1960年第一台激光器誕生後，人們便不斷探索激光在加工領域中的應用，1967年世界首台CO2激光切割機問世。激光切割是將能量聚焦到微小的空間，利用高密度的能量進行非接觸、高精度、高質量、高效率的切割方法。在過去的數十年裏，激光切割係統的輸出功率和光束質量得到了大幅提升，現如今已成為一項成熟可靠的技術，占據材料激光加工市場70%以上，在汽車、船舶、工程機械等工業領域備受青睞。

 

 

對於(yu) 特定的激光切割應用，製造商在選擇激光切割設備係統時越來越注重經濟指標，使其生產(chan) 線能實現高效率、高質量、高可重複性加工，從(cong) 而降低成本。目前在切割領域占主導地位的是CO2激光，隨著光纖激光器的技術成熟和飛速發展，其所具有的切割速度快、能量集中、電光轉化率高、加工柔性等眾(zhong) 多優(you) 點，將有望替代傳(chuan) 統的CO2激光。

 

 

光纖激光切割優(you) 勢

技術優勢

 

光纖激光的波長為(wei) 1070 nm，是CO2激光波長的1/10。圖1為(wei) 金屬材料對不同波長激光的吸收率。可以看出，短波長的光纖激光更容易被金屬材料吸收。例如低碳鋼對CO2激光的吸收率不足10%，而對光纖激光的吸收率高達35%。這也使得光纖激光能夠切割如鋁、銅等高反射性材料。

 

圖2為(wei) 不同工業(ye) 激光的光束質量參數(BPP)與(yu) 輸出功率的關(guan) 係，BPP 值越小表明光束質量越好。與(yu) 其它激光相比，光纖激光具有更好的光束質量（隻在5~10kW範圍略遜於(yu) CO2激光）。光纖激光的低BPP值，使其在高亮度、細焦斑、長焦深、長焦距下能遠距離工作，增強了其在材料加工中的適用性，提高了切割精度。同時光纖激光器在高輸出功率時也能傳(chuan) 輸高質量光束，使它也能適用於(yu) 由CO2激光所主導的厚板金屬切割。

 

效率優勢

 

高光束質量、高功率密度使光纖激光切割效率更高，可快速切割較薄材料以及更加有效地切割中等厚度材料。圖3為(wei) 光纖激光與(yu) CO2激光切割不鏽鋼薄板的速度對比，可以看出，薄板的光纖激光切割速度可達到同等功率CO2激光切割的2~3倍。IPG 2kW光纖激光切割係統切割0.5 mm碳鋼的速度可達40 m/min。切割6 mm厚的材料時，1.5kW光纖激光切割係統的切割速度相當於(yu) 3kW CO2激光切割係統的切割速度。光纖激光切割的高速度、高效率已得到大量研究報道的證實。

 

設備優勢

 

傳(chuan) 統CO2激光切割機的光路完全依靠反射鏡傳(chuan) 播，體(ti) 積較大，占用場地大，對機架和導軌要求極高，難以實現大幅麵和多維切割。圖4為(wei) 高柔性光纖激光切割係統示意圖，光纖激光通過光纖傳(chuan) 輸至激光頭，無需調整光路，使機械係統的設計變得非常簡單，切割係統更加緊湊。

 

 

 

光纖激光更重要的一個(ge) 優(you) 勢是加工柔性極高，可以加工任意圖形，亦可切割管材及其他異型材，能夠用於(yu) 各種多維任意空間的加工，為(wei) 三維激光切割技術在車身製造中的應用提供了巨大的發展空間。光纖激光+工業(ye) 機器人集成係統已實現工程化應用。

成本優勢

 

（1）電光轉換效率高

CO2激光的光路完全依靠反射鏡傳(chuan) 播，光路衰減快，能量損失較多，其電光轉化率在10%以下；而光纖激光的電光轉化率可高達30%，大幅降低工作耗電，降低運行成本。

 

（2）運行維護成本低

CO2激光係統結構複雜，維護成本高，反射鏡和諧振腔需定期維護，渦輪機軸承更換費用昂貴。而光纖激光切割機由光纖傳(chuan) 輸，無需複雜的反射鏡等導光係統，光路簡單，結構穩定，外光路免維護，平均無故障時間超過10萬(wan) 小時，且基本無耗材。圖5給出了4 kW功率下不同工業(ye) 激光器的相應成本，可以看出光纖激光設備的運行、維護等成本是最低的。

 

相比於(yu) 傳(chuan) 統CO2激光切割具有技術、效率、設備和成本優(you) 勢，光纖激光為(wei) 工業(ye) 領域帶來了一種綜合成本低、高效生產(chan) 力的切割加工解決(jue) 方案，有望替代占據主要市場的CO2激光切割。