I.导言
随着制造业自动化和智能化的发展、 激光切割机 以精度、效率和灵活性为优势，正在取代传统的切割方法。因此，它成为金属和非金属加工的首选。
目前，激光切割机已应用于汽车、航空航天、电子、半导体和医疗器械等多个领域，用于生产高精度部件和产品。
据统计，全球切割机市场规模已达 10 亿美元，年增长率为 20%。
面对激光切割技术的迅猛发展和巨大潜力，生产企业和个人了解其工作原理、羽毛和应用至关重要。
继续阅读；让我们了解更多。
II.激光切割机组件
激光源（CO2、光纤等）
激光源是激光切割机的核心部分，可产生高功率激光束。一般类型包括 CO2 激光器、光纤激光器和 YAG 激光器。转换效率达到 20% 的 CO2 激光器具有较高的输出效率，因此适用于切割较厚的材料。
而光纤激光器具有光电转换效率高、激光光束质量高、维护成本低等特点，因此已成为市场主流。
光束传输系统（反射镜和透镜）
光束和传输系统的功能是将激光束引向所需的方向。聚焦镜片可将激光束聚焦成具有高功率密度的小光斑，从而完成激光切割。
镜头焦距一般为 5 英寸，7.5 英寸镜头用于切割厚度大于 12 毫米的材料。光路需要保护气体以防止镜头受到污染，还需要保护罩以防止损坏。
切割头和喷嘴
切割头包括切割器、聚焦镜片、跟随系统和其他组件。
喷嘴的形状分为平行喷嘴、会聚喷嘴和锥形喷嘴，其功能是引导辅助切割气体。
以下系统保持切割头与材料表面之间的距离不变，并分为电容式（非接触式）和电感式（接触式）。
切割头的驱动装置由伺服电机、导螺杆和其他部件组成，驱动切割头沿 Z 轴移动。
数控系统
作为激光切割机的大脑，数控系统控制切割床沿 X、Y 和 Z 轴移动。同时，它还控制激光切割机输出功率，实现精确的切割路径。
部件的质量决定了切割的精度和稳定性。常见的数控系统包括 Beckhoff、PA 和 Frank。
切割床或切割台
切割床或工作台用于放置待切割的材料，并根据 CNC 控制系统进行移动。刚性和稳定性会影响切割精度。
切割床的结构包括龙门式、悬臂式、梁式等。此外，还有其他特殊切割机类型。例如，三维五轴机床是汽车行业的专用机床。
其他部分
此外，激光切割机还配备了其他组件，包括冷却系统、供气装置、空气压缩机、空气干燥过滤器、除尘和排气系统、排渣装置和其他辅助设备，以保持机器的稳定运行。
由此可见，激光切割机是由高度精密的仪器组成的。每个部件都与整台机器密不可分，这就对装配过程和制造技术提出了很高的要求。
III.激光切割机的类型
CO2 激光切割机
工作原则:二氧化碳激光切割机利用电流激发二氧化碳、氮气、氢气和氦气，产生波长为 10.6 微米的激光。
特点:CO2 激光切割机是最常见、最经济实惠的切割设备之一，功率从 25 瓦到 100 瓦不等。
特点:CO2 激光切割机是最常见、最经济实惠的切割设备之一，功率从 25 瓦到 100 瓦不等。
适用材料 金属材料包括有色金属，如薄铝板。非金属材料包括木材、纸张、丙烯酸树脂、皮革、织物和壁纸。
应用领域： 它已广泛应用于非金属材料切割和食品加工，如奶酪和板栗加工。
光纤激光切割机
工作原理 光纤激光切割机利用种子激光器和特种光纤产生波长为 1.064 微米的高密度功率激光束。
特点光纤激光切割机：光纤激光切割机属于固体激光器，无需经常维护。其使用寿命超过 25000 小时。其切割效率是 CO2 激光切割机的 3 倍。此外，光纤激光切割机的切割头可使用连续光或脉冲光，适应性强。
适用材料 金属、合金、非金属（玻璃、木材和塑料）。适用于薄材料。
应用领域： 金属打标、雕刻、塑料打标等领域。功率相对较大的光纤激光器应用范围更广。
差异和具体应用
| 特点 | CO2 激光切割机 | 光纤激光切割机 |
