激光切割机是如何工作的?
激光是高度集中的单一波长光束。在光的每个波长下,各种材料都会以不同的量吸收、反射和透射该光。
激光束是一列非常高强度的光,具有单一波长或颜色。对于典型的 CO2 激光器,该波长位于光谱的红外线部分,因此人眼是看不见的。当光束从产生光束的激光谐振器穿过机器的光束路径时,光束的直径只有大约 3/4 英寸。在它最终聚焦到板上之前,它可能会被许多镜子或“光束弯曲器”向不同的方向反射。聚焦的激光束在撞击板之前穿过喷嘴的孔。流经该喷嘴孔的还有压缩气体,例如氧气或氮气。
高功率密度导致材料快速加热、熔化和部分或完全蒸发。切割低碳钢时,激光束的热量足以启动典型的“氧燃料”燃烧过程,激光切割气体将是纯氧气,就像氧燃料割炬一样。切割不锈钢或铝时,激光束只是简单地熔化材料,然后使用高压氮气将熔化的金属吹出切口。
在数控激光切割机上,激光切割头以所需零件的形状在金属板上移动,从而将零件从板上切割下来。电容式高度控制系统在喷嘴末端和正在切割的板之间保持非常精确的距离。这个距离很重要,因为它决定了焦点相对于板表面的位置。将焦点从板材表面上方、表面或表面下方升高或降低会影响切割质量。
激光切割机的工作原理是将一束激光聚焦到一块材料上。激光功率如此之大,以至于在聚焦时,它会将待切割材料的温度升高到足以熔化或蒸发材料,光束聚焦在小区域内。通常,辅助气体用于帮助将熔融材料从切割区域推出。对于切割金属或厚板材料(如胶合板)尤其如此。
为了切割形状,移动激光头,使用某种形式的龙门将光束定位在新材料上,从而切割一条线而不是小针孔。运动系统的类型包括齿轮齿条、滚珠丝杠和直线电机。直线电机最贵,但速度最快、精度最高。齿条和小齿轮提供几乎相同的速度和精度,但价格更低。一些小型爱好者激光器也可能使用同步带和步进电机来移动他们的激光头。在所有情况下,一个带有服务和编码器反馈的系统大大提高了机器切割精度,刚性框架也是如此,与振动隔离。
对于激光切割操作,重要的是选择在您要切割的材料中具有高吸收性的波长。
由于激光能量指向材料表面,材料吸收了如此多的能量,以至于它迅速加热超过其熔化温度并达到其降解温度。
在降解温度下,材料分解并分解。发生这种情况时,通常会释放烟雾。
切口的边缘可能会被加热到较低的水平,并且实际上会熔化并重新形成。这实际上可以用作一种对纤维材料有用的密封机制,例如防止穿线。
进行激光切割时,最好调整激光的角度,这样切割过程中产生的烟雾就不会在激光光学元件上积聚成烟灰。此外,在切割(或焊接)高反射表面时,重要的是要防止激光束从表面反射并返回到激光光学元件中,否则会损坏它们。
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