激光切割系统
什么是激光切割系统？
使用聚焦的激光光束而不是机械刀片或钻头来切割金属、塑料、电介质等的集成式设备。 一台典型的设备包含激光、光束传输器件、用于移动零件和/或光学器件的机械运动硬件、可选视觉系统以及集成控制软件。
简而言之，激光切割系统使用聚焦或成形的激光光束作为精确加工工具，选择性地去除（烧蚀）材料。 根据激光参数和被切割材料的类型，烧蚀过程可以是光热或（冷）光烧蚀。 这种烧蚀可用于提供通体切割、钻孔或划线，即切割到特定深度或材料界面。 材料的范围可以从塑料薄膜到几毫米厚的金属。
一些设备采用扫描激光光束，在固定位置的工件上移动加工。 一些设备采用固定激光光束，而选择移动工件位置来实现加工。 还有一些设备则结合使用这两种方法。 重要的是，系统的所有不同部件及其操作都无缝集成在软件中，并且通常通过用户友好的 GUI 进行控制。 最新的系统能与物联网和工业 4.0 兼容。 一些用户还选择将他们的机器购买与应用程序开发打包，由机器制造商提供装载了特定目标任务“配方”的软件或硬件。
让我们来详细了解其中一些组件。
移动光束、零件或两者同时移动
与机械车床或铣床一样，激光切割系统通过移动聚焦在被加工的基材上的激光光束来创建切口。 可以通过三种方式实现此目的：(a) 使用固定激光光束，移动零件，(b) 相对于静止零件，移动激光光束，或 (c) 结合使用这两种移动方法。 后一种组合的方式在切割几何形状方面提供了极大的灵活性。 移动零件的两种常见方式是使用线性运动平台进行 xyz 平移，或使用旋转平台进行旋转。 前者用于平面零件，后者用于管状或 3D 成形件。 可以使用“飞行光路”移动激光束，其中聚焦透镜在某种类型的龙门架中穿过零件，或者通过称为“平场聚焦透镜”后面的光电流镜进行快速扫描，以提供平坦的扫描场。
通过能够移动零件和激光光束，激光切割系统设计为能够加工几乎任何几何形状： 管状零件、平面图案和各种 3D 形状。 只要您能在 CAD 文件中创建所需的形状，就能使用激光切割系统从空白基材创造它。
常见激光器类型
集成到激光切割系统中的三种常见的激光器类型是密封式二氧化碳激光器、纳秒光纤激光器和超短脉冲 (USP) 激光器。 可根据被切割材料的类型、厚度和所需的边缘质量做出更好的选择。
密封式二氧化碳激光器能在中红外波段提供高功率，使其成为切割陶瓷、纸张、石材和塑料等多种材料的理想选择。 它们的功率范围从几瓦到几百瓦不等，可以提供高功率和高功率/成本比，因此非常适合快速切割。 但边缘质量通常会出现热效应，在某些应用中可能需要进行后处理。
纳秒光纤激光器目前在激光切割市场占有较大份额。 由于提供红外和可见光输出选项，它们可以应用于许多不同的材料： 金属、塑料、其他有机物。 它们能以微米精度切割材料，适用于切割医疗器械和可重复使用的设备。 但对于支架等需要高边缘质量的应用，则需要进行后处理。
具有皮秒或飞秒脉冲宽度的 USP 激光器可提供红外、可见光或紫外光输出。 它们的短脉冲宽度可提供无与伦比的边缘质量，几乎没有热影响区 (HAZ)。 即使在要求严苛的切割和划线应用场合，通常也无需进行后处理。 但它们同时也代表了较高的每瓦成本。 而且相对较低的功率（几瓦到几十瓦）限制了它们的切割速度。
归根结底： 如果您想确保真正为您的切割应用提供出色的激光器，请只使用提供所有这些选项的供应商。
软件、自动化和流程监控
激光切割系统的显著用途是为您的切割应用提供一揽子解决方案，而无需成为使用激光器的专家。 根据不同的形式，在闭环控制下，操作范围可从半手动到全自动。 通过选择自动零件进料器，可以实现长时间的无人值守操作，切割数百甚至数千个零件。
软件控制通常通过对象驱动的用户友好型 GUI 来实现。 一个例子是随 Coherent 的许多切割系统一起提供的 Laser Framework，它简化了可视化流程的设计、执行和监控。 这可加快作业设置、提高操作员生产效率、减少生产错误并减少人员培训。
先进的激光切割系统还提供激光监控选项，确保光束的工作完全符合规格。 借助人工智能，监控系统甚至可以告诉您任何激光器误差的可能原因。
系统专业化
在应用优化方面，激光切割系统种类繁多，从通用系统到为特定应用或行业优化的系统，再到为执行一项特定任务而优化的系统等各种类型。
Coherent 生产的 MPS 系列等通用系统的特点是具有多种选择和选项。 系统的尺寸、切割平台的细节、激光器的选择、运动轴（线性和旋转）都由用户指定。
StarCut Tube 系列是针对一系列应用进行优化的系统示例，它们在医疗器械制造 (MDM) 领域特别受欢迎。 这些系统经过优化，可以使用光纤激光器或 USP 激光器对小零件进行精密切割。 它们主要用于管状零件，但也可以在小而平坦的基材上切割。
“单一任务”机器类型的一个示例是 NA 针头钻孔系统。 该产品系列仅用于在传统和微型手术针上钻取盲孔，可以避免造成不良热损伤。