| 适用材料 | 非金属材料：木材、丙烯酸树脂、窗帘 | 金属和非金属 |
| 效率 | 相对较低 | 更高 |
| 精度 | 一般 | 更高 |
| 维护 | 轻松 | 轻松 |
| 成本效益 | 更高 | 更高 |
| 市场趋势 | 一般由光纤激光器取代 | 主流 |
总体而言，成本效益较高的 CO2 激光切割机主要用于切割非金属；适应性强、效率高的光纤激光切割机更易于维护。
在选择激光切割机时，应将切割材料、效率、维护和成本考虑在内。
然而，凭借完美的性能，光纤激光切割机正逐渐取代 CO2 激光切割机，成为市场主流。
随着技术的发展和成本的降低，激光切割机将在行业中得到更广泛的应用。
IV.激光切割的工作原理：步骤
激光发生器
激光器是激光切割机的核心部件。它们通常包括 CO2 激光器、光纤激光器和 YAG 激光器。以 CO2 激光器为例。
它们由一根玻璃管组成，管内充满二氧化碳、氮气和氦气等固定气体。当高压电流通过这些气体时，二氧化碳分子将受到激发，达到高能量水平。
当高能量级的二氧化碳分子返回到低能量级时，就会释放出波长为 10.6μm 的红外线，这就是二氧化碳激光。
光束聚焦和定向
激光器产生的激光束首先经过一系列反射器的反射，以改变照射方向。然后，聚焦透镜将激光束聚焦成直径小于 0.3 毫米的小光斑。
最后，高功率密度的聚焦激光束可将材料迅速加热到熔点或蒸发点。
材料熔化、燃烧或蒸发
在高功率密度激光束的照射下，能量吸收材料会达到很高的温度。
不过，不同材料对激光的反应不同，因此需要的激光功率也不同，一般在 1-6 千瓦之间。
当温度超过熔点时，材料开始熔化；当温度超过沸点时，材料开始蒸发并形成蒸汽。熔化和蒸发的材料将从切割淤泥中清除，形成缺口。
用于清除材料的辅助气体
为了加速清除熔化和气化的材料，激光切割机在切割时会注入高压气体，如氧气和氮气。这些气体可以将熔化物吹出淤泥，防止再次焊接，并保护聚焦镜片不受损坏。
对于一些氧气活性材料，如不锈钢，通常采用氮气等惰性气体来防止缺口氧化。
用于精确切割路径的 CNC 控制装置
在 CNC 控制系统的控制下，切割头按照预先编程的切割路径精确移动。
现代激光切割机的定位精度已达到 0.052 毫米。因此，它们能够切割复杂而精确的图案。
此外，数控系统还可以调节激光功率、切割速度和气体流量等参数，实现全自动化操作，从而大大提高生产率。
V.激光切割的优势
高精度和准确性
由于激光束的直径很小，因此可以精确地切割出图案。聚焦光斑的直径小于 0.33 毫米。
采用非接触式加工意味着激光切割不需要佩戴切割工具。因此，切割精度不会因为切割时间的延长而降低。
与数控系统集成后，激光切割机可自动运行。定位精度可达 0.05 毫米，远远低于传统的机械加工。
热影响区域较窄，表明切削淤泥周围的材料几乎不受影响。因此，工件的微小变形可确保尺寸精度。
可切割各种材料
激光切割机可切割多种材料，包括金属、非金属和各种复合材料。
由于材料的吸收性不同，切割参数也应相应调整。但要注意的是，只需调整输出参数，而无需更换切削工具。
三维激光切割机可在任何表面进行切割，无需人工调整角度，从而扩大了适用材料的范围。
减少材料浪费，切割干净利落
得益于高质量和灵活性，激光切割可以最大限度地减少废料，并实现干净利落的切割。
它的切割范围很窄，只有 0.1-0.3 毫米，因此利用率很高。它与 CNC 控制系统集成，可以自动排版，减少浪费。
切割时注入高压气体，将熔体吹出，使其不会粘在切口上。因此，切口表面光滑洁净。
惰性气体可用于保护不锈钢等易氧化材料，防止切口因氧化而变色。
更快的生产时间
激光切割机切割速度快、效率高，可大大缩短生产时间。激光切割机的切割速度可达每分钟数米，是传统切割方法的数倍。
