激光切割机，曾经被视为专家专用的高科技解决方案，如今已成为许多行业不可或缺的一部分。目前，激光切割金属板材、管材和型材在小型工作室和大型生产车间都得到广泛应用。直到最近，市场上还主要是基于CO2和YAG技术的切割机，但它们越来越多地被光纤激光切割机所取代。这些现代化的机器提供更好的操作参数、更高的效率、节能性和可靠性，彻底革新了激光切割过程。
光纤激光切割机如何工作？
激光切割机使用由半导体二极管泵浦的固态激光器作为光源。这是一种非常有趣的解决方案，其中活性介质是由三层构成的特殊光纤：
-
外层：光纤的聚合物包层具有最低的折射率，防止激光辐射向外散发。
-
内包层：泵浦涂层由折射率高于外层的材料制成。内包层像围绕核心的镜子一样工作，光束从层边缘多次反射使光线反复返回到核心。这创建了一个谐振腔，产生并放大光束。
-
核心：掺有稀土元素的内层具有最高的折射率，负责信号传播。
光纤激光器产生高能量密度的光束，并通过光纤将其传输到切割头。在此，光束通过头部封闭的透镜聚焦到被加工部件的表面，被极细焦点照射的区域会熔化并蒸发。
光纤激光束可聚焦至CO2激光器获得的点直径的1/10。更小的直径以及更高的光亮度使光纤激光器能够达到更高的能量密度——甚至比CO2激光器高出100倍。这确保了材料的精确切割，并使切割边缘极其干净、光滑，切割缝隙非常窄。
激光切割机的关键特性和能力
激光切割机可根据加工材料的形状和类型、激光功率以及工作自动化程度分为不同组别。市场上有用于切割和修整大型板材或切割长管材和型材的大型机器，也有价格较低的紧凑型设备。后者由于其紧凑、封闭的外壳和将光源移至另一个房间的可能性，可以在生产车间占用很少的空间。
光纤切割机加工的元件可由不锈钢、低碳钢、钛、铝和织物、木材、纸张、塑料和陶瓷材料等各种材料制成，材料本身可以有不同的厚度。因此，光纤切割机的重要特性是它的功率。目前，市场上有功率从1 kW到20多kW的激光切割机，但由于成本原因，最受欢迎的是功率不超过6kW的设备。
由于光纤激光器的高切割速度，切割机的重要组成部分是能够自动装载和卸载材料以及制造零件的系统。在工作负荷高的情况下，金属板材存储、自动管材和型材装载系统或智能托盘系统等解决方案允许提高效率，最大限度地减少激光切割成本，提高公司的竞争力和利润。
许多制造商提供带有专用操作系统和软件的设备，可以设计零件并在金属板上进行最佳放置，以及编程切割机和控制设备本身及其操作员。
还有配备Wi-Fi通信系统的光纤切割机，可以实现设备的远程控制，从而更好地利用机器本身，提高生产效率。
查看：管材和型材切割机 TEKIO
光纤激光切割机的关键技术参数
光纤切割机的划分对应于设备本身的参数。对于带有工作台的切割机和切割卷材的设备，是工作区域的大小，而对于切割管材和型材的光纤切割机，则是管材切割的长度和直径。
对于光纤激光切割机，参数当然是激光源的功率，它决定了切割板材的最大厚度。
其他参数是切割头的定位精度及其位置变化的准确性，以及头部的最大进给速度。
光纤切割机的基本元素
光纤切割机是先进的系统，提供高效率和切割质量，这不仅源于光纤激光切割技术本身，还来自于先进解决方案和机器子系统的使用：
-
激光源是负责光纤切割机操作和切割方法的基本元素。光纤激光器：
-
由于激光束焦点较小，提供高功率密度和快速切割。
-
由于波长较短，具有几倍更高的吸收率。
由于高功率密度和高吸收率，它们显著提高了效率和切割速度。 -
使用寿命很长。标准光纤激光器的估计寿命为100,000小时，相当于约45年的使用时间。
-
