激光切割是材料加工最先进的方法之一。切割是使用集中的激光束进行的，可以精确切割甚至最复杂的形状。这种技术允许切割金属和非金属材料。多年来，这项技术已显著发展，现在在汽车、航空、电子和材料工程等许多工业领域占据主导地位。激光切割机可以快速、干净地切割，无需额外处理，使其不仅更高效，而且从长远来看也更经济。
激光切割技术的演变
传统的激光技术，如CO₂激光器、等离子体和YAG，多年来一直主导市场，但现在它们越来越多地被现代光纤激光器所取代。这些技术之间的主要区别包括：
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CO₂激光器 - 主要用于切割非金属材料和某些金属，需要复杂的镜面系统，运营成本高，能耗较大。
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等离子激光器 - 主要用于重工业切割厚材料，需要高能耗和元件后处理。
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YAG激光器 - 用于工业精密应用，但其效率低于光纤激光器。
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光纤激光器 - 具有更高的能源效率、多功能性、精度和加工过程速度，以及更低的运营成本。
光纤激光器 目前是许多工业应用中的首选选项，因为它提供快速精确的切割、更低的运营成本和更大的耐久性。
激光切割过程的机制
激光切割是一个复杂的热过程，其中激光束将材料加热到熔化、蒸发或燃烧温度。关键要素是使用适当的辅助气体，支持材料去除过程并影响边缘质量。根据切割技术的不同，该过程可以利用各种物理现象。
激光切割的物理基础
激光切割过程包括将高能激光束传递到材料上，导致其加热、熔化，在某些情况下，还会蒸发或燃烧。这里起关键作用的是被切割元件表面对能量的吸收。激光辐射的吸收系数取决于材料类型、激光波长和光束入射角度。
对于铝或铜等具有高反射系数的金属，需要使用更高的激光功率才能有效启动切割过程。另一方面，碳钢和不锈钢具有更好的激光能量吸收特性，这有助于加工。
三种基本的激光切割技术
根据激光参数、材料类型和预期效果，使用三种主要的激光切割技术。每种技术在作用机制上有所不同，并应用于特定的工业条件。
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熔融切割 - 涉及在切割缝区域熔化金属，然后通过辅助气体流（例如氮气或氩气）移除液态金属。这一过程最小化了切割元件边缘的氧化，确保高表面质量。
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蒸发切割 - 利用激光束的强烈能量瞬间蒸发材料。由此过程形成的气体通过切割气体流从切割缝中移除。
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氧气切割（放热反应） - 在这种情况下，氧气作为辅助气体，与金属进行放热反应，提供额外的热能并加速切割过程。这种方法特别适用于切割碳钢。
激光切割可以切割哪些材料？
激光切割适用于处理各种材料，包括金属和非金属。凭借其高精度和高重复性，该过程可以切割诸如以下材料：
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钢板 - 包括碳钢和不锈钢，激光提供光滑的边缘，无需额外处理。
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铝及其合金 - 尽管具有高反射系数，适当选择的参数允许精确的铝激光切割。
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黄铜和铜 - 光纤激光器可以切割高反射材料。
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塑料 - 如亚克力、聚碳酸酯或聚乙烯，可以在不变形的情况下加工。
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木材和纸张 - 激光可以非常精确地切割纸板、胶合板和其他有机材料。
由于激光技术的应用，可以切割薄膜和厚金属板。 现代激光切割机在处理板材、型材和管材方面特别有效。过程自动化和先进的CNC控制系统允许快速精确地切割甚至最复杂的形状。
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管材和型材的激光切割确保了卓越的边缘质量和在一致精度水平上工作的能力。这就是为什么它是需要最高质量和生产重复性的行业选择的解决方案。
等离子切割 - 激光切割的替代方案？
等离子切割是另一种流行的金属加工方法，使用非常高温的电离气体熔化和去除材料。与激光切割相比，这种技术提供了以相对较低的投资成本切割更厚材料的可能性。这一过程对于导电金属特别有效，因此在重工业和结构行业中很受欢迎。
尽管有优势，等离子切割也有显著的局限性。 边缘质量低于激光切割，因此通常需要额外处理。该过程还产生较大的热影响区，可能导致加工材料的变形。此外，等离子切割中气体和电极的消耗要高得多，这显著增加了长期运营成本。虽然对于切割厚板来说，等离子可能是一个更具成本效益的选择，但在精度、重复性和最小化材料损失至关重要的地方，激光技术仍然是不可替代的。
激光切割的关键技术参数
为了获得最佳的加工过程结果并充分利用激光技术，应考虑几个重要参数。适当的设置允许激光切割不锈钢、铝或铜等材料，同时保持高精度和高切割速度。激光切割允许在确保过程重复性的同时，以相似的尺寸参数处理各种材料。因此，可以有效地切割薄板和更厚的元件，而不会损失边缘质量。以下是重要的激光切割参数：
