创新的光学设计和高精度的零件制造是英国行业合作的核心，该合作旨在解决钢结构产品中边缘腐蚀的普遍问题，尤其是用于重型建筑设备的钢板，例如挖掘机，垃圾箱，反铲装载机等。该EDGETECT2 R＆d财团，这是出资的£1英镑百万调创新英国，英国的创新机构，将行动从以前的可行性研究，以开发出能够“微调”的下一代光学元件的调查结果用于切割和制造高附加值钢制零件的大功率CO 2激光器和光纤激光器的材料加工能力。
 

尽管这是技术的最终目标，但使能材料科学对EDGETECT2项目团队提出了一些重大挑战。在锋利的钢边缘上使用油漆和其他防腐蚀涂料通常会导致保护膜在干燥和固化过程中被拉离，这种现象源于表面张力效应。反过来，这会导致不足的腐蚀防护和下层钢表面生锈，尤其是在所有建筑工地常见的恶劣条件下。
 

尽管这种效果是涂料行业中众所周知的问题，但商业现实是，大多数激光切割工艺都是为提高速度和产量而设计的，从而在加工钢板上产生了非常锋利的边缘。而且，不存在用于生产针对最终涂层优化的边缘几何形状的在线技术，而手动边缘修整过程对于生产环境而言通常过于昂贵且耗时。
 

从设计到制造

看来，这个难题的答案可能在于EDGETECT2的两个合作伙伴共同开发的新型双焦点硒化锌（ZnSe）镜片：LBP Optics及其母公司ULO Optics（一家多元化的英国光学公司）专门从事红外激光光学器件，热成像光学器件和光束传输系统的设计和制造的组件组。希望是代表LBP Optics产品组合的新成员的ZnSe透镜最终将被整合到工业激光系统中，以产生一种切割过程，该切割过程会在成品钢板中产生倒圆的边缘，从而使涂料层更加美观。平整并在这些边缘保留增加的厚度。
 

LBP Optics的钻石车削顾问Graham Allberrey表示：“我们定期与处于各自行业技术最前沿的客户合作-从激光系统OEM到军事，国防和航空承包商。” “为支持EDGETECT2财团，我们正在利用最新的投资来购买最先进的激光辅助金刚石加工工具（英国仅有的两台此类机器之一），以便我们能够延长晶体的工具寿命例如硒化锌和硫化锌，也可以切割原本无法加工的材料，例如熔融石英。”
 

与EDGETECT2合作的两家光学器件供应商共同合作，是建筑设备的全球制造商以及其他四个行业合作伙伴：超声清洗系统，专门从事喷漆前切割钢的制备；威士伯粉末涂料，一家工业油漆和涂料制造商；英国激光切割和制造公司Laser Expertise；和TWI，一个独立的研究机构，专注于工程设计，材料和连接技术。
 

光学工程

到2022年4月为止的EDGETECT2工作计划已经进行了12个月，Allberrey和他在LBP Optics的团队刚刚交付了第一批双焦点ZnSe透镜原型。这些组件基于ULO Optics技术总监Nick Ellis构思的v1.0设计，并包括光学组件的中央部分，其形状与传统的球形透镜相同，可将激光束聚焦到切割焦点上。同时，镜片的外部径向区域结合了一个所谓的“轴锥”，即浅圆锥形表面，可形成低功率的环形光束图案，以软化切割钢的边缘。
 

镜片的评估是在Laser Expertise的R＆D CO 2激光系统上进行的。“这是镜头的首次通过设计，我们预计至少要再进行一到两次迭代，” Ellis说。透镜将改变聚焦激光束的形状，从而将一些能量从主切割区域转移出去。我们希望这种巧妙的光学处理能够软化相邻的材料并创建更圆润的边缘轮廓。”
 

同时，正在进行开发类似的双焦点透镜以集成到光纤激光切割系统中的工作-在这种情况下，将替换用于防止工件后向散射损坏激光器昂贵的光学子系统的光学窗口。在此应用中选择的材料是熔融石英，这是另一种异常棘手的基材，需要LBP激光辅助金刚石加工工具的专业能力。“我们认为CO 2和光纤激光器系统的光学物理特性几乎相同，因此，如果我们针对一种激光技术优化了这种双焦点透镜，我们希望能够使它在另一种激光器上工作，”埃利斯补充道。
 

虽然EDGETECT2非常专注于行业的高端产品，但Allberrey指出，ULO Optics和LBP Optics还为在大学环境中进行应用光学研发的众多科学客户提供服务。他总结道：“ EDGETECT2是一个很好的例子，说明我们从项目开始就与所有客户（工业和学术界）紧密合作。” “我们可以以非常高的精度加工各种复杂形状，例如圆柱体，复曲面透镜和非球面透镜，这些透镜在先进的激光系统中被更频繁地使用。”