工程师都该了解的激光切割指南

时间:2019-04-03 09:26来源:互联网作者:yeyan 点击:
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摘要:简单地说,一台数控(CNC)激光切割机使用相干光束切割材料,材料通常为金属板材,但也包括木材、金刚石、玻璃、塑料和硅材料。

关键字:激光,激光技术,激光切割

  简单地说,一台数控(CNC)激光切割机使用相干光束切割材料,材料通常为金属板材,但也包括木材、金刚石、玻璃、塑料和硅材料。
 

  从广义上讲,激光切割可分为两种类型:激光熔化切割和激光烧蚀切割。激光熔化切割是先在一定范围内熔化材料,并使用高压气流将熔融材料排出,形成一个开放的切口。相比之下,激光烧蚀切割采用脉冲激光逐层去除材料,它像凿子一样,只在微观尺度内用激光进行加工,这种方法让材料蒸发,而不是熔化。
 

  鉴于激光熔化切割在金属板材切割中的优势,我们将重点研究激光熔化切割技术。
 

工程师都该了解的激光切割指南

  自助领彩金的白菜网 VS CO2激光器
 

  两种最常见的激光切割机类型是:光纤激光切割机和CO2激光切割机。
 

  CO2激光器通常使用电磁激励气体(通常为二氧化碳、氮气和氢气、氙气或氦气的混合物)作为活性激光介质。相反,自助领彩金的白菜网(是一种固体激光器)则使用掺有稀土元素(如铒、镱、钕或镝)的光纤作为工作物质。
 

  “大约从2010年或2011开始,自助领彩金的白菜网的销售额大约占据了所有激光器销售额的5%-10%,”AMADA AMERICA公司激光部门产品经理Dustin Diehl说,“在次之前,自助领彩金的白菜网的销售份额也基本接近这个比例,但它们并未获得太多关注,当时人们对这项技术并不熟悉。随着客户开始对自助领彩金的白菜网给出了满意的使用反馈,这时候你才真正开始看到自助领彩金的白菜网的销售额开始飙升了。到2017年,我们超过90%的切割机销售额来自光纤激光切割机。”
 

  关于自助领彩金的白菜网将要在市场上完全取代CO2激光器的猜测,可以追溯到一些最早的自助领彩金的白菜网系统。在过去的十多年间,人们的问题已经发生转变:已经从“所谓的面向特定市场的激光切割机是否可能拥有比预期更大的市场?”转向了“自助领彩金的白菜网能完全取代CO2激光器吗?”
 

  即使在很多专家那里,这也是一个有争议的话题。
 

  “自助领彩金的白菜网替代CO2激光器的趋势将会继续,”Bystronic公司激光切割产品经理Erich Buholzer说,“潜在地,CO2激光器将会被完全取代。如果是这种情况,随着光纤激光技术的进一步发展,这种完全取代将发生在本世纪中期。目前,CO2激光器仍然具有一些独特的优势,例如在厚板材切割方面拥有更好的边缘质量和更小的毛刺。”
 

  Diehl的观点则更加谨慎,但他仍对自助领彩金的白菜网的前景持乐观态度:“自助领彩金的白菜网会取代CO2激光器吗?我不想对此作出大胆的声明,因为可能有一些应用还是要用CO2激光器,当然我们能用自助领彩金的白菜网来做的事越来越多,由此我们也发现,没有什么是自助领彩金的白菜网不能做的,而CO2激光器能做的。”
 

工程师都该了解的激光切割指南

  CO2激光器和自助领彩金的白菜网光束模式对比
 

  Diehl并不同意Buholzer对自助领彩金的白菜网在厚材料加工方面的性能评价。
 

  “CO2激光器在厚板材切割中拥有更好的‘切割边缘’,这可能是一个古老的误解,当然这里我们在自助领彩金的白菜网世界中谈论的‘古老’,可能也就是几年前的事。”Diehl说,“当自助领彩金的白菜网首次问世时,这确实是一个值得关注的问题,因为当时确实没有任何技术能让自助领彩金的白菜网获得像CO2激光器那样的边缘切割质量。但是今天,我们已经可以用自助领彩金的白菜网获得类似的边缘切割质量,即使是切割更厚的材料。”
 