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激光功率 - 决定了切割各种厚度材料的能力。更高的功率能够更快更高效地激光切割厚金属板。
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激光波长 - 影响给定材料对能量的吸收，这转化为过程的有效性。对于不锈钢和其他高反射材料，适当选择的波长改善了加工质量。
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切割速度 - 取决于激光功率、厚度和材料类型。适当的配置确保高加工速度，最小化过程实施时间。
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辅助气体类型 - 选择适当的气体（如氮气、氩气、氧气）影响切割边缘的质量和过程的有效性。对于不锈钢，通常使用氮气以防止边缘氧化。
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激光焦点直径 - 越小，切割越精确，切割缝越窄。这对于具有高精度的复杂图案至关重要。
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激光操作模式 - 可以是连续或脉冲，这对于精确的加工操作很重要。
激光切割的优势
与传统加工方法相比，激光切割提供了许多好处：
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高精度 - 能够切割复杂形状，误差最小。
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光滑边缘 - 无需进一步机械加工。
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高切割速度 - 与传统方法相比，减少了加工时间。
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无工具磨损 - 激光不需要与材料接触，因此消除了机械磨损。
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废料最小化 - 通过精确切割实现材料的最佳利用。
激光切割的应用
精确快速的切割技术使得生产大型结构元件和微观尺寸的复杂细节成为可能。由于可以调整激光参数以适应不同材料，激光切割在许多行业中不可或缺：
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汽车 - 切割车身、发动机组件、车辆内部元件。
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航空和航天 - 轻合金和复合材料的精密加工。
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电子 - 电子元件的微加工，切割薄金属箔。
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建筑业 - 生产结构和机器元件。
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广告和设计 - 个性化装饰元素，木材、有机玻璃或金属切割。
由于其多功能性和精度，激光切割正成为工业中不可或缺的工具，能够以无与伦比的质量和重复性实现甚至最复杂的项目。
激光雕刻和标记
除了切割，激光技术还可以进行雕刻和材料标记。由于高精度和非接触过程，激光雕刻在工业生产、产品识别和产品个性化中找到了应用。激光可以在金属或塑料上施加永久性标记，以及玻璃或木材。这在需要序列或装饰性标记的行业中非常有用。
激光切割的成本是多少？激光切割机贵吗？
激光切割的成本取决于许多因素，如材料的厚度和类型、切割长度以及图案的复杂性。服务定价可能因用于加工的技术、激光功率和使用的屏蔽气体而异。
这些成本也应该在激光切割机投资的背景下考虑。用于金属加工的专业机器（切割板材或型材和管材）是技术先进的设备，其价格可能从几十万到几百万兹罗提不等，取决于激光功率、自动化水平和附加功能。可在我们的 激光切割机指南中找到可用激光切割机的详细比较。
另请阅读： 购买激光切割机时应该注意什么？
激光切割 - 精确材料加工的未来
激光切割是一种先进的技术，已经彻底改变了材料加工行业，特别是金属加工。与使用切削工具和切屑加工的经典机械加工不同，激光允许非接触切割，消除了机械力的需要并减少了工具磨损。这使得能够获得极其光滑的边缘，没有毛刺和额外表面处理的需要。
激光在工业中的应用覆盖了广泛的领域，从汽车和航空到电子和精密零件生产。选择适当的技术和过程参数可以获得出色的结果，而激光技术的动态发展导致了加工效率和质量的进一步提高。现代激光系统变得越来越节能和高效，这只会加强它们在工业中的地位。多年来，我们可以期待更大的自动化和激光与智能控制系统的集成，这将允许进一步优化生产过程。
参考文献：
- Andrzej Klimpel, 金属激光切割的理论基础, "焊接评论", 6/2012, 在线访问 [31.01.2025] https://www.researchgate.net/publication/323326207_Podstawy_teoretyczne_ciecia_laserowego_metali
- Andrzej Klimpel, 金属的焊接、粘接和切割：技术, WNT出版社, 华沙 1999.