制系統(tǒng)，無需其他計算機的輔助便可自動運行CAD/CAM程序。如果3D模型建立正確無誤，僅需幾分鐘便可生成需去除材料的CAD模型，隨后通過簡易的設置機器便可開始全自動生產(chǎn)。

測試客戶反饋：生產(chǎn)時間減少了75％

一些測試客戶已經(jīng)對制造結果非常滿意。例如，一家用于電火花加工和銑削加工的切削刀片制造商，已經(jīng)使用KLM E1替代傳統(tǒng)的沖壓工藝來生產(chǎn)碳化物毛坯，其結果顯示：以前壓制工藝所需8h的生產(chǎn)時間已經(jīng)減少到2h。