三种主要类型的切割激光器

激光切割自 60 年代就已经存在，但由于其在工业流程中的使用越来越多，现在它与以往一样重要。这种非接触式工艺使用恒定光束产生热量和压力，然后随着切割头在材料表面上移动，精确地重塑/扭曲各种材料。激光技术具有多种功能，包括切割、钻孔和雕刻，具体取决于激光的强度、用于产生激光束的主要成分材料以及作用于其上的材料。激光切割是制作钣金件最主要的工艺之一。

每个激光器都提供连续的波长，可以用于多种用途。激光器有 3 种类型：CO2（气体激光器）、光纤激光器和 Nd:YAG 或 Nd:YVO（钒酸盐晶体激光器）。每一种都使用不同的基材来激发激光，或者通过气体混合物电激发激光，或者通过物理二极管。

激光切割的类型

二氧化碳激光器

CO2 激光器通过充满气体混合物的管子运行电流，产生光束。管子的每一端都有镜子。其中一个镜子是完全反射的，另一个是部分反射镜，让一些光通过。气体混合物通常是二氧化碳、氮气、氢气和氦气。 CO2激光器产生不可见光，在光谱的远红外范围内。

用于工业机器的最高功率 CO2 激光器的功率范围高达数千瓦，但迄今为止这些都是例外。典型的加工 CO2 激光器功率为 25 至 100 瓦，波长为 10.6 微米。

这种类型的激光最常用于处理木材或纸张（及其衍生物）、聚甲基丙烯酸甲酯和其他丙烯酸塑料。它也可用于处理皮革、织物、壁纸和类似产品。还应用于奶酪、栗子和各种植物等食品的加工。

CO2 激光器通常最适合非金属材料，尽管它们可以加工某些金属。它通常可以切割薄板铝和其他有色金属。可以通过提高氧气含量来增强 CO2 光束的功率，但是对于没有经验的人或不适合这种增强的机器来说，这可能会有风险。

光纤激光器

这类机器属于固态激光器组，使用种子激光器。他们使用从泵浦二极管中获取能量的特殊设计的玻璃纤维来放大光束。它们的一般波长为 1.064 微米，产生极小的焦距。它们通常也是各种激光切割设备中最昂贵的。

光纤激光器通常是免维护的，并且具有至少 25,000 激光小时的长使用寿命。因此，光纤激光器的生命周期比其他两种类型的激光器要长得多，并且可以产生强大而稳定的光束。在同等平均功率的情况下，它们可以管理比 CO2 激光器高 100 倍的强度。光纤激光器可以是连续光束，准或提供脉冲设置，赋予它们不同的功能。光纤激光系统的一种子类型是 MOPA，其中脉冲持续时间是可调节的。这使得 MOPA 激光器成为最灵活的激光器之一，可用于多种应用。

光纤激光器最适合通过退火、金属雕刻和热塑性塑料打标来进行金属打标。它适用于金属、合金和非金属，甚至包括玻璃、木材和塑料。根据功率的不同，光纤激光器的用途非常广泛，可以处理大量不同的材料。在处理薄材料时，光纤激光器是理想的解决方案。然而，对于超过 20 毫米的材料，情况就不是这样了，不过，可以使用 6 kW 以上的更昂贵的光纤激光机来解决问题。

Nd:YAG/Nd:YVO 激光器

水晶激光切割工艺可在nd:YAG （掺钕钇铝石榴石），但更常见的是他们倾向于使用 nd:YVO （掺钕原钒酸钇，YVO4）晶体。这些设备允许极高的切割功率。这些机器的缺点是它们可能很昂贵，不仅因为它们的初始价格，还因为它们的预期寿命为 8,000 到 15,000 小时（Nd:YVO4 的寿命通常较低），并且泵浦二极管可以净价格不菲。

这些激光器的波长为 1.064 微米，可用于从医疗和牙科到军事和制造业的广泛应用。当比较这两种 Nd:YVO 时，表现出更高的泵浦吸收和增益、更宽的带宽、更宽的泵浦波长范围、更短的上态寿命、更高的折射率和更低的热导率。在连续运行方面，Nd:YVO 在中等或高功率情况下的整体性能水平与 Nd:YAG 相似。然而，Nd:YVO 不允许脉冲能量与 Nd:YAG 一样高，并且激光寿命持续较短。

这些可用于金属（涂层和非涂层）和非金属，包括塑料。在某些情况下，它甚至可以加工一些陶瓷。 Nd:YVO4 晶体与高 NLO 系数晶体（LBO、BBO 或 KTP）相结合，可将输出从近红外频移到绿光、蓝光甚至紫外光，从而使其具有大量不同的功能。

由于尺寸相似，钇、钆或镥离子可以用激光活性稀土离子代替，而不会强烈影响产生光束所需的晶格结构。这保留了掺杂材料的高导热性。