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发布日期: 4 月 19, 2024

I.导言

激光切割机是一种利用高功率激光束精确切割工件的机器。

在计算机的控制下,激光束可以聚焦于表面的一小块区域,使材料熔化和蒸发,然后使用高压气体将其吹走。这样,切割工作就完成了。激光切割机凭借高速、精确和高效的特点,在制造业中得到了广泛应用。

个人激光切割机为 DIY 爱好者和小型制造商提供了前所未有的便利和创造可能性。

随着技术的发展,DIY 激光切割机成为一种经济的解决方案。用户可以选择和制作自己的激光切割机,这不仅降低了入门门槛,而且使个人和小公司能够通过机器进行创新和生产。

一般来说,激光切割机凭借其高精度、高效率和广泛的应用,在现代制造业中占有一席之地。个人激光切割机的发明为激光切割机爱好者和小型企业带来了新的机遇。

经济型激光切割机成为创新和生产的有力工具。

II.了解激光切割机

激光切割机的工作原理

在介绍之前,我想和大家分享一段视频,以便大家直观地学习,消化抽象的概念。

看完视频,让我们深入了解一些专业的知识。激光切割机利用高密度功率聚焦于工件表面。这样,工件表面的温度就会上升到熔点和蒸发点。这样,切割就完成了。

在切割过程中,由数控系统控制的切割头会沿着设计的路径移动,同时切割气体会从喷嘴中喷出,将熔体吹出,从而形成切割淤泥。

激光切割机产生的热影响区域小、淤泥窄、切割质量高,是一种非接触式切割方法。

激光切割机的类型

激光切割机可以根据不同的标准分为不同的类别。本文主要从激光类型、结构、切割材料和激光功率等方面进行讨论。

1.按激光类型分类:

(1) CO2 激光切割机:

它们使用二氧化碳气体作为激光介质,通过电流激发产生激光。CO2 激光切割机适用于非金属材料,如木材、塑料和丙烯酸树脂,也可切割金属。它们的波长约为 10.6μm。

(2) 光纤激光切割 机器

它们使用掺杂稀土元素的光纤作为激光介质。激光通过二极管泵浦产生。光纤激光切割机主要用于金属切割,如碳钢、不锈钢和铝合金。光纤激光器的波长为 1.06μm,具有较高的电光传输和切割速度。

(3) YAG 激光切割机:

它们使用固体激光源,激光介质通常为掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)。这种机器主要用于切割金属材料,尤其适合加工较薄的金属板。

2.按结构分类:

(1) 龙门式激光切割机:

在切割过程中,激光是固定的,而工件是移动的。它们适用于大型材料或重工业。

(2) 悬臂式激光切割机:

这种机器的激光头固定在一端,适用于中小型工件。

(3) 机械臂激光切割机:

该机器使用机械臂进行激光切割。它适用于复杂或三维切割。

3.按切割材料分类:

(1) 金属激光切割机:

它们适用于切割多种金属,如不锈钢和碳钢。

(2) 非金属激光切割机:

它们可以切割木材、塑料、纸张和其他非金属。

4.按激光功率分类:

(1) 低功率激光切割机:

低功率激光切割机适用于薄材料或要求较低的切割应用。

(2) 中功率激光切割机:

这些设备兼顾了切割速度和设备成本,是切割中等厚度材料的理想设备。

(3) 高功率激光切割机:

它们适用于较厚的材料,可满足大批量生产的要求。

关键部件(激光源、控制系统、运动系统、工作台)

1.激光源:

作为激光切割机的核心部件,激光源根据不同的介质产生不同的激光。CO2 激光切割机使用 CO2 气体;光纤激光切割机使用掺杂光纤;晶体激光切割机使用 d: YAG 和 Nd: YVO。

2.控制系统:

控制系统

作为激光切割机的大脑,控制系统接受用户输入的切割指令和图案,并控制激光源的输出和运动系统的运动,以实现精确切割。控制系统包括 CNC 控制系统和专用软件。

3.运动系统:

运动系统包括伺服电机、导轨、传动装置等。它驱动切割头沿着设计的路径移动。运动系统的精度和稳定性直接决定了切割质量和效率。

伺服电机

4.工作台:

作为激光切割机的工作区域,工作台用于处置和固定工件。工作台的尺寸应考虑许多因素,如材料的尺寸和重量以及切割时的稳定性。

综上所述,激光切割机的类型和关键部件决定了其性能、应用和切割质量。因此,合适的机器和对其组件的了解可在高精度和高质量切割中发挥作用。

III.规划您的 DIY 激光切割机

在计划制作自己的 DIY 激光切割机时,您应该考虑很多因素,包括明确的需求、计算好的预算、激光源和功率、切割面积以及机器的大小。

确定您的要求和预算。

首先,明确您的切割需求。这是第一步。要切割哪种材料以及材料的厚度都是需要解决的问题。此外,所需的机器的切割精度和速度也很重要。

根据这些要求,确定合理的预算范围,其中应包括必要的组件、材料和额外的工具或软件。

选择激光切割机设计(龙门式、皮带驱动式、齿轮齿条式)

DIY 激光切割机主要有龙门式、皮带驱动式和齿轮齿条式三种。

龙门式设计结构稳定,适合大型切割任务;皮带传动系统成本较低,安装简单,适合轻量级和中等精度的工作;齿轮齿条传动精度更高,速度更快,适合精密切割。

希望您能根据自己的要求和预算选择最合适的类型。

选择合适的激光源和功率

激光源直接决定了切割性能和成本。常见的激光源包括 CO2 激光器、光纤激光器和二极管激光器。CO2 激光切割机适用于非金属切割,光纤激光器可用于金属切割。选择光纤激光源时,应考虑激光功率。功率越大,切割速度越快,对材料厚度的处理能力也越强。