非常高效节能。它们的能源效率是CO2激光器的三倍，这意味着它们在运行期间消耗的能量比CO2激光器在待机模式下消耗的还要少。
-
-
光束传输系统 - 在光源中产生的光束通过光纤系统传输到切割头。这是一种可靠且几乎免维护的解决方案，消除了机器的许多移动部件，如其他类型激光器中使用的光学镜片、真空泵、风扇或过滤器。因此，在提到的100,000小时光源操作期间，无需计划更换激光耗材。
-
切割头是光纤切割机的切割元件。它由喷嘴、聚焦透镜和焦点跟踪系统组成。某些切割机还配备了摄像系统，可实时监控头部操作。切割头沿着编程的切割路径以精确和速度移动，这是切割机的基本参数之一。在编程切割过程时，还必须根据被切割材料的类型和厚度设置头部的高度。
-
透镜 - 激光透镜的质量直接负责激光的输出功率和整个机器的效率，高质量的无光学污染透镜允许使用真正高功率的激光切割材料。透镜也是激光切割机最常用和最敏感的组件。
-
冷却系统有两个主要任务。第一是冷却激光发生器，它将电能转换为光能，剩余能量转化为热量。第二是去除多余热量并确保激光的均匀运行。此外，冷却系统确保光束传输系统的稳定运行，防止因温度过高引起的透镜变形和破裂。光纤切割机使用空气或水冷却系统。
-
CNC系统 - 控制系统负责激光切割机所有模块的操作，如装载和卸载系统、板材、管材和型材设置系统。然而，它最重要的任务是控制激光的输出功率和控制切割头沿X、Y和Z轴的进给。CNC系统允许垂直和倾斜设置切割头。在为切割机配备额外的机械臂后，还可实现3D切割和修整。此外，CNC系统负责光纤切割机的稳定性和操作速度，其先进功能可有效提高切割的精度和质量。
-
工作台/横梁 - 激光切割机对机器的稳定运行有很高的要求。由灰铸铁或铝制成的高质量工作台提供高刚性、耐用性和设备对振动的抵抗力，允许切割过程的最大稳定性和精确性。反过来，大型激光切割机使用横梁，这些横梁必须具有适当的刚性，同时也具有灵活性和强度，以便在切割过程中快速进给切割头。
-
电机是负责光纤切割机系统进给的基本元素，其参数直接影响生产的速度和效率以及最终产品的质量。目前，步进电机和伺服驱动器被广泛使用，电机类型应根据切割机执行的工作类型进行选择。
-
蒸汽和污染物去除系统 - 在切割过程中 - 特别是切割塑料时 - 会产生蒸汽和灰尘，不仅会影响切割过程的质量，还会影响操作员的健康。因此，切割机配备了自动蒸汽和灰尘去除系统，不仅关心车间操作工人的健康，还使设备环保。
冲压、等离子切割、水刀还是激光切割？
冲压机是用于切割材料的绝佳解决方案，在产量非常大的情况下效果极佳，提供最低的产品单位制造成本。它们确实需要额外的模具投资，但可以执行许多其他工艺，如成型或螺纹加工。传统的转塔冲床可以切割孔和任何形状，非常经济，尽管它们同样需要额外的模具。而冲压机虽然效率明显低于激光切割机，但与冲压机类似，允许产品成型。
另一种非常适合切割厚材料，以及切割边缘质量不是最重要的应用的解决方案是等离子切割系统和水刀切割系统。然而，在它们的情况下，与大多数热切割方法一样，加工的金属可能有广泛的热影响区。
我们也要记住，虽然等离子切割系统和水刀系统比激光切割机便宜得多，但它们的速度要慢得多。当然，您可以通过安装多个切割头并切割堆叠排列的半成品来提高两种机器的效率，但这种方法会大大降低最终产品的质量。
激光切割机是最新最先进的解决方案。它们提供高精度、高质量、高效率、高可靠性和灵活性，这就是为什么它们在过去几十年中一直在成功取代工业中使用的旧技术。
为什么投资激光切割机？
