超高效的激光切割技术原理以及如何工作的
激光切割是一种利用激光切割或钻孔材料的技术。该工艺可用于切割包括金属、木材、塑料和纺织品在内的各种材料。在需要高精度的制造应用中，激光切割非常有用。例如，它可以在金属零件上创造出复杂的图案或形状，而这些图案或形状使用传统方法很难制造出来。那么，激光切割是如何工作的呢？
激光切割的工作原理
激光切割过程始于你的想法。一旦你开发了它，你可以使用CorelDRAW准备图形或任何其他二维软件，并将数据发送到激光器。激光切割机使用激光头生成高功率激光束，并将其定向到材料上。然后，激光束根据激光的功率和材料的性质熔化、汽化或穿透材料。
激光通常使用运动控制系统或称为G代码的独特编程系统来控制激光的运动。G代码向激光发出指令，例如移动到哪里以及使用多少功率，这允许它非常精确地切割材料。例如，一个G代码文件可能会指示激光沿直线在一块木头上移动，沿途做出成千上万次微小的切割。了解如何准备G代码文件。
这一过程将产生精确且干净的切口，没有烧焦或烧痕。一旦切割完成且材料冷却，成品即可从机器中取出，无需对材料进行二次加工。激光切割是一种精确且多用途的方法，可用于从小型零件到复杂组件的制造。
激光切割的应用
在现代世界中，激光切割器是一项极其有用的技术。以下是激光切割可应用的八个行业示例：
汽车制造：它有助于以高精度制造汽车零部件。
航空航天制造：由于其准确性和效率，常用于制造飞机部件。
医疗器械：在医疗领域经常用于如起搏器和支架等设备。
电子制造：激光切割机用于制作电路板和其他电子元件。
食品加工：这些机器在食品行业中的应用越来越广泛，用于切片和切块等任务。
纺织制造：常用于在织物上创造图案和形状。
玻璃切割：它可用于在玻璃上制作复杂的设计。
木工：你可以使用激光切割机在木材上创建详细的图案和形状。
激光的主要类别
以下是当今各行各业中使用最广泛的三种激光类型：
1. CO₂激光器
C0₂激光器利用二氧化碳，并在一定程度上利用氮气来提高光激光的有效性。这些激光器使用一个内部充满气体的管子，高压电对气体粒子施加压力，产生一束高功率的红外光（激光束）。下面的图示展示了这种管子。
激光束在激光机内的镜子之间来回反射，最终到达喷嘴和工作区域，如下图所示。
根据计算机中指定的指令，激光的前后移动确保了材料按需切割。您可以使用CO₂激光器切割木材、塑料、胶合板、橡胶、皮革、纸张和织物等材料。这些激光器不能切割玻璃和石头等其他材料；但是，它们可以在这些材料上进行雕刻。
2. YAG激光器
这些固态激光器使用钇铝石榴石（YAG）晶体作为有源介质。外部能源如电流刺激晶体中的电子，产生激光光。YAG包含两个反射镜m1和m2，它们固定在末端，如下面所示。
使用氪灯或氙闪光灯将信号从m1泵送到通过m2输出。手电筒将镜子下方连接的电源中的离子激发到高能级。随着能量转换的发生，产生光子束用于激光切割。
YAG激光器通常用于在金属等材料上进行钻孔。它们以其高效率和稳定性区别于其他类型。它们还具有耐热和耐潮湿损坏的特性，因此在工业环境中使用非常理想。
3. 光纤激光器
光纤激光器主要用于激光雕刻项目，而不是专门用于切割。然而，您可以使用它们切割薄金属，通常是在经过几次操作之后。这些激光器使用有源光纤来产生光束，然后将其传输到切割头。它们可以切割不锈钢和铝，并且以其出色的电能效率和低运营成本而闻名。
激光切割的优点
激光切割是在各种材料上创建复杂设计和形状的一种流行方法。以下是激光切割的七个优点：
高精度：激光可以精确且细致地切割材料。
速度：激光系统能够快速切割材料，因此非常适合高生产环境。
多功能性：这项技术可以切割各种材料，包括木材、金属、玻璃和塑料。
清洁工艺：与其他方法（如机械加工或冲压）相比，激光系统产生的废料很少或几乎没有。
计算机控制：这意味着可以轻松地创建复杂的形状和设计。
成本效益高：激光系统维护需求少，且可用于多个项目。
激光切割很有趣：看着激光像切黄油一样切割材料，非常令人满意。无论你是经验丰富的操作员还是初学者，激光切割都可以是一种令人愉悦的体验。
激光切割的缺点
激光切割并非没有缺点。以下是其中的六个：
火灾风险：激光切割机发出的光线会产生极高的温度，可能会点燃易燃材料引发火灾。
可能很昂贵：激光切割机的初始投资可能相当高，而且运营成本（如电力消耗）也可能累积起来。
需要相当数量的维护：镜子和透镜需要保持清洁并对齐，操作员必须定期校准整个系统。
产生有害气体和粉尘：这些需要从工作区域正确抽取，以保护操作人员和设备。
这可能是一个缓慢的过程。切割较厚的材料可能需要很长时间，而且材料的性质经常限制切割速度。
掌握它需要时间：关于不同设置及其如何影响切割的知识很多，熟练使用激光切割机也需要一些时间。
任何想要投资激光切割机的人都必须考虑这些缺点。然而，对于许多应用而言，其优点超过了这些缺点。如果保养得当，激光切割机可以提供多年无忧的服务。
精准切割材料
正如我们所考察的，激光切割是一项有趣的技术，其未来前景光明。随着技术的进步，这种切割方法将继续变得更加强大和精确。大多数激光切割机可以高精度地切割金属等材料。随着其日益普及，对熟练工人的需求也在增加。接受过激光切割机操作培训的人员将非常受欢迎；因此，这是进入这项令人兴奋的技术的一个绝佳机会。
在目前的加工行业中，普遍使用激光切割机进行加工。由于激光切割机具有高效、灵活的特点，可以解决传统数控冲床带来的不便。激光切割机采用非接触加工方案，具有无机械应力和变形、操作简单、切割精度高、热影响区小的显著特点。