激光切割机无需安装和夹紧工件，因此无需装卸材料，从而节省了时间。在自动上下料系统的辅助下，激光切割机的效率更高。
激光切割机可一次性成型，无需二次加工，为后续加工节省了时间。
自动化和可重复性
激光切割机易于实现自动化和标准化，因此适合批量生产。
大多数配备 CNC 控制系统的现代激光切割机都能自动运行，从而降低了劳动力成本。
存储切割程序的 CNC 控制系统可实现快速调用，并确保加工的可重复性和一致性
低维护意味着无需额外的劳动力，因为只需定期更换冷却水和维护光学系统。
一般来说，激光切割机的高精度、高效率和灵活性以及低成本受到制造业的青睐，推动了制造业的智能化和绿色化发展。
VI.激光切割的应用
汽车行业
切割汽车车身部件激光切割机：激光切割机可快速精确地切割车身面板，如车门、车钩和行李箱盖。切割质量高，变形小。
切割室内装饰： 大多数内饰，包括仪表板、中央控制面板和座椅框架，都是由激光切割机生产的，这种机器能够生产复杂而精确的图案。
航空航天和国防
切割飞机蒙皮 激光可以精确、高效地切割飞机蒙皮，尤其是具有复杂曲线和特殊形状孔洞的蒙皮。
切割军工产品： 它们可以生产军工产品的核心部件，包括枪支零部件、弹药、装甲车和军舰。
电子和半导体
切割半导体芯片 在半导体封装过程中，激光切割机可用于切割晶片和分离芯片，而且损伤小、速度快。
切割电子元件： 它们可以加工电阻器、电容器和连接器等电子元件的陶瓷和塑料基板。
医疗设备
切割医疗器械： 手术刀、矫形锯、医用剪刀和其他器械都可以用激光切割机来生产，这样就能确保刃口的硬度和光滑度。
切割医疗植入物： 人工关节、骨固定架和其他植入物通常由钛等硬质加工材料制成，因此激光切割是一种智能成型方法。
VII.结论
在整篇文章中，我解释了激光切割机的定义、工作原理、类型、应用和优势，为您提供了一份全面的激光切割机指南。
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VIII.常见问题
哪些因素会影响激光切割的速度和质量？
以下是可能影响激光切割速度和质量的五个因素：
激光功率 激光切割机的功率越高，切割速度越快。高功率激光切割可以快速蒸发材料，从而最大限度地减少热影响区域，使切割更加平滑。
重点位置： 聚焦点与工件表面之间的相对位置很重要。由于聚焦点在正确的位置上，切削淤泥在高效率情况下会更窄，从而获得更好的切削性能。
切割速度 切割速度与功率密度成正比，这意味着较高的功率密度可以提高切割速度。但是，切割速度与材料的密度和厚度成反比。
辅助气体的压力： 激光切割需要辅助气体，气体的压力是一个重要因素。辅助气体与激光束喷射在同一轴线上，以保护透镜不受污染，并将熔化的熔渣吹出。
材料特点 不同材料的吸收率不同。对于纸张和塑料等薄而软的材料，小功率切割可防止材料熔化和燃烧；对于金属等厚材料，大功率低速切割可实现干净利落的切割。
辅助气体如何增强激光切割工艺？
吹掉熔体和废料辅助气体：辅助气体将熔化的材料和碎屑从切割区域吹出，使切割过程更加顺畅，防止再次凝固而堵塞切割淤泥。
防止氧化:氮气等惰性气体可防止材料在切割过程中氧化。例如，氮气可产生清洁、无氧化的切口，从而提高切削刃的质量。
冷却对比空气：对比空气通常用于切割木材、塑料和丙烯酸树脂等非金属材料，以冷却材料并清理切割区域的碎屑。
激光切割机的价格一般是多少？
激光切割机的价格从几千美元到数百万美元不等。
入门级小型激光切割机的价格约为 4000 至 15000，适合小批量生产或新手使用。
工业用激光切割机的价格通常在 20000 至 45000 美元之间，适合大批量生产和精密加工。
一般来说，在购买激光切割机时，激光功率、尺寸、配置等诸多因素都要根据实际需求和预算来确定，从而选择性价比最高的机器。
