新闻与事件

激光切割机的工作原理——它是如何工作的？

近几十年来，随着激光切割技术的飞速发展，激光切割机在制造业的应用也日趋广泛。激光切割加工以不可见的光束代替传统的机械刀具，具有精度高、切割速度快、不受切割图样限制、自动排料省料、切割平滑、加工成本低等特点，将逐步完善或取代传统的金属切割设备。激光切割机工作原理导致激光刀刃的机械部分与工件无接触，在操作过程中不会对工作表面造成划痕。激光切割速度快，切口光滑平整，一般不需要后续加工。切割热影响区小，板材变形小，切缝窄，切口无机械应力，无剪切毛刺。激光切割机加工精度高，重复性好，不损伤材料表面，数控编程可加工任意平面图，无需模具即可切割大整板，经济省时。

激光切割机有这么多的优点，越来越多的人想要购买激光切割机。但是很多没有接触过激光设备行业的人，对于激光切割机的原理和组成还很陌生。今天在这篇文章中，我们就来为大家普及一下激光切割机的相关知识。

激光切割机工作原理

激光切割机是采用聚焦的高功率密度光束工作，使照射的材料迅速熔化、蒸发、烧蚀或着火，并通过与光束同轴的高速气流吹走熔融材料而实现对工件的切割。

当激光束与材料相互作用时，会发生几个过程。激光束产生的强热使材料的温度迅速升高，导致其熔化、蒸发或发生化学反应。具体的相互作用取决于材料的特性，例如吸收系数和熔点，以及激光参数，例如功率密度和脉冲持续时间。

对于熔点较低的材料，例如塑料，激光束可以在穿透过程中熔化材料。然后，熔化的材料被气体喷射吹走，形成切口（切口宽度）。对于熔点较高的材料（例如金属），激光束直接蒸发材料，形成狭窄而精确的切割。

气体辅助切割通常用于激光切割以增强切割过程。氧气或氮气等气体通过切割头的喷嘴吹到材料表面。气体有助于从切割区域去除熔化或蒸发的材料，冷却材料，并防止出现毛刺或浮渣。气体的选择取决于被切割的材料和所需的切割质量。

切口宽度或切口宽度由几个因素决定，包括激光功率、焦点大小、材料厚度和切割速度。可以通过调整这些参数来控制切口的宽度，以达到所需的切割精度。此外，激光切割会引起一种称为锥度的现象，即切割有轻微的锥度。锥角取决于材料特性和激光参数，可以通过优化切割条件将其最小化。

激光基础知识

激光（受激辐射放大）是一种产生相干光束的装置。它由三个主要部件组成：活性介质、能量源和光学谐振器。活性介质可以是固体、液体或气体，当受到能量源的激发时会发射光子。光学谐振器通过活性介质来回反射光子，放大和对准光波。该过程导致形成强大而相干的激光束。

激光切割机类型

激光切割机中的激光器有多种类型，包括 CO2 激光器、Nd:YAG 激光器和光纤激光器。CO2 激光器是最常见的类型，使用二氧化碳、氮气和氦气的混合物作为活性介质。Nd:YAG 激光器使用固态晶体（例如掺钕钇铝石榴石）作为活性介质。另一方面，光纤激光器使用掺有稀土元素的光纤作为活性介质。每种类型的激光器都有其独特的性能，适用于特定的切割应用。

目前主流的激光器有CO2激光器和光纤激光器。

CO2激光

CO2激光是最早也是最流行的一种激光，放电的气体不全是二氧化碳，还有二氧化碳、氮气、氢气、氙气、氦气等。

CO2激光切割有两种选择：使用氧气或氮气。激光切割较厚的材料时，最好使用氧气。激光切割薄板时，最好使用氮气。使用氧气CO2激光切割会在切割表面上形成氧化层。为了避免这种情况，对工件进行喷砂等预处理工艺。CO2激光切割通常用于切割非金属材料，例如木材、塑料、玻璃和纺织品。通过正确的设置，也可以切割低碳钢、不锈钢和铝等金属。

光纤激光切割

光纤激光切割机的工作原理是利用固体激光熔化和穿透金属，实现精确高效的切割。该技术的激光介质是光纤，而不是气体或晶体。激光是一种集中光，光纤是一种主动增益介质，可以将激光提升到更高的功率状态。

