激光切割機

與傳統的氧乙炔、等離子等切割工藝相比，激光切割速度快、切縫窄、熱影響區小、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑，同時可激光切割的材料種類多，包括碳鋼、不鏽鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、複合材料等。隨着市場經濟的飛速發展和科學技術的日新月異，激光切割技術已廣泛應用於汽車、機械、電力、五金以及電器等領域。近年來，激光切割技術正以前所未有的速度發展，每年都以15%~20%的速度增長。我國自1985年以來，更是以每年近25%的速度增長。當前，我國激光切割技術的整體水平與先進國家相比還存在着不小的差距，因此，在國內市場激光切割技術具有廣闊的發展前景和巨大的應用空間 ^[1]  。

激光切割機在切割過程中，光束經切割頭的透鏡聚焦成一個很小的焦點，使焦點處達到高的功率密度，其中切割頭固定在z軸上。這時，光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分熱量，材料很快被加熱到熔化與汽化温度，與此同時，一股高速氣流從同軸或非同軸側將熔化及汽化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。隨着焦點與材料的相對運動，使孔洞形成連續的寬度很窄的切縫，完成材料的切割 ^[1]  。

當前，激光切割機的外光路部分主要採用的是飛行光路系統。從激光發生器發出的光束經過反射鏡1、2、3到達切割頭上的聚焦透鏡，聚焦後在待加工材料表面形成光斑。其中反射鏡片1固定在機身上不動；橫樑上反射鏡2隨着橫樑的運動作x向運動；z軸上的反射鏡片3隨z軸的運動作y向的運動。從圖中不難看出，在切割過程中，隨着橫樑作x向運動，z軸部分作y向運動，光路的長度時刻發生着變化 ^[1]  。

目前，民用激光發生器由於製造成本等原因，所發出的激光光束都具有一定的發散角，呈“錐形”。當“錐形”的高度改變時（相當於激光切割機光路長度改變），聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。此外，光還具有波的性質，因此，不可避免地會出現衍射現象，衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展，該現象存在於所有的光學系統中，能夠決定這些系統在性能方面的理論極限值。由於高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用，當光路長度變化時，作用在透鏡表面的光束直徑時刻發生着變化，這就會引起焦點大小和焦點深度的變化，但對焦點位置的影響很小。如果焦點大小和焦點深度在連續加工中發生變化，必然會對加工產生很大影響，比如，會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等 ^[1]  。

激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子（分子或離子等）躍遷產生的。但它與普通光不同是激光僅在最初極短的時間內依賴於自發輻射，此後的過程完全由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無發散的方向性、極高的發光強度和高相干性。

激光切割是應用激光聚焦後產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控制下，通過脈衝使激光器放電，從而輸出受控的重複高頻率的脈衝激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈衝激光束經過光路傳導及反射並通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，焦斑位於待加工面附近，以瞬間高温熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈衝瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。

切縫時的工藝參數（切割速度，激光器功率，氣體壓力等）及運動軌跡均由數控系統控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。

在激光氣化切割過程中，材料表面温度升至沸點温度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，於是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。

為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合於應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用於鐵基合金很小的使用領域。

該加工不能用於，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優光束聚焦取決於材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對最優焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比於材料的氣化温度。所需的激光功率密度要大於108W/cm2，並且取決於材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。

在激光熔化切割中，工件被局部熔化後藉助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發生在其液態情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。

激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參於切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高於把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨着激光功率的增加而增加，隨着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。激光熔化切割對於鐵製材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產生熔化但不到氣化的激光功率密度，對於鋼材料來説，在104W/cm2～105W/cm2之間。

熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源，使材料進一步加熱，稱為氧化熔化切割。

由於此效應，對於相同厚度的結構鋼，採用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質量更差。實際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈衝模式的激光來限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數就是氧氣的供應和材料的熱傳導率。

對於容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。

激光切割技術有兩種：第一種是脈衝激光適用於金屬材料，第二種是連續激光適用於非金屬材料。後者是激光切割技術的重要應用領域。

激光切割機的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在激光切割機中激光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對於切割精度較高或厚度較大的零件，必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：

激光切割的優點之一是光束的能量密度高，一般10W/cm2。由於能量密度與面積成反比，所以焦點光斑直徑儘可能的小，以便產生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小，焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺，透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛採用5"~7.5"（127~190mm）的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對於高質量的切割，有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5"的透鏡切碳鋼，焦深為焦距的+2%範圍內，即5mm左右。因此控制焦點相對於被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素，原則上6mm的金屬材料，焦點在表面上；6mm的碳鋼，焦點在表面之上；6mm的不鏽鋼，焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。

在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種：

（1）打印法：使切割頭從上往下運動，在塑料板上進行激光束打印，打印直徑最小處為焦點。

（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動，尋找激光束的最小處為焦點。

（3）藍色火花法：去掉噴嘴，吹空氣，將脈衝激光打在不鏽鋼板上，使切割頭從上往下運動，直至藍色火花最大處為焦點。

對於飛行光路的切割機，由於光束髮散角，切割近端和遠端時光程長短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大，焦點光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化，國內外激光切割系統的製造商提供了一些專用的裝置供用户選用：

