工业精密切割的3大主流激光类型解析

激光切割自60年代问世以来，因其在工业流程中应用日益广泛，至今仍极具相关性。这种非接触工艺利用恒定光束产生热量和压力，随切割头在材料表面移动，精准重塑/变形各类材料。激光技术服务于切割、钻孔、雕刻等多种功能，具体取决于激光强度、产生激光束的基质材料和被加工材料。激光切割是制造钣金件的主要工艺之一。

每种激光提供连续波长，可服务于多种用途。激光主要分3类：CO2激光(气体激光)、光纤激光和Nd:YAG或Nd:YVO(钒酸盐晶体激光)。它们使用不同基质材料激发激光，要么通过气体混合物电激发，要么通过物理二极管传递。

切割用激光类型

CO2激光

CO2激光通过装有气体混合物的管道通电产生光束。管道两端装有镜子，一面全反射，另一面部分反射让部分光通过。气体混合物通常为二氧化碳、氮气、氢气和氦气。CO2激光产生不可见光，处于光谱远红外范围。

工业机器用最高功率CO2激光可达数千瓦，但属罕见例外。典型加工用CO2激光功率为25-100瓦，波长10.6微米。

此类激光最常用于木材、纸张及其衍生品、聚甲基丙烯酸甲酯和其他亚克力塑料。也适用于皮革、织物、壁纸等产品。甚至应用于奶酪、栗子和各种植物等食品加工。

CO2激光通常最适合非金属材料，虽可加工某些金属。一般可切割薄铝板和其他有色金属。可通过提高氧含量增强CO2光束功率，但这在无经验者手中或不适合此类增强的机器上存在风险。

光纤激光

这类机器属于固态激光群，使用种子激光。它们通过从泵浦二极管获取能量的特种玻璃光纤放大光束。典型波长1.064微米，产生极小聚焦直径。通常也是各类激光切割设备中最昂贵的。

光纤激光通常免维护，使用寿命至少25,000激光小时。因此光纤激光生命周期远超其他两类，能产生强而稳定的光束。同等平均功率下，其强度可达CO2激光的100倍。光纤激光可连续波、准连续或脉冲模式运行，赋予不同功能。光纤激光子类型MOPA可调节脉冲持续时间，使其成为最灵活的激光之一，可用于多种应用。

光纤激光最适合通过退火进行金属标记、金属雕刻和热塑性塑料标记。适用于金属、合金和非金属，甚至包括玻璃、木材和塑料。视功率而定，光纤激光用途相当广泛。加工薄材料时光纤激光是理想方案。但对20mm以上材料效果较差，尽管功率超6kW的昂贵光纤激光机可解决此问题。

Nd:YAG/Nd:YVO激光

晶体激光切割可用Nd:YAG(钕掺杂钇铝石榴石)，但更常用Nd:YVO(钕掺杂钇正钒酸盐，YVO4)晶体。这些设备允许极高切割功率。缺点是昂贵，不仅初始价格高，寿命预期仅8,000-15,000小时(Nd:YVO4通常更低)，泵浦二极管价格也极高。

这些激光提供1.064微米波长，适用于医疗牙科、军事制造等广泛应用。对比两者，Nd:YVO表现出更高泵浦吸收和增益、更宽带宽、更宽泵浦波长范围、更短上态寿命、更高折射率和更低热导率。连续运行时，中高功率下Nd:YVO整体性能与Nd:YAG相近。但Nd:YVO不允许像Nd:YAG那样高的脉冲能量，激光寿命较短。

这些激光可用于金属(涂层和非涂层)和非金属(包括塑料)。特定条件下甚至可加工少量陶瓷。Nd:YVO4晶体结合高NLO系数晶体(LBO、BBO或KTP)，将输出从近红外频移至绿光、蓝光甚至紫外光，赋予其多样功能。

由于尺寸相似，钇、镓或镧离子可被激光活性稀土离子替代，而不强烈影响产生光束所需的晶格结构。这保持了掺杂材料的高热导率。