光纤激光切割是一种利用聚焦的高功率激光束作为主要热源的热切割方法，光纤激光发生器采用高功率光纤元件传输强光束，激光束聚焦在所要切割的区域，材料迅速熔化、蒸发。 光纤激光切割机 根据设备功能可切割大多数不同厚度的材料。

光纤激光切割机是一种利用光学激光发生器切割材料的激光切割工艺。它可以精确、高质量地切割各种材料。虽然光纤激光切割机的基本原理与其他激光切割机基本相同，但主要区别在于能量如何传输和聚焦在工件上。

通过光纤激光发生器发射出高度聚焦的光束，然后通过透镜聚焦，将激光束引导至切割材料上，聚焦后的激光束会产生较小而强烈的热源，对准材料表面后，能迅速将材料熔化、蒸发，实现高精度切割。

机器的其他重要组件包括其软件系统的控制以及引导和支持切割材料的组件。此外，光纤激光切割机可以配备许多不同尺寸和功率的切割头。根据您的特定需求和定制的激光切割机，它可以实现预期的性能和结果。

激光切割技术分类及激光切割机工作原理

激光汽化切割

工件被高能量密度的激光束加热，温度迅速上升，材料在很短的时间内达到沸点，开始蒸发形成蒸汽，这些蒸汽以很高的速度喷出，在喷出的过程中在材料上形成狭窄的切缝。材料的蒸发热通常较高，因此激光气化切割需要较高的功率和功率密度。

激光汽化切割通常用于切割非常薄的金属和非金属材料。

激光熔化切割

激光熔化切割时，利用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷入非氧化性气体，通过气体的强大压力将液态金属排出，形成切缝。激光熔化切割不需要金属完全蒸发，所需能量仅为蒸发切割的十分之一。

激光熔化切割主要用于切割一些不易氧化的材料或者活性金属。

激光氧气切割

激光氧气切割的原理与氧乙炔切割相似，它利用激光作为预热热源，以氧气等活性气体作为切割气体。喷入的气体一方面与切割金属发生反应，产生大量的氧化热，另一方面将熔化的氧化物和熔融物吹出反应区，在金属中形成缝隙。由于切割过程中产生的氧化，产生大量的热量，而激光切割氧气所需的能量仅为熔化切割的一半，而切割速度却比激光汽化切割和熔化切割快得多。金属激光切割机主要利用激光氧气切割来切割碳钢、钛钢、热处理钢等易氧化的金属材料。

断裂控制切割

断裂控制切割又称为热应力开裂。它适用于切割脆性材料。当施加不受控制的力或温度时，脆性材料经常会断裂成碎片。断裂控制切割将非常窄的激光束聚焦在小工件的表面上。它会产生热梯度，导致该位置的工件出现裂纹。然后，激光以非常快速且可控的方式移动，使裂纹沿切口传播。

切割玻璃和陶瓷时，通常采用断裂控制切割。激光没有完全穿透材料厚度。只有一部分厚度被切割，其余部分因断裂而分离。

隐形切割

隐形切割是一种用于切割半导体芯片的先进激光切割技术。它分为两个阶段——激光照射阶段和扩展阶段。激光不会熔化工件，因为它会产生不需要的熔融材料。相反，照射阶段使用完全穿过工件的激光波长。

但是此波长会使工件内部产生变形和裂纹。然后，在扩展阶段，工件上会产生扩展应力。此应力将工件在内部缺陷区域分割成许多块。最终的结果是切割干净且无残留的晶圆。

矢量评级

矢量雕刻是一种用于雕刻工件的激光切割技术。激光不会穿透材料的整个厚度。相反，激光将遵循矢量指定的方向。

通过散焦激光束，可以轻松调整雕刻的厚度。雕刻的深度也可以调整。矢量雕刻可以创建简单而直接的复杂设计。

激光切割机通常由以下部件组成

激光器：是指激光发生器、电光转换和发射激光能量的设备。
切割头：包括喷嘴、聚焦镜片、聚焦跟踪系统软件等部分。
光传输组件：测绘反射镜片，为激光制导提供必要的方位。
数控系统：控制机床实现X、Y、Z轴的运动，同时也控制激光器的输出功率。
制冷系统：用于冷却激光器和切割头的循环冷却装置，带走不必要的热量，维持设备的正常运行，保证平稳的光束传输质量。
稳压器：稳定激光切割设备的电源电压，保证设备平稳运行及保护作用。
空压机：在空切过程中，为设备提供气源装置，保证所需的压力和流量。
储气罐：包括激光切割机运行过程中的材料气罐和辅助气罐，用于填充因激光波动而引起的化学气体和为切割头提供辅助气体。
过滤装置：用于给激光发生器及光通道提供洁净干燥的气体，维持光通道及反射镜片的正常工作。

