激光切割技术的应用、优点、原理及发展方向

本文介绍激光切割技术的应用、优点、原理及发展方向

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术，它占整个激光加工业的70%以上。

激光切割是当前世界上先进的切割工艺，由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题，激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

激光切割技术的应用

1、工艺礼品

可以在木、竹、大理石、有机板、双色板、皮革等材料上雕刻各种精美图案和文字，制作工艺品、纪念品。

2、建筑模型制作行业

雕刻/切割模型的墙面、门窗、屋顶、地面、植被等。

3、标识、标牌、奖牌

可以在双色板、木制品、镀膜金属等多种材料上雕刻/切割，对不同灰度级的背景图案自动产生不同的“漏色”效果，特别适合于着色或涂漆，应用非常广泛。

4、服装加工

可以在皮革、服装加工业中进行任何复杂图案的刻花、切割、雕刻、镂空；电脑绣花裁剪。

5、木材、家具

可在各种竹、木、家具上进行图案、文字的雕刻等。

6、有机玻璃切割

使用有机玻璃材料做切割，边缘光滑无需再次抛光。

7、影像雕刻

独具精细的图文雕刻和影像雕刻本领，同类产品无与伦比。 可以在竹木制品、亚克力、皮革、大理石、水晶等等材料上雕刻逼真的照片。

8、球面、圆柱体雕刻

可以在球面、圆柱体上进行360度旋转雕刻，满足您个性化的需求

9、其他行业

印刷包装、装潢、电子、电器、塑料制品、食品医药等行业所需的雕刻、标记等。

激光切割技术的优点

1、精度高:定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm。

2、切缝窄:激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很陕加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10-0.20ram。

3、切割面光滑:切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ral2.5；A内。

4、速度快:切割速度可达lOm/min，最大定位速度可达70m/m/n，比线切割的速度快很多。

5、切割质量好:无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6、不损伤工件:激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。

7、不受被切材料的硬度影响:激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8、不受工件外形的影响:激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其他异型材。

9、可以对非金属进行切割加工:如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。

10、节约模具投资:激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

11、节省材料:采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

12、缩短了新产品制造周期:新产品试制，数量小，结构不确定、随时会改动，根本不能出模具，激光切割机大大缩短了新产品制造周期，减少了模具投入。

激光切割技术的原理

1、在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属 发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。

2、激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

3、该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

4、激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

激光切割技术的发展方向

1、伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统，使用高功率的激光切割可获得高的加工速度，同时减小热影响区和热畸变；所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

2、根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

3、激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

4、根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

5、向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

6、随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

7、三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

激光切割技术清洁、安全、无污染，大大改善了操作人员的工作环境，当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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