顧名思義，激光切割機通過切割材料來創(chuàng)建圖案和設(shè)計。強大的激光束是熔化、燃燒或蒸發(fā)材料的源頭。

從本質(zhì)上講，激光切割是一種制造過程，它使用細的、聚焦的激光束將材料切割和蝕刻成設(shè)計師指定的定制設(shè)計、圖案和形狀。這種非接觸式、基于熱的制造工藝非常適合多種材料，包括木材、玻璃、紙張、金屬、塑料和寶石。它還能夠生產(chǎn)復(fù)雜的零件，而無需定制設(shè)計的工具。

背景

激光切割機的發(fā)明歸功于庫馬爾?帕特爾 (Kumar Patel)，他于 1961 年加入貝爾實驗室時開始了他對激光作用的研究。 1963 年，他開發(fā)了第一臺 C0 2激光器，這是比任何其他類型都具有更多現(xiàn)代應(yīng)用的變體的激光。CO 2激光器用于雕刻從丙烯酸和膠合板到紙板和 MDF 的材料。

應(yīng)用

如今，激光切割已在電子、醫(yī)藥、航空航天、汽車和半導(dǎo)體等行業(yè)中找到了立足之地。最常見的應(yīng)用之一是切割金屬??無論是鎢、鋼、鋁、黃銅還是鎳??因為激光可提供干凈的切割和光滑的表面。激光還用于切割陶瓷、硅和其他非金屬。

也許激光切割技術(shù)最有趣的用途之一是在外科領(lǐng)域，激光束現(xiàn)在正在取代手術(shù)刀并被用于蒸發(fā)人體組織。這在眼科手術(shù)等高精度外科手術(shù)中尤其有用。

我們將在后面的部分討論更多應(yīng)用，但現(xiàn)在，讓我們看看激光切割過程是如何工作的。

什么是激光切割機？

激光切割的工作原理

激光切割機的光束直徑通常在 0.1 到 0.3 毫米之間，功率在 1 到 3 千瓦之間。該功率需要根據(jù)被切割的材料和厚度進行調(diào)整。例如，要切割鋁等反射材料，您可能需要高達 6 kW 的激光功率。

激光切割不適用于鋁和銅合金等金屬，因為它們具有出色的導(dǎo)熱和反光特性，這意味著它們需要強大的激光器。

以下是激光切割機的一些核心組件：

激光諧振腔： 激光束從激光諧振腔發(fā)出，激光諧振腔是一個密封的玻璃管，帶有兩個面對面的鏡子。該管充滿CO 2和其他氣體，如氫氣、氮氣和氦氣。這些氣體的混合物由二極管或以光的形式發(fā)射能量的放電激活。

切割頭： 光線在多個鏡子的幫助下向各個方向反射，這些鏡子經(jīng)過精心布置，以確保它到達激光切割頭。一旦光束到達切割頭，它就會通過一個彎曲的透鏡并被放大并聚焦到一個點上。正是在這個切割頭內(nèi)，激光變成了細而集中的光束，可以進行切割或光柵化。聚焦的激光束在擊中板之前通過一個噴嘴，壓縮氣體如氮氣或氧氣也流過這個噴嘴。例如，如果您正在切割鋁或不銹鋼，激光束將在高壓氮氣將熔融金屬吹出切口之前熔化材料。通常，切割頭連接到由鏈條或皮帶驅(qū)動的機械系統(tǒng)，這使它能夠在有限的區(qū)域內(nèi)進行精確的運動。透鏡的焦點需要在被切割材料的表面上，激光才能進行實際切割。

噴嘴距離： 在任何時候，板和噴嘴之間都保持準確的距離。這個空間至關(guān)重要，因為它決定了焦點。通常，改變焦點會影響剪輯的質(zhì)量。其他幾個變量會影響切割質(zhì)量，包括光束強度和速度。

激光切割的三大品種

火焰/反應(yīng)車轍：輔助氣體是氧氣，在高壓（高達 6 巴）下吹入切口。加熱的材料（在這種情況下為金屬）與氧氣反應(yīng)并開始燃燒和氧化。這種反應(yīng)會排出更多能量并輔助激光束。

熔融切割/熔化和吹塑： 惰性氣體（通常是氮氣）將熔化的材料吹出切口，顯著降低了所需的功率。材料首先被加熱直到達到其熔點，然后氣體將其吹出

遠程切割：高強度激光束部分蒸發(fā)（燒蝕）材料，無需輔助氣體即可切割薄片。

切割 vs 雕刻 vs 打標

 一般來說，激光切割機也應(yīng)該能夠雕刻和標記。事實上，切割、雕刻和打標之間的唯一區(qū)別在于激光的深度以及它如何改變材料的整體外觀。在激光切割中，來自激光的熱量會一直切割材料。但激光打標和激光雕刻并非如此。

激光打標會使被激光加工的材料表面變色，而激光雕刻和蝕刻會去除材料的一部分。雕刻和蝕刻的主要區(qū)別在于激光穿透的深度。

打標和雕刻的區(qū)別如下：

激光打標：在激光打標中，激光不會完全穿透材料，而只會改變材料的特性或外觀。激光會產(chǎn)生高對比度標記，因為激光的熱量會重新分布相關(guān)材料中的碳。

激光雕刻：在激光雕刻中，光束物理去除材料表面，留下一個空腔，揭示您的設(shè)計。激光將材料加熱到非常高的溫度，使其蒸發(fā)并形成空腔。

激光切割機的差異來自機器中激光器的類型，而激光器的種類決定了激光器可能能夠切割的材料厚度類型。通常，高功率激光器非常適合需要切割大塊塑料或金屬的專業(yè)應(yīng)用。另一方面，低功率激光器對塑料、卡片紙、紙張和木材等較薄的材料有效。