除尘设备：抽取生产加工过程中产生的粉尘、烟雾，并将其过滤掉。

在激光切割机上，激光切割头按照所需部件的形状在金属板上移动，从而从板上切出部件。电容式高度控制系统保持喷嘴端和切割板之间的非常精确的距离。这个距离很重要，因为它决定了焦点相对于板表面的位置。从金属板表面上方、表面处或下方升高或降低焦点可能会影响切割质量。

激光切割机的工作原理是将激光束聚焦在一块材料上。激光功率很高，聚焦后会将要切割的材料温度升高到足够高的温度，从而在光束聚焦的一小部分区域内熔化或蒸发材料。通常使用辅助气体来帮助将熔融材料推出切割区域。这对于切割金属或胶合板等厚板尤其如此。

要切割形状，移动激光头并使用某种形式的龙门架将光束定位在新材料上，从而切割出一条线而不是一个小针孔。运动系统的类型包括齿条和小齿轮、滚珠丝杠和线性电动机。线性电动机最昂贵，但它们的速度最快，精度最高。齿条和小齿轮提供几乎相同的速度和精度，但价格较低。一些小型激光爱好者也可能使用正时皮带和步进电机来移动他们的激光头。无论如何，具有伺服和编码器反馈的系统可以大大提高激光切割系统的精度，刚性框架也可以与振动隔离。

对于激光切割操作，选择对被切割材料具有高吸收率的波长非常重要。

当激光能量照射到材料表面时，材料会吸收大量能量，从而迅速升温超过其熔化温度并达到其降解温度。

在降解温度下，材料会发生分解和分解，当这种情况发生时，通常会释放出烟雾。

切口边缘可能被加热到较低水平，实际上被熔化和改性。这实际上可以用作纤维材料的有用密封机制，例如防止线头。

激光切割机工作时，最好倾斜激光器，以免切割过程中产生的烟雾积聚成烟灰在激光光学元件上。另外，在切割（或焊接）高反射表面时，重要的是防止激光束从表面反射回激光光学元件，这可能会损坏它们。

数控激光切割机的工作流程

激光加工技术为不同的行业提供了许多不同的功能。无论这些机器的特点如何，它们的基本工作流程都是相同的。以下是数控激光机的工作步骤：

加载G代码

当操作员将G代码加载到系统上时，机器开始工作。G代码指示激光切割机的运动方向。

激光束的产生

一旦机器开始工作，激光谐振腔就会产生一束光。对于不同类型的激光器，激光产生的过程可能不同。激光的颜色也可能不同。例如，在 CO2 激光器中，激光发生器发出的是红外光。这种类型的激光束是人眼完全可见的。

引导激光

定向系统将激光束转向聚焦系统。一系列镜子可以改变方向。专用的光束弯曲装置也可以将产生的激光弯曲到聚焦区域。

激光聚焦

聚焦系统可减小激光束的宽度并增加其功率。这是通过激光聚焦头和聚焦透镜实现的。聚焦系统还可确保聚焦的激光束完全呈圆形且无杂散光。激光束通过喷嘴从机器中射出。

材料切割

聚焦的激光束被引导至工件材料。接触点暴露在激光束下足够长的时间以熔化材料。暴露时间因材料的厚度和类型而异。

切割头运动

机械系统按照G代码的指令，将激光头移动到所需的形状。移动速度因具体工作而异。

结论

CNC 激光切割技术处于制造业的前沿，提供无与伦比的精度、速度和多功能性。通过了解激光切割机的工作原理，可以帮助用户了解他们应该购买哪种类型的激光切割机。随着技术的发展，像 SC 这样的公司通过提供创新的解决方案来满足不断变化的行业需求，引领潮流。我们不仅提供一套 金属板光纤激光切割机出售 我们也可以设计和生产 激光切割机上下料系统 满足客户的自动化要求。无论您是小企业主、业余爱好者还是工业制造商，投资 CNC 激光切割机都可以改变您的运营，为设计、原型设计和生产开辟新的可能性。

相关文章：