（1）平行光管。這是一種常用的方法，即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理，擴束後的光束直徑變大，發散角變小，使在切割工作範圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。

（2）在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到材料表面距離（stand off）的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機牀工作台移動或光軸移動時，光束從近端到遠端F軸也同時移動，使光束聚焦後光斑直徑在整個加工區域內保持一致。如圖二所示。

（3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。

（4）飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路系統。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短；反之當切割近端光程減小時，使補償光路增加，以保持光程長度一致。

X,Y工作範圍：1300mm*2500mm

切割聚焦鏡頭：F=80mm

最大激光輸出功率：500W

調繼衝頻率：$300Hz

電源脈衝寬度：0.5ms-2ms

激光器：雙燈鍍金聚光腔

切割接口卡：CNC 3000控制卡

切割軟件：適應PLT、DXF等格式

製冷功率：4W

重複定位精度：±0.03/300mm

空程速度：0-20000mm/min

切割速度：0-15000mm/min

切割精度是判斷數控激光切割機質量好壞的第一要素。影響數控激光切割機的切割精度的四大因素：

1、激光發生器的激光凝聚的大小。聚集之後如果光斑非常小，則切割精度非常高，要是切割之後的縫隙也非常小。則説明激光切割機的精度非常之高，品質則非常高。但激光器發出的光束為錐形，所以切出來的縫隙也是錐形。這種條件下，工件厚度越大，精度也就會越低，因此切縫越大。

2、工作台的精度。工作台的精度如果非常高，則讓切割的精度也隨之提高。因此工作台的精度也是衡量激光發生器精度的一個非常重要的因素。

3、激光光束凝聚成錐形。切割時，激光光束是以錐形向下的，這時如果切割的工件的厚度非常大，切割的精度就會降低，則切出來的縫隙就會非常大。

4、切割的材料不同，也會影響到激光切割機的精度。在同樣的情況下，切割不鏽鋼和切割鋁其精度就會非常不同，不鏽鋼的切割精度就會高一些，而且切面也會光滑一些。

一般來説，激光切割質量可以由以下6個標準來衡量。

1.切割表面粗糙度Rz

2.切口掛渣尺寸

3.切邊垂直度和斜度u

4.切割邊緣圓角尺寸r

5.條紋後拖量n

6.平面度F

切割穿孔技術：任何一種熱切割技術，除少數情況可以從板邊緣開始外，一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光衝壓複合機上是用衝頭先衝出一孔，然後再用激光從小孔處開始進行切割。對於沒有衝壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法：

（1）爆破穿孔：（Blast drilling），材料經連續激光的照射後在中心形成一凹坑，然後由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關，爆破穿孔平均直徑為板厚的一半，因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大，且不圓，不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管），只能用於廢料上。此外由於穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同，飛濺較大。

（2）脈衝穿孔：（Pulse drilling）採用高峯值功率的脈衝激光使少量材料熔化或汽化，常用空氣或氮氣作為輔助氣體，以減少因放熱氧化使孔擴展，氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈衝激光只產生小的微粒噴射，逐步深入，因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成，立即將輔助氣體換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小，其穿孔質量優於爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應具有較高的輸出功率；更重要的時光束的時間和空間特性，因此一般橫流CO2激光器不能適應激光切割的要求。

此外，脈衝穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統，以實現氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在採用脈衝穿孔的情況下，為了獲得高質量的切口，從工件靜止時的脈衝穿孔到工件等速連續切割的過渡技術應以重視。從理論上講通常可改變加速段的切割條件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等，但實際上由於時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業生產中主要採用改變激光平均功率的辦法比較現實，具體方法有以下三種：（1）改變脈衝寬度；（2）改變脈衝頻率；（3）同時改變脈衝寬度和頻率。實際結果表明，第（3）種效果最好。

噴嘴設計及氣流控制技術：激光切割鋼材時，氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處，從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此，除光束的質量及其控制直接影響切割質量外，噴嘴的設計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的噴嘴採用簡單的結構，即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實驗和誤差方法進行設計。由於噴嘴一般用紫銅製造，體積較小，是易損零件，需經常更換，因此不進行流體力學計算與分析。在使用時從噴嘴側面通入一定壓力Pn（表壓為Pg）的氣體，稱噴嘴壓力，從噴嘴出口噴出，經一定距離到達工件表面，其壓力稱切割壓力Pc，最後氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨着Pn的增加，氣流流速增加，Pc也不斷增加。

可用下列公式計算：V=8.2d2(Pg+1)

V-氣體流速 L/min

d-噴嘴直徑 mm

Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

對於不同的氣體有不同的壓力閾值，當噴嘴壓力超過此值時，氣流為正常斜激波，氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關：如氧氣、空氣的n=5，因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時（Pn；4bar），氣流正常斜激波封變為正激波，切割壓力Pc下降，氣流速度減低，並在工件表面形成渦流，削弱了氣流去除熔融材料的作用，影響了切割速度。因此採用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴，其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

