在上一篇文章中,曾经提及金属3D打印领域的重要零部件振镜大部分被国外厂商占据。
振镜,是一种特殊的摆动电机,但与旋转电机不同,其转子不能象普通电机一样旋转只能偏转,偏转角与电流成正比,与电流计的相似,因此振镜又叫电流计扫描器 galvanomet ric scanner。因为一些双光束分光光度计中将它用于光路切换,速度极快。工作时步进动作看上去像在高速振动,因此将其命名为振镜。振镜较为成熟的应用是激光扫描。激光振镜由光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片组成,靠两个振镜反射激光,形成XY平面的运动,是一种专门用于激光加工领域的特殊的运动器件。
扫描振镜系统则是由处理器、功率放大器、振镜电机、光电传感器、信号解调器组成的闭环控制系统。两者组成了一个高精度、高速度伺服控制系统。其中的两个振镜旋转或振动,配套振镜控制系统,从而使激光束可以沿不同方向移动和聚焦到不同位置,实现精确的标记、切割或雕刻。
振镜及控制系统可以实现激光束在工件表面上定位,并沿预定的路径进行导向,可以使激光束能够以非常高的速度在工件表面上移动,还可以精确控制激光束的路径和速度,实现复杂的图案、文本或图形标记。
振镜也可以用于调整激光束的焦距,以确保在不同高度的工件表面上实现清晰的标记,还能通过使用多个振镜,实现在三维物体上的不同形状和曲面的标记。
激光振镜结构简单体积小,定位精度高,扫描速度极快,成本相对低。在不少地方有着应用,其中最常见的就是舞台激光图案显示。在工业领域上,激光打标、切割、焊接等加工应用场景也得到了广泛应用。在激光加工领域,伺服电机控制主要应用于大幅面金属切割,强调切割厚度及速度,重点应用于金属板材或管材切割领域。相较于伺服系统,激光振镜控制系统尤其适用精密加工处理、小幅面加工领域,围绕高速、高精特点发展。振镜是激光加工产业链中游的关键器件,与激光器、机械系统等相互配合。上游则包括光源材料、光学元器件以及电容电阻等其他材料,需要对接芯片厂商、PCB厂商以及相关线材供应商。下游则是激光设备公司,应用于消费电子、汽车制造、机械制造、锂电池制作、航空航天、轨道交通、医疗等领域。
随着激光应用市场的扩大,激光振镜控制系统市场规模也越来越大,行业估算在30亿左右,其中高端市场占比三分二以上。在3D打印那里曾经提到,振镜与国外的差距较大,严重依赖进口,高端市场主要由外资垄断。德国的Scanlab,全球领先的振镜系统供应商,开发了首款集成控制装置的扫描头。德国SCAPS是激光行业开发控制系统领域的先驱者之一,其研发生产的软件和标刻控制卡都代表了行业的先进水准。德国瑞镭在激光偏转、调制和控制开发模块等领域处于国际先进水平。日本西铁城千叶精密以可动线圈型直流马达起步,专业的小型精密电机专业制造商。美国科尔摩根,精密运动控制和自动化领域知名企业,专注于运动控制和定位系统。台湾的兴诚科技激光标刻设备领域的代表性厂商。在大陆地区振镜生产企业数量增加不少。大族思特是首家研发成功数字驱动板的振镜企业,已实现核心部件国产化,专注于中高端市场。金海创专注于光学扫描振镜及其控制系统的研发、生产和销售,产品广泛应用于多个领域。菲镭泰克,工业激光3D动态聚焦系统领跑者,中国最早开始独立进行动态聚焦系统研制的公司,多项激光振镜系统相关领域的核心发明专利。赛浦森,专业研发和生产光学二维扫描振镜,主要应用于激光打标。世纪尼桑,基于振镜扫描系统和组件的开发商和制造商。振镜看起来原理简单,但在实际应用中要求精度非常高,尤其是在精细微加工领域,技术含量高,国产化程度不高。振镜的发展趋势一是高精、高速、高能量,二是在更多领域尝试,比如MEMS微振镜就在激光雷达、汽车HUD、AR器件等产品中得到应用。
激光加工设备光学系统设计以及振镜自身的非线性,实际加工出来的图形存在非线性的畸变,需要对振镜进行校正以满足加工的高精度要求。企业一般都不局限于做出振镜这个器件,而是在运动控制上发展。