簡單地說，一台數控（CNC）激光切割機使用相幹光束切割材料，材料通常為(wei) 金屬板材，但也包括木材、金剛石、玻璃、塑料和矽材料。

從(cong) 廣義(yi) 上講，激光切割可分為(wei) 兩(liang) 種類型：激光熔化切割和激光燒蝕切割。激光熔化切割是先在一定範圍內(nei) 熔化材料，並使用高壓氣流將熔融材料排出，形成一個(ge) 開放的切口。相比之下，激光燒蝕切割采用脈衝(chong) 激光逐層去除材料，它像鑿子一樣，隻在微觀尺度內(nei) 用激光進行加工，這種方法讓材料蒸發，而不是熔化。

鑒於(yu) 激光熔化切割在金屬板材切割中的優(you) 勢，我們(men) 將重點研究激光熔化切割技術。

光纖激光器 VS CO2激光器

兩(liang) 種最常見的激光切割機類型是：光纖激光切割機和CO2激光切割機。

CO2激光器通常使用電磁激勵氣體(ti) （通常為(wei) 二氧化碳、氮氣和氫氣、氙氣或氦氣的混合物）作為(wei) 活性激光介質。相反，光纖激光器（是一種固體(ti) 激光器）則使用摻有稀土元素（如鉺、鐿、釹或鏑）的光纖作為(wei) 工作物質。

“大約從(cong) 2010年或2011開始，光纖激光器的銷售額大約占據了所有激光器銷售額的5%-10%，”AMADA AMERICA公司激光部門產(chan) 品經理Dustin Diehl說，“在次之前，光纖激光器的銷售份額也基本接近這個(ge) 比例，但它們(men) 並未獲得太多關(guan) 注，當時人們(men) 對這項技術並不熟悉。隨著客戶開始對光纖激光器給出了滿意的使用反饋，這時候你才真正開始看到光纖激光器的銷售額開始飆升了。到2017年，我們(men) 超過90%的切割機銷售額來自光纖激光切割機。”

關(guan) 於(yu) 光纖激光器將要在市場上完全取代CO2激光器的猜測，可以追溯到一些最早的光纖激光器係統。在過去的十多年間，人們(men) 的問題已經發生轉變：已經從(cong) “所謂的麵向特定市場的激光切割機是否可能擁有比預期更大的市場？”轉向了“光纖激光器能完全取代CO2激光器嗎？”

即使在很多專(zhuan) 家那裏，這也是一個(ge) 有爭(zheng) 議的話題。

“光纖激光器替代CO2激光器的趨勢將會(hui) 繼續，”Bystronic公司激光切割產(chan) 品經理Erich Buholzer說，“潛在地，CO2激光器將會(hui) 被完全取代。如果是這種情況，隨著光纖激光技術的進一步發展，這種完全取代將發生在本世紀中期。目前，CO2激光器仍然具有一些獨特的優(you) 勢，例如在厚板材切割方麵擁有更好的邊緣質量和更小的毛刺。”

Diehl的觀點則更加謹慎，但他仍對光纖激光器的前景持樂(le) 觀態度：“光纖激光器會(hui) 取代CO2激光器嗎？我不想對此作出大膽的聲明，因為(wei) 可能有一些應用還是要用CO2激光器，當然我們(men) 能用光纖激光器來做的事越來越多，由此我們(men) 也發現，沒有什麽(me) 是光纖激光器不能做的，而CO2激光器能做的。”

CO2激光器和光纖激光器光束模式對比

圖片來源AMADA

Diehl並不同意Buholzer對光纖激光器在厚材料加工方麵的性能評價(jia) 。

“CO2激光器在厚板材切割中擁有更好的‘切割邊緣’，這可能是一個(ge) 古老的誤解，當然這裏我們(men) 在光纖激光器世界中談論的‘古老’，可能也就是幾年前的事。”Diehl說，“當光纖激光器首次問世時，這確實是一個(ge) 值得關(guan) 注的問題，因為(wei) 當時確實沒有任何技術能讓光纖激光器獲得像CO2激光器那樣的邊緣切割質量。但是今天，我們(men) 已經可以用光纖激光器獲得類似的邊緣切割質量，即使是切割更厚的材料。”

IPG Photonics公司的Sarrafi對光纖激光器的前景更為(wei) 樂(le) 觀：“由於(yu) 最近幾年取得的所有發展，我預計固態激光器，特別是光纖激光器將會(hui) 在金屬板材切割應用中完全取代CO2激光器。如果你去逛一逛像FABTECH這樣的展會(hui) ，你就會(hui) 發現，光纖激光器已經在金屬切割領域占據了主導地位。”

激光切割的材料

正如前文提到的，CNC激光切割機已經在各行各業(ye) 中用於(yu) 廣泛的材料切割。由於(yu) 切割金屬板材是最為(wei) 常見的應用，因此值得關(guan) 注其所涉及的特殊性。例如，反射率和表麵厚度就是兩(liang) 個(ge) 最重要的考慮因素。

