CO2激光器的未来与主要应用场景

二氧化碳（CO2）激光器由C.Kumar N.Patel于1964年在贝尔实验室发明，它又可叫做玻璃激光管，是目前连续输出功率较高的一种激光产品，广泛应用于纺织、医疗、材料加工、工业制造等领域，尤其是在包装喷码，非金属材料切割，医疗美容等行业有着独特的应用。

CO2激光器技术至1980年代基本成熟，在后面二十多年里广泛应用于工业加工，包括金属切割、各种材料打标、雕刻，以及在汽车、造船和航空航天等的焊接、熔覆加工等。目前工业用的CO2激光器波长主要为10.64μm，输出为红外光。它的电光转换效率普遍能达到15%至25%，对比固体YAG激光器已经有不错的优势；它的波长范围决定光束能够很好让钢铁金属、有色金属、贵金属、非金属等多种材料吸收，其适用材料范围比光纤激光器还要广。

由于当前激光加工，最重要的开发应用仍然是金属材料加工，自2010年以来的光纤激光器在国内外掀起了热潮，特别是在金属加工上取代部分CO2切割的市场。这给一些人带来很大的误导：那就是CO2激光器过时了，作用不大了。其实这种想法是大错特错的。

CO2激光器作为技术最成熟、最稳定可靠的光源类型，在工艺开发上也是非常成熟的，即便是今天，在欧洲、美国仍然看到CO2激光的许多应用。许多天然和合成材料在CO2激光器跨越的9-12μm光谱范围内具有强的特征吸收，所以在材料处理和光谱分析中有许多机会。CO2激光器的的光束属性决定了其仍然会有独特的应用潜力。本文主要介绍CO2的几种常见应用。

金属材料加工

在连续光纤激光器流行以前，金属板材加工基本上是高功率CO2激光器一统天下，曾记得在2012年某展会上，已经有厂家隆重发布4KW的CO2切割机，可切割板材厚度超过20mm，一时间震撼业界。如今时过境迁，动则采用万瓦级光纤激光器切割超厚板材，在钢板切割上，确实CO2切割已被光纤切割替代了大部分，但不代表它已经消失，目前包括大族激光智能装备、普睿玛智能、大族粤铭、百盛激光、奔腾楚天等一些厂家还可以提供金属CO2切割机，还有切管机，以供客户选用。

光纤激光由于其较细的光斑易于切割，但在焊接方面成为其缺点。特别是厚板材连接，高功率的CO2激光器比光纤激光器更有优势。尽管几年前人们开始采用光束摆动克服光纤激光的缺点，但是仍然比不过CO2激光光束。在欧洲的客中客车、德国的迈尔造船厂等许多厚板加工上，早就是CO2激光的应用了。

除了钢铁材料焊接，近些年像铬锰合金钢以及铝合金等不好焊接的材料也开始出现，这些材料有的熔点高，有的对光的反射率高，这样就要求了焊接时的激光功率较高。比如国内的奔腾楚天就在2015年研发了6KW的CO2激光焊接系统，并成功交付给中车使用。

材料表面处理

CO2激光器用于表面处理主要体现在激光熔覆，如今虽然也可以用半导体激光来做，但是在高功率半导体激光出现之前，激光熔覆基本上也是CO2激光的天下。激光熔覆广泛用于模具、五金、矿山机械、机械转轴、航空航天、海工装备乃至民用新产品等工业领域。CO2激光器相对于半导体激光器有着巨大的价格成本优势，CO2激光熔覆目前也是备受欢迎的一个选项。如今国内的大族金石凯、沈阳大陆激光等是专业从事CO2激光熔覆的企业。

布料纤维的加工

在金属加工上，CO2激光面临了光纤激光、半导体激光的挑战，因此未来CO2激光的应用重点很可能是非金属材料的应用。包括的领域非常多，玻璃、陶瓷、布料皮革、木材、塑料、聚合物等。

在这方面表现出色的是位于广州的创可激光，该公司是专业从事激光打标设备的企业，推出了超级CO2激光打标机系列，用于木制品、皮具、布料的打标、雕刻和镂空等工艺，具有特色的是实现了在牛仔布料的洗水、雕花等先进工艺。另外广州的汉马激光等也是长期从事CO2激光切割布料、雕刻木材的设备，类似的企业还有东莞的大族粤铭、雷宇激光等。光博士在多年前就已经推出了木板激光切割机，该公司还主营数十种中小功率CO2激光切割、打标设备，可见市场需求仍然很大。

特殊领域定制应用

CO2的光束性质为其的定制特殊领域应用提供了很大的可能性，比如聚合物、塑料、陶瓷的加工。CO2激光器对ABS、PMMA、PP等聚合物材料可实现高速切割。采用先进的CO2激光器，经过优化光学模式和光路设计，形成更完美的光斑，可减少热影响区域，切割出高品质的手机薄膜产品（PET保护膜、显示面板）。CO2激光切割技术的特有优势，使之比UV激光切割技术更适合薄膜精密切割，也更能满足IT业精密加工的需要。

医疗应用

90年代后出现了以超脉冲CO2激光治疗机为代表的高能量脉冲医疗设备，并得到成功的应用，使得要求较高的应用领域得到突破性进展，特别是激光美容方面独占鳌头。发展前景十分广阔。据了解，二氧化碳激光辅助深层巩膜切除术，简称CLASS，属于非穿透性、非结膜下滤过泡依赖手术，通过小梁网、深层巩膜和脉络膜引流房水降低眼压。这一革新性的术式，术中术后并发症少；非滤过泡依赖性，无术后应对瘢痕化问题；手术简单、学习曲线短，容易掌握，临床实用性强。

CO2激光的工业制冷

当前我国每年CO2激光器仍然保有超过十几亿的市场需求量，在材料切割、焊接、打标、雕刻、表面处理等领域均有大量的应用。CO2激光采用的是气体作为介质，无论是金属腔体射频激励还是玻璃管的设计，内部元部件对热影响都比较敏感，因此高精度的冷却是保护设备、维持更长工作寿命的必备。由于气体容易导致不稳定，精准冷却也有助于保证出光功率稳定。

广州特域机电有限公司是国内一家专业从事激光用冷却设备的厂家，拥有近20年的研发、设计与生产经验，每年向全球输送超过7万台激光冷水机。特域机电在CO2激光制冷设备上占据全国最大的市场份额，在CO2激光冷却应用上拥有最多的经验。