应根据主要切割材料和预算来选择激光功率和光源。

考虑切割区域和机器尺寸。

切割区域的大小决定了机器的物理尺寸,同时也影响着存储位置和工作空间的要求。因此,您需要确定最大切割面积,以便选择合适的机器。较大的切割区域需要更强大的激光源以确保精度。

根据以上步骤,您可以系统地规划和设计自己的 DIY 激光切割机,在家中或车间进行创意制作。

IV.收集材料和组件

激光源(CO2 激光管、二极管激光模块)

CO2 激光管 是激光切割机最常用的光源,功率范围一般在 20-180W 之间,波长为 10.6μm。它们适用于切割木材、亚克力、织物等非金属材料。CO2 激光管的使用寿命相对较长,但体积较大,需要水冷却。

二极管激光器模块 近年来发展迅速,功率达到 40 瓦,波长为 445-455 纳米。它们比 CO2 激光管便宜,体积小,可以用空气冷却。不过,它们只适合切割较薄的材料,速度也比 CO2 激光管慢。

运动控制系统

发动机 通常用作驱动装置,能够精确控制激光头在 X 和 Y 方向上的移动。

镜子和透镜

反光镜 用于改变 CO2 激光器的传输方向。常见的材料包括硅或铜,表面镀金,对于波长为 10.6μm 的激光器,反射率超过 99%。

聚焦透镜 将激光束集中到待切割材料表面的一个点上,硒化锌是一种常用材料。透镜的焦距一般为 2-5 英寸,孔径为 18-25mm^3。二极管激光器通常不需要反射镜,只需要一个聚焦透镜。

安全围栏和通风

切割过程中会产生粉尘和有毒气体。因此需要通风系统将废气排出大气。但需要注意的是,排气装置的风量必须与切割宽度相匹配。

激光切割机必须配备保护罩,以避免激光伤害眼睛和皮肤。玻璃和亚克力等保护罩材料可以阻挡工作波长的激光。455nm 蓝色二极管激光器的防护要求低于 10.6μm CO2 激光器。

总而言之,二氧化碳激光管切割速度更快,适合批量生产,但成本较高,支架维护量大。而二极管激光模块价格便宜、便于携带,但切割性能有限,适合小批量生产和薄材料切割,受到激光切割机爱好者的青睐。

V.逐步构建过程

1.框架结构

搭建机器框架:

  • 使用铝型材或钢材搭建稳固的框架,并确保所有组件平行且垂直。
  • 应为移动系统、切割床和其他部件预留空间。

组装龙门架或运动系统:

  • 通常使用皮带传动或螺杆传动将 Y 轴运动系统安装到机架上。
  • 应调整皮带张力或螺母,以确保运行稳定,不会出现停顿和停滞。
  • 安装激光头的上下结构;使用导螺杆或滚珠螺杆确保 Z 轴的移动精度。

安装切割床:

  • 机架底部应安装蜂窝切割床,以支撑工件。
  • 工作台必须与激光头保持水平和垂直,其高度必须可以调节。

2.激光和光学器件设置

安装激光源:

  • 将 CO2 激光管和二极管激光模块固定在框架上。要注意散热和防震,以延长其使用寿命。
  • 连接高压能源或驱动能源,并确保电线连接和绝缘正确。

校准镜子和透镜:

  • 激光输出口应安装反射镜。应调整反射镜的角度,使激光束垂直射出。
  • 聚焦镜安装在切割头上,应调节焦距以将激光束聚焦在材料表面。
  • 持续微调可以优化光路,从而提高切割性能。
切割头

连接水冷(如适用):

  • 为 CO2 激光管配备水冷系统,该系统与进水管和回水管相连。
  • 检查水道连接是否紧固和封闭,以确保冷却水循环顺畅无泄漏。

3.电子和布线

步进电机和限位开关的接线:

  • 电机在 X、Y 和 Z 轴上接线,以确保连接正确。
  • 在运动轴的两端安装限位开关,然后将其连接到控制板上,以防止激光头之间发生碰撞。

连接激光控制板:

  • 连接激光控制板、电源和驱动器,并根据其类型选择适当的连接方法。
  • 仔细检查电线连接,确保信号传输正确,以免烧毁其他部件。

设置电源和紧急停止装置:

  • 连接适当的电源,为激光器、控制板和电机供电。
  • 配备紧急停止开关,以便在紧急情况下切断能源,确保安全。

4.软件配置

安装和配置控制软件:

  • 应根据控制板类型选择兼容的控制软件。
  • 根据软件设置,设定激光功率、速度和切割参数。

校准激光切割机

  • 调整激光头与切割床之间的相对位置,以确保准确聚焦。
  • 运行校准程序,检查 X、Y 和 Z 方向的运动精度和重复性。

进行试切:

  • 准备好木材和亚克力等测试材料,并将其固定在切割床上。
  • 设计一个简单的切割图案,并将其发送到激光切割机上进行测试。圆形和方形都可以。
  • 评估切割结果,然后优化切割参数,为实际切割做好准备。

按照我上面介绍的步骤,你就可以制作自己的激光切割机了。是不是很有趣?按照我列出的步骤和注意事项,相信你在学习激光切割机知识的同时,也会对激光切割机有更深入的了解。话不多说,让我们一起动手制作属于自己的激光切割机吧。

六.结论

本文开头阐述了激光切割机的定义、工作原理和详细分类,以帮助您了解这种机器,并加深对以下内容的理解。

本文的主要内容是制作激光切割机的零件准备和制造过程。相信读完我的文章后,你会对如何制作激光切割机有更深入的了解。

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