激光切割技术全解析:原理、机型、光源类型与材料适应性指南
激光切割是相对较新的钣金轮廓切割形式。无传统“刀具”,切割可极微小精准。低功率设置下亦可零件雕刻/蚀刻。1970 年代为工业应用开发,LASER(受激辐射光放大)至 1990 年代末成为精密制造车间标配。
激光切割机工作原理
以激光为热源,配合保护气(通常氮气),激光机字面意义上烧熔穿透厚达 1-1/4 英寸的钢材。激光切割可用于平板材料简单轮廓切割,或三维配置切割预成型件。
因激光是热源,可能不适合热敏应用或激光切割产生有害烟雾的产品。因激光是光源,高反材料如铜、铜合金通常不宜用此法加工(CO2 激光尤其)。铝因反射率高且极佳吸收切割用热能,切割能力受限。通常激光切割铝能力约为切割低碳钢能力的 1/3,切割不锈钢约为整体钢切割能力的 1/2。
激光机台面规格多样,从 4' x 4' 到轨道式龙门 20' 宽 x 60' 长(或更大)。当今车间最常见台面:4' x 8'、5' x 10'、6' x 12',可作独立系统,也可集成全自动生产单元。激光功率以千瓦(KW)分级,1.5kW 至 12kW 可选。高功率通常提升切割能力和速度,但也增加设备投资和小时运行成本。
激光机两大基本机型设计:混合式与飞行光路:
- 混合式 —— 激光机在一个方向移动材料/工作台,另一方向移动聚焦透镜。此设计光路传输系统运动部件少 —— 通常维护少,切割头功率更大更稳定(因所需反射镜和聚焦镜少)。
- 飞行光路 —— 不移动床面材料,激光头字面上“飞越”材料。此设计提供最高快移速度、加速度和切割速度,设计稍复杂。
激光类型
当今金属切割激光机市场两大主流光源:
CO2
CO2 激光发生器(谐振腔)通过光源在镜间反射、用射频波或其他方法激发光粒子/离子碰撞分裂从而放大。谐振腔密封加压气体,经涡轮极高速推动贯穿谐振腔。激光经小孔射出,经精心编排的洁净气体吹扫传输系统多次聚焦反射至切割头。部分新系统以光纤传输替代光路系统。
直接半导体(光纤)
直接半导体激光利用激光二极管直接输出放大光至光纤传输至切割头。此系统无运动部件,维护极少,成许多新系统首选。
“光纤”仅指光束传输方式,非光束产生方式。光纤传输更简单廉价,省去老式 CO2 激光的精密镜片、透镜、气体。光纤是金属切割激光系统的最新技术。
- 可加工材料: 钢、铝、不锈钢、板材塑料、木材
- 主流激光厂商: 通快、大隈、马扎克、三菱、普锐玛、百超、HK Laser、Polaris
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