  IPG Photonics公司的Sarrafi对自助领彩金的白菜网的前景更为乐观:“由于最近几年取得的所有发展,我预计固态激光器,特别是自助领彩金的白菜网将会在金属板材切割应用中完全取代CO2激光器。如果你去逛一逛像FABTECH这样的展会,你就会发现,自助领彩金的白菜网已经在金属切割领域占据了主导地位。”
 

  激光切割的材料
 

  正如前文提到的,CNC激光切割机已经在各行各业中用于广泛的材料切割。由于切割金属板材是最为常见的应用,因此值得关注其所涉及的特殊性。例如,反射率和表面厚度就是两个最重要的考虑因素。
 

工程师都该了解的激光切割指南
 

  “反射率是考虑一种材料是否能被切割的主要因素,并且所使用的激光技术(例如CO2激光器与自助领彩金的白菜网)也会有很大的影响,”Buholzer说,“最大切割厚度取决于各种因素,包括激光功率及其应用方式。”
 

  关于反射的问题,Sarrafi补充说:“现代自助领彩金的白菜网如果具备足够高的功率和足够小的光斑尺寸,那么它们已被证明能够切割所有的反射性材料。”他说,“这是一个关于高峰值功率和光学设置的问题。因此,反射率已经不再是什么大问题了。”
 

  的确,自助领彩金的白菜网的发展已经让激光能切割的金属材料有了更多选择,包括铜、黄铜钛和其他CO2激光器不适合切割的合金材料。然而,尽管取得了这些进展,但材料厚度仍然对激光切割提出了重大限制。
 

  Diehl说:“一般来说,在激光的世界中,切割厚度为1英寸的低碳钢已经是上限。若要切割厚度为1.5英寸或2英寸的板材,可能会有比激光更好的工具来完成这项工作了。”
 

  激光切割中的常见错误
 


 

  与任何新工艺一样,激光切割也有一条学习曲线。如果你具备使用其他XY轴切割工艺的经验,例如等离子切割,那么一台CNC激光切割机对你来说应该是比较熟悉的。然而,这里仍然有一些新用户应该注意避免的错误要提醒大家。
 

  Sarrafi特别指出了两个常见的错误。
 

  “我看到客户有时会忽略工具分辨率或切口宽度,错误地假设激光切割能实现无限窄的切割线。”Sarrafi指出,“然而事实情况并非如此,尽管激光切割能实现的切口比其他工艺更窄。典型的切口宽度范围通常为30~300μm,这取决于激光功率、光学设置和切割过程。切口宽度是需要在设计中考虑到的一点。”
 

  另一个常见的错误是使用微型接头来支撑小零件,这被称为"tabbing"。
 

  “激光切割使用高压气体(氮气切割为5~25巴),因此,需要切割的零件要么由自身的重量支撑,如果零件厚度超过2~3mm并且尺寸相对较大的话,这种方法没问题;但是对于薄而小的零件,为了抵抗气流的压力,需要对它们进行固定。”Sarrafi说,“这些微接头非常小,宽度在0.2~0.4mm,所以它们很容易在后处理中断裂,但有时必须要用它们将零件连接到框架上,以保证零件不会被吹走。”
 

  图片来源Bystronic
 

  高效激光切割的要领
 

  关于激光切割有一个普遍的误解,就是效率只是激光功率的问题。这种误解部分源于CO2系统的遗留问题,但是光纤激光技术的快速发展,使得切割效率不仅仅与激光功率有关。“虽然原始切割功率正在增加,但仍需要考虑其他因素。”Buholzer说,“从技术上来讲,特别是对于薄材料切割而言,为了充分利用额外的切割功率,也需要增加机械动力学方面的灵活性(加速/减速)。”加速和减速是限制切割效率的一个主要因素。
 

  即使将切割速度翻倍,也不一定就能实现加工周期的等效缩短,因为加工周期主要取决于被切割零件的几何形状,正如Sarrafi解释的:“尽管能够实现非常高的切割速度,比如每分钟2000英寸或每秒1英寸,但是对于具有复杂特征的小于2英寸或更小零件的切割周期,其主要限制因素是加速度而不是速度。因为在开启全速切割之前,必须要将切割头移动到另一个地方。”
 

  从另一个方面来看,对于大型零件或是形状不复杂的零件,则能充分享受激光切割的高速优势,因为在这种情况下,加速和减速并不是效率的主要限制因素。“你真正需要的是一个很好的光束传输系统来处理需要传输的功率,包括镜头和切割头等。”Diehl指出。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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