激光切割是激光加工行业中最重要的应用技术，占整个激光加工行业的70%以上。激光切割是目前世界上先进的切割技术。由于它具有精密制造、柔性切割、异形加工、一次成型、高速高效等优点，解决了工业生产中许多常规方法无法解决的问题。激光可以切割大多数金属材料和非金属材料。
什么是激光切割？
激光切割是利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在极短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。这些蒸汽高速喷出，同时在材料上形成切口。
4mm以下的不锈钢可以用激光切割设备切割，20mm厚的碳钢可以用激光束加氧切割，但加氧后切割表面会形成一层薄薄的氧化膜。
由于没有刀具加工成本，激光切割设备也适用于生产以前无法加工的各种尺寸的小批量零件。
激光切割设备通常采用计算机数控(CNC)装置，之后可以通过电话线从计算机辅助设计(CAD)工作站接收切割数据。
激光切割的原理是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料快速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点。同时，与光束同轴的高速气流吹走熔化的材料，从而切割工件。激光切割是热切割方法之一。
激光切割技术的特点
精度高。定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm。
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。
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。
速度快。切割速度可达10m/min，最大定位速度可达70m/m/n，比线切割的速度快很多。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
激光切割的分类
激光切割可分为四大类:激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划线及控制断裂。
1)激光汽化切割
用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速升高，在极短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。这些蒸汽高速喷出，同时在材料上形成切口。一般材料的汽化热很大，所以激光汽化切割需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割主要用于切割极薄的金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡胶等)。
2)激光熔化和切割
激光切割时，金属材料通过激光加热熔化，然后非氧化性气体(Ar、he、N等。)通过与光束同轴的喷嘴喷射，液态金属被气体的强大压力排出，形成切口。激光切割不需要将金属完全汽化，所需能量仅为汽化切割的1/10。
激光切割主要用于切割一些不易氧化的材料或活性金属，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
3)激光氧气切割
激光切割的原理类似于氧乙炔切割。它采用激光作为预热热源，氧气等活性气体作为切割气体。一方面，吹来的气体与切割金属发生反应，引起氧化反应，释放出大量的氧化热；另一方面，熔融氧化物和熔体被吹出反应区，在金属中形成缺口。由于切割过程中的氧化反应产生大量的热量，激光氧切割所需的能量仅为熔化切割的1/2，切割速度比激光汽化切割和熔化切割快得多。激光切割主要用于碳钢、钛钢、热处理钢等易氧化金属材料。
4)激光划线和断裂控制。
激光划片是用高能量密度的激光扫描脆性材料的表面，使材料受热蒸发成小凹槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿着小凹槽开裂。用于激光划线的激光器一般是Q开关激光器和CO2激光器。
断裂控制是利用激光刻槽产生的陡峭温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断裂。
激光切割的应用范围
大多数激光切割机都是由数控程序控制，或者做成切割机器人。激光切割作为一种精密加工方法，几乎可以切割所有材料，包括金属薄板的二维或三维切割。
在汽车制造领域，车顶窗等空间曲线的切割技术得到了广泛的应用。德国大众汽车公司使用功率为500W的激光切割复杂的车身薄板和各种曲面零件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于切割特殊航空材料，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷和应时等。激光切割加工的航空航天零件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成型技术也广泛应用于非金属材料领域。它不仅能切割高硬度和脆性的材料，如氮化硅、陶瓷、应时等。它还可以切割和加工柔性材料，如布，纸，塑料板，橡胶等。如果用激光裁剪衣服，可以节省10% ~ 12%的衣服，效率提高3倍以上。
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