激光切割
什么是激光切割？
激光切割是使用激光切割金属、塑料、电介质等的工艺。典型激光切割系统包含激光、光束传输组件、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。
激光切割系统使用聚焦或成形的激光光束作为精密加工工具，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烧蚀（利用热量）或冷光烧蚀（利用压力）。激光切割可用于进行通体切割、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。 激光切割精度极高且用途广泛，广泛应用于制造领域。
激光切割的工作原理
激光切割系统在固定工件上方移动激光光束或在固定激光光束下方移动工件。有些机器同时使用这两种方法，创造出更复杂的二维和三维形状。这些机器由软件控制，通常通过用户友好的图形界面控制。有些系统包括用于特定任务的专用软件和硬件组合。最新的激光切割系统能与物联网和工业 4.0 兼容。
我们来仔细了解一下激光切割以及激光切割系统的工作原理。
移动光束、零件或同时移动两者
与机械车床或铣床一样，激光切割系统通过相对于待加工材料移动激光光束来进行切割。可以通过三种方法来完成这些切割：
- 在固定激光光束下移动零件。
- 相对于固定零件移动激光光束。
- 结合使用两种方法。
复杂的切割和形状是通过移动零件和光束来完成的。在激光切割中，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 零件。
可以使用“飞行光路”移动激光光束，其中聚焦透镜在某种类型的龙门架中穿过零件，或者通过“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。
通过移动零件和激光束，激光切割系统可以切割几乎任何几何形状：管状零件、平面图案和各种 3D 形状。如果您可以在 CAD 文件中创建形状，就可以使用激光切割系统将其切割出来。
常见激光切割类型
用于激光切割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。可根据正在切割的材料的类型、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，因此非常适合切割陶瓷、纸张、石材和塑料等材料。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。但这些激光切割零件通常需要进行后处理，以去除切割边缘的熔渣和其他缺陷。
纳秒光纤激光器是最常用的激光切割激光器。它们提供红外和可见光输出选项，可以用于切割许多不同的材料：金属、塑料和其他有机材料。它们能以微米精度切割材料，适用于医疗器械和可重复使用的设备。但对于心脏支架等精密零件来说，可能需要进行一些后处理。
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。但它们的每瓦成本最高，而且功率相对较低（几瓦到几十瓦）— 这就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，请使用提供并知道如何使用所有这些激光切割选件的供应商。
激光切割软件、自动化和流程监控
激光切割系统应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，而无需过多干预。
激光切割软件通常具有用户友好的对象驱动型图形界面。 与 Coherent高意 的许多切割系统一起提供的 Laser Framework 简化了可视化流程的设计、执行和监控。这意味着可以加快作业设置、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激光器误差的可能原因。
专业激光切割
目前既有通用的万能型激光切割系统，也有专为特定用途而设计的激光切割系统。
Coherent高意 生产的 MPS 系列等通用系统的特点是提供多种选择和选项。您可以决定系统的尺寸、切割平台的细节、激光器选择和运动轴（线性和旋转）。这些系统可用于进行各种激光切割，并且可以在出现新的激光切割需求时重新配置。
其他激光切割系统针对一组特定的应用进行了优化。例如，Coherent StarCut Tube 系列在医疗器械制造 (MDM) 领域特别受欢迎，经常用于同光纤激光器和 USP 激光器配合切割小零件。它们主要用于管状零件，但也可以在平坦的板材上切割。
一些激光切割系统甚至更加专业，从头开始设计，以尽可能高效地执行特定任务。“单一任务”机器类型的一个示例就是 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。
彻底改变制造业
激光切割几乎彻底改变了所有可以想象的行业中的制造。借助激光切割，工程师能够使用新材料制造精密零件，甚至创造全新的制造方法。
以下是激光切割的一些常见用途：
- 工业制造
- 金属切割：在汽车零部件、航空航天部件和机械制造中，激光切割广泛用于切割钢、铝和钛等金属。它提供高精度并可以处理复杂的形状。
- 织物切割：在纺织业中，激光切割可用于切割织物并为服装、室内装潢和其他纺织产品制作复杂的图案。
- 标牌和广告：
- 亚克力和塑料切割：激光切割用于在亚克力和其他塑料上进行精确切割，以制作标牌、展示架和宣传材料。它可以实现复杂的设计和光滑的边缘。
- 原型制作和快速制造：
- 原型制作：激光切割用于为产品开发制作原型。它可以快速、准确地制造原型零件和模型。
- 定制制造：激光切割能够经济地生产小批量的专用部件，因此小规模制造业和定制制造业都能从激光切割中获益。
- 电子工业：
- PCB 制造：激光切割用于生产印刷电路板 (PCB)，可精确切割和成型电路板。它可以帮助为电子元件创建复杂的图案。
- 医学应用：
- 医疗器械：凭借其精度和切割精致材料的能力，激光切割广泛用于医疗器械的生产，例如支架和手术器械。
- 纸和纸板切割：
- 封装：激光切割用于在纸张和纸板上进行复杂而精确的切割，用于包装、宣传材料和艺术项目。
- 珠宝制造：
- 贵金属：激光切割在珠宝行业中用于金银等贵金属的切割和成型。它可以实现复杂的设计和精确的细节。
- 汽车工业：
- 内饰部件：激光切割用于汽车内饰部件材料的切割和成型，如皮革、织物和塑料。
- 木工：
- 定制家具：激光切割用于定制家具和木工项目的生产。它可以在木材上进行细致复杂的设计。
- 建筑模型：
- 模型制作：建筑师和设计师利用激光切割技术制作出精确细致的建筑模型。
激光切割精度高、材料浪费极少，并能切割多种材料。它在现代制造和设计中已变得至关重要。如果没有激光切割，我们的世界将远不如现在这样好。