“反射率是考慮一種材料是否能被切割的主要因素，並且所使用的激光技術（例如CO2激光器與(yu) 光纖激光器）也會(hui) 有很大的影響，”Buholzer說，“最大切割厚度取決(jue) 於(yu) 各種因素，包括激光功率及其應用方式。”

關(guan) 於(yu) 反射的問題，Sarrafi補充說：“現代光纖激光器如果具備足夠高的功率和足夠小的光斑尺寸，那麽(me) 它們(men) 已被證明能夠切割所有的反射性材料。”他說，“這是一個(ge) 關(guan) 於(yu) 高峰值功率和光學設置的問題。因此，反射率已經不再是什麽(me) 大問題了。”

的確，光纖激光器的發展已經讓激光能切割的金屬材料有了更多選擇，包括銅、黃銅鈦和其他CO2激光器不適合切割的合金材料。然而，盡管取得了這些進展，但材料厚度仍然對激光切割提出了重大限製。

Diehl說：“一般來說，在激光的世界中，切割厚度為(wei) 1英寸的低碳鋼已經是上限。若要切割厚度為(wei) 1.5英寸或2英寸的板材，可能會(hui) 有比激光更好的工具來完成這項工作了。”

激光切割中的常見錯誤

與(yu) 任何新工藝一樣，激光切割也有一條學習(xi) 曲線。如果你具備使用其他XY軸切割工藝的經驗，例如等離子切割，那麽(me) 一台CNC激光切割機對你來說應該是比較熟悉的。然而，這裏仍然有一些新用戶應該注意避免的錯誤要提醒大家。

Sarrafi特別指出了兩(liang) 個(ge) 常見的錯誤。

“我看到客戶有時會(hui) 忽略工具分辨率或切口寬度，錯誤地假設激光切割能實現無限窄的切割線。”Sarrafi指出，“然而事實情況並非如此，盡管激光切割能實現的切口比其他工藝更窄。典型的切口寬度範圍通常為(wei) 30~300μm，這取決(jue) 於(yu) 激光功率、光學設置和切割過程。切口寬度是需要在設計中考慮到的一點。”

另一個(ge) 常見的錯誤是使用微型接頭來支撐小零件，這被稱為(wei) "tabbing"。

“激光切割使用高壓氣體(ti) （氮氣切割為(wei) 5~25巴），因此，需要切割的零件要麽(me) 由自身的重量支撐，如果零件厚度超過2~3mm並且尺寸相對較大的話，這種方法沒問題；但是對於(yu) 薄而小的零件，為(wei) 了抵抗氣流的壓力，需要對它們(men) 進行固定。”Sarrafi說，“這些微接頭非常小，寬度在0.2~0.4mm，所以它們(men) 很容易在後處理中斷裂，但有時必須要用它們(men) 將零件連接到框架上，以保證零件不會(hui) 被吹走。”

圖片來源Bystronic

高效激光切割的要領

關(guan) 於(yu) 激光切割有一個(ge) 普遍的誤解，就是效率隻是激光功率的問題。這種誤解部分源於(yu) CO2係統的遺留問題，但是光纖激光技術的快速發展，使得切割效率不僅(jin) 僅(jin) 與(yu) 激光功率有關(guan) 。“雖然原始切割功率正在增加，但仍需要考慮其他因素。”Buholzer說，“從(cong) 技術上來講，特別是對於(yu) 薄材料切割而言，為(wei) 了充分利用額外的切割功率，也需要增加機械動力學方麵的靈活性（加速/減速）。”加速和減速是限製切割效率的一個(ge) 主要因素。

即使將切割速度翻倍，也不一定就能實現加工周期的等效縮短，因為(wei) 加工周期主要取決(jue) 於(yu) 被切割零件的幾何形狀，正如Sarrafi解釋的：“盡管能夠實現非常高的切割速度，比如每分鍾2000英寸或每秒1英寸，但是對於(yu) 具有複雜特征的小於(yu) 2英寸或更小零件的切割周期，其主要限製因素是加速度而不是速度。因為(wei) 在開啟全速切割之前，必須要將切割頭移動到另一個(ge) 地方。”

從(cong) 另一個(ge) 方麵來看，對於(yu) 大型零件或是形狀不複雜的零件，則能充分享受激光切割的高速優(you) 勢，因為(wei) 在這種情況下，加速和減速並不是效率的主要限製因素。“你真正需要的是一個(ge) 很好的光束傳(chuan) 輸係統來處理需要傳(chuan) 輸的功率，包括鏡頭和切割頭等。”Diehl指出。

“激光切割不僅(jin) 僅(jin) 是原始功率的問題。”他補充道。