三種主要類型的激光器是：

1. 氣體激光器/CO 2激光切割機

切割是使用電刺激的 CO 2 完成的。CO 2激光器是在由其他氣體（如氮氣和氦氣）組成的混合物中產(chǎn)生的。

CO 2激光器發(fā)射的波長為 10.6 毫米，與具有相同功率的光纖激光器相比，CO 2激光器具有足夠的能量來穿透更厚的材料。當用于切割較厚的材料時，這些激光器還可以提供更光滑的表面。CO 2激光器是最常見的激光切割機類型，因為它們高效、便宜，并且可以切割和光柵化多種材料。

材料：玻璃、一些塑料、一些泡沫、皮革、紙制品、木材、亞克力

2. 水晶激光切割機

晶體激光切割機產(chǎn)生來自 nd:YVO（摻釹原釩酸釔）和 nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）的光束。它們可以切割更厚更堅固的材料，因為與 CO 2激光器相比，它們具有更小的波長，這意味著它們具有更高的強度。但是由于它們的功率很大，因此它們的零件很快就會磨損。

材料：塑料、金屬和某些類型的陶瓷

3. 光纖激光切割機

在這里，切割是使用玻璃纖維完成的。激光源自“種子激光”，然后通過特殊光纖放大。光纖激光器與盤式激光器和nd:YAG屬于同一類別，屬于“固態(tài)激光器”家族。與氣體激光器相比，光纖激光器沒有移動部件，能效提高兩到三倍，并且能夠切割反射材料而無需擔心背反射。這些激光器可以與金屬和非金屬材料一起工作。

雖然有點類似于釹激光器，但光纖激光器需要較少的維護。因此，它們?yōu)榫w激光器提供了一種更便宜、更持久的替代方案

材料：塑料和金屬

在這三種激光器中，制造商和專業(yè)人士最常使用CO 2激光器。它們主要用于切割非金屬材料，盡管它們已經(jīng)演變?yōu)榍懈罱饘?，但它們?nèi)匀桓m合非金屬和有機材料（木材、皮革、橡膠）以及雕刻硬質(zhì)材料。

利弊 

優(yōu)點

1. 以下是與其他切割技術(shù)（例如 CNC 銑削）相比，首選激光切割的原因：

2. 高精度和準確度

3. 生產(chǎn)速度高

4. 比相同口徑的數(shù)控機床更實惠

5. 廣泛的材料兼容性

6. 無污染風險（因為它是非接觸式過程）

7. 更窄的切口寬度

缺點

1. 高能耗

2. 有毒排放物釋放的風險（來自塑料）

3. 較厚的材料可能難以切割

4. 切割邊緣燒焦的風險

5. 激光切割設(shè)計

激光切割機的工作原理與您的普通噴墨打印機一樣。這些機器具有某些驅(qū)動程序，使它們能夠從計算機中挑選設(shè)計并將這些設(shè)計轉(zhuǎn)換為可讀格式。

幾個軟件包可以支持激光切割機的驅(qū)動程序：

二維設(shè)計

AutoCAD

墨景

Adobe Illustrator

CorelDRAW

雖然理論上設(shè)計師的想象力是可以創(chuàng)造的唯一限制，但在設(shè)計激光切割時，這里有一些一般準則：

設(shè)計必須符合您的刀具規(guī)格。完成的文件必須符合您機器的技術(shù)要求。否則，嘗試轉(zhuǎn)換文件可能會導(dǎo)致細節(jié)丟失或缺陷。

了解最大和最小激光切割尺寸并正確設(shè)置。您的設(shè)計尺寸受切割臺尺寸的限制。如果桌子是 1100 x 1100 毫米，你就不能設(shè)計任何超出這個范圍的東西。同樣，您還應(yīng)該遵守最小尺寸。

細節(jié)不能小于材料厚度。避免使用小于材料厚度的細節(jié)。例如，如果要打孔，則其直徑應(yīng)大于材料的厚度。

保持線條之間的最小距離。對于給定的材料厚度，線之間必須保持最小距離。通常，讓零件之間的距離為材料厚度的 2 倍

物理定律始終適用。當你切下一塊金屬時，除非設(shè)計中有連接件，否則它會脫落。

表現(xiàn)出克制。 當多條線在同一點相交時，您的設(shè)計將分崩離析或變得脆弱。

仔細檢查細節(jié)。放大細節(jié)并確保交叉點在需要的地方相交。

注意彎曲釋放。不正確的彎曲消除不會給你一個很好的直接切斷激光。

一旦設(shè)計準備好并加載到機器上，激光切割頭將按照設(shè)計方向在金屬板上移動，以根據(jù)需要切割零件。激光束沿著保存設(shè)計的矢量文件切割材料，直到完成形狀/圖案。

激光切割機應(yīng)用

激光切割機已成為原型設(shè)計和制造的便捷工具。它們正在被使用：

在快速原型制作中，因為它們允許設(shè)計師在大規(guī)模生產(chǎn)之前快速且廉價地迭代他們的設(shè)計。

在機械車間以及工業(yè)制造中切割大塊材料。

在硬件公司中創(chuàng)建原型。

在原型設(shè)計/小型項目的教育中。

由想要將他們的數(shù)字設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實的藝術(shù)家和制造商。