激光切割加工技術概述

激光切割加工技術概述

      激光切割加工激光束聚焦成很小的光點其最小直徑可小于  0.1mm），使焦點處達到很高的功率密度可超過106W／cm2)。這時光束輸入（由光能轉換）的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散部分，材料很快加熱至汽化濕度，蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成寬度很窄（如0.1mm左右）的切縫。切邊熱影響很小，基本沒有工件變形。 

      激光切割加工過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體。鋼切割時得用氧作為輔助氣體與溶融金屬產生放熱化學反應氧化材料，同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性氣體。進入噴嘴的輔助氣體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片并導致鏡片過熱。 

      大多數有機與無機都可以用激光切割加工。在工業制造占有分量很重的金屬加工業，許多金屬材料，不管它具有什么樣的硬度，都可進形無變形切割（目前使用最先進的激光切割系統可切割工業用鋼的厚度已可接近20mm）。當然，對高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導體，因此激光切割很困難，甚至不能切割（某些難切割材料可使用脈沖波激光束進行切割，由于極高的脈沖波峰值功率，會使材料對光束的吸收系數瞬間急劇提高）。 

      激光切割無毛刺，皺折、精度高，優于等離子切割。對許多機電制造行業來說，由于微機程序的現代化激光切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件（工件圖紙也可修改），它往往比沖切、模壓工藝更被優先選用；盡管它加工速度慢于模沖，但它沒有模具消耗，無需修理模具，還節約更換模具時間，從而節省加工費用，降低產品成本，所以從總體上講在經濟上更為合算。 

      另一方面，從如何使模具適應工件設計尺寸和形狀變化角度看，激光切割也可發揮其精確、重現性好的優勢。作為層疊模具的優先制造手段，由于不需要高級模具制作工，激光切割運轉費用也并不昂貴，因此還能顯著地降低模具制造費用。激光切割模具還帶來的附加好處是模具切邊會產生一個淺硬化層（熱影響區），提高模具運行中的耐磨性。激光切割的無接觸特點給圓鋸片切割成形帶來無應力優勢，由此提高了使用壽命。 

      常用工程材料的激光切割加工 

      1. 金屬材料的激光切割 

      雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率，但發射處于遠紅外波段1.064um光束的燈泵浦ND:YAG激光器及10.6μmCO2激光器還是成功的應用于許多金屬的激光切割實踐

      2. 非金屬材料的激光切割 

      10.6μm波長的CO2激光束很容易被非金屬材料吸收，導熱性不好和低的蒸發溫度又使吸收的光束幾乎整個輸入材料內部，并在光斑照射處瞬間汽化，形成起始孔洞，進入切割過程的良性循環。