目前没有自己的激光切割机的公司通常会将工作外包给一个或多个拥有此类能力的分包商。这种解决方案不涉及高风险，如果完成订单的时间提供一些灵活性，可以运作得相当好。尽管如此，制造商迟早还是要考虑他的公司是否应该自己进行激光切割。要了解这一点，只需查看零部件激光切割的月度发票，因为正如亨利·福特所说："如果你需要一台机器却不购买它，那么你最终会发现你已经为它付了钱，却没有得到它"。
市场上目前提供了多种购买激光切割机的选择。可以从专门销售二手设备的经销商处购买，也可以从原始切割机制造商或其代表处购买，他们提供最现代的切割设备和翻新机器。后者虽然可能没有新系统的参数，但仍将比其他具有类似使用年限的设备工作得更好。
还应记住，来自业内知名OEM制造商的激光切割机通常价格更高，但另一方面，它们提供更好的参数和设备，确保更高的生产质量和可靠性。
发现 激光切割机 FALCON
光纤激光，CO2，还是YAG？
工业激光市场由三种类型的解决方案主导：较旧的YAG激光器，传统的CO2激光器，以及最新的光纤激光器。
YAG激光器
YAG激光器是一种半导体激光器，其活性介质是嵌入钕（Nd:YAG）或钇（Yt:YAG）的YAG（钇铝石榴石）单晶。这些设备提供非常高的脉冲功率，必要时用于焊接、钻孔和切割金属、涂层金属、半导体和各种合金以及塑料和陶瓷。它们也用于通过退火进行雕刻、标记或对各种金属和塑料进行雕刻，以及在玻璃或亚克力等透明材料上进行亚表面标记。
YAG激光器可以与水流耦合，用于引导光束到加工表面。例如，这种方法用于切割硅晶片。然后，水流去除污染物并冷却加工材料。这些机器的缺点是它们的成本，不仅仅是因为价格，还因为它们的使用寿命短，只有8,000到15,000小时。
CO2激光器
CO2激光器已在工业中大规模使用了20多年。它们是气体激光器，通过将电能传输到填充有含CO2的气体混合物的谐振器中产生激光束。然后，设备使用镜子聚焦和传输光束到负责处理材料的头部。CO2激光器非常高效，可靠，具有长使用寿命和极佳的光束质量。
这种类型的激光器最常用于加工木材或纸张（及其衍生物）、有机玻璃和其他丙烯酸塑料。它也适用于处理皮革、织物、壁纸和类似材料。虽然使用CO2激光器获得的最佳效果是在处理非金属材料时，但它也可以切割和加工薄铝板和其他有色金属。
光纤激光器
光纤激光器大约在2008年出现在市场上。它是一种不仅具有低运行成本，而且与传统的CO2和YAG激光器相比，还提供更高切割速度和可靠性的设备。
在发展的早期阶段，光纤技术只允许以高速切割薄材料。然而，在出现更强大的激光器后，光纤激光器即使对于厚度为2厘米的材料也能达到这样的加工速度。因此，尽管价格较高，光纤激光器的人气仍在不断增长。
光纤技术也意味着新的可能性，因为光纤切割机可以切割反射性材料，如黄铜或铜，这对CO2激光器来说非常困难。它们还产生能量密度比类似光源功率的CO2激光器高100倍的光束，使它们具有节能性并提供更高的处理速度。
光纤激光器是精确高效的机器，非常适合多种工业应用，从高功率切割和焊接到需要较低功率的任务，例如在半导体和光伏系统生产中。这些是模块化和可扩展的设备，可以根据各种工艺的需要进行配置 - 从纳秒级雕刻机到用于焊接和切割的多千瓦系统。
光纤激光器易于实施和操作。它们通常也比传统激光器更小更轻。而由于CO2激光器由于需要精确设置镜片和透镜而相当脆弱，光纤激光器由于使用光纤而更加耐用。出于同样的原因，它们可以在许多不同的环境中运行，较小的光纤切割机可以轻松移动，无需重新调整光学系统。
光纤激光器相当多功能，根据功率不同，在多种材料的各种加工程序中表现出色。它们在切割和修整金属板、卷材、管材和型材方面表现出色，以及通过退火标记金属、雕刻金属和标记塑料。