為進一步提高激光切割速度，可根據空氣動力學原理，在提高噴嘴壓力的前提下不產生正激波，設計製造一種縮放型噴嘴，即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便製造可採用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用500WCO2激光器，透鏡焦距2.5"，採用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗，見圖4。試驗結果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下，切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關係。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時切割速度只能達到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數。由於斜激波在氣流的邊界多次反射，使切割壓力呈週期性的變化。

第一高切割壓力區緊鄰噴嘴出口，工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm，切割壓力Pc大而穩定，是工業生產中切割手扳常用的工藝參數。第二高切割壓力區約為噴嘴出口的3~3.5mm，切割壓力Pc也較大，同樣可以取得好的效果，並有利於保護透鏡，提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區由於距噴嘴出口太遠，與聚焦光束難以匹配而無法採用。

激光切割機系統一般由激光發生器、（外）光束傳輸組件、工作台（機牀）、微機數控櫃、冷卻器和計算機（硬件和軟件）等部分組成。

1）機牀主機部分：激光切割機機牀部分，實現X、Y、Z軸的運動的機械部分，包括切割工作平台。用於安放被切割工件，並能按照控制程序正確而精準的進行移動，通常由伺服電機驅動。

2）激光發生器：產生激光光源的裝置。對於激光切割的用途而言，除了少數場合採用YAG固體激光器外，絕大部分採用電-光轉換效率較高並能輸出較高功率的CO2氣體激光器。由於激光切割對光束質量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式適用於小於1500W、低階模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。

3）外光路：折射反射鏡，用於將激光導向所需要的方向。為使光束通路不發生故障，所有反射鏡都要保護罩加以保護，並通入潔淨的正壓保護氣體以保護鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會將一無發散角的光束聚焦成無限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用於>12mm厚材。

4）數控系統：控制機牀實現X、Y、Z軸的運動，同時也控制激光器的輸出功率。

5）穩壓電源：連接在激光器，數控機牀與電力供應系統之間。主要起防止外電網干擾的作用。

6）切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅動裝置用於按照程序驅動切割頭沿Z軸方向運動，由伺服電機和絲桿或齒輪等傳動件組成。

7）操作枱：用於控制整個切割裝置的工作過程。

8）冷水機組：用於冷卻激光發生器。激光器是利用電能轉換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉換率一般為20%，剩餘的能量就變換成熱量。冷卻水把多餘的熱量帶走以保持激光發生器的正常工作。冷水機組還對機牀外光路反射鏡和聚焦鏡進行冷卻，以保證穩定的光束傳輸質量，並有效防止鏡片温度過高而導致變形或炸裂。

9）氣瓶：包括激光切割機工作介質氣瓶和輔助氣瓶，用於補充激光震盪的工業氣體和供給切割頭用輔助氣體。

10）空壓機、儲氣罐：提供和存儲壓縮空氣。

11）空氣冷卻乾燥機、過濾器：用於向激光發生器和光束通路供給潔淨的乾燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。

12）抽風除塵機：抽出加工時產生的煙塵和粉塵，並進行過濾處理，使廢氣排放符合環境保護標準。

13）排渣機：排除加工時產生的邊角餘料和廢料等。

自從激光技術被引入切割金屬薄板，CO2激光器就雄踞市場。CO2激光光源需要很多能量來激發氮分子來與CO2分子（激光氣體）產生碰撞，促使它們發射光子，最終形成可以割穿金屬的激光束。諧振腔內的分子活動在釋放出光的同時也釋放出熱量，這就需要一個冷卻系統來冷卻激光氣體。這意味着在冷卻過程中要消耗更多能量，進一步減低了能效。

採用光纖激光器的機器佔地小，激光光源和冷卻系統體積也更小；沒有激光氣體管線，也不需要調校鏡片。而功率為2kw或3kw的光纖激光光源只需要4kw或6kw CO2激光光源能耗的50%就能達到相同的性能，並且速度更快、能耗更低、對環境造成的影響更少。

光纖激光器採用固態二極管來泵浦雙包層摻鐿光纖內的分子，受激發射的光多次穿過纖芯，然後形成激光通過傳輸光纖向進行切割的聚焦頭輸出。由於所有分子間的碰撞都發生在光纖內，就不需要激光氣體，因此所需能源大大減少——約為CO2激光器的三分之一。由於產生的熱量越少，冷卻器的體積就可以相應縮小。總之，在達到相同性能的情況下，光纖激光器的整體能耗要比CO2激光器低70%。

MicroVector設備採用矢量描述激光走行的路徑，更為光滑。這樣的激光系統切割出的覆蓋膜輪廓邊緣齊整圓順、光滑無毛刺、無溢膠。採用模具等機加工方式開窗難免的窗口附近會有衝型後的毛刺和溢膠，這種毛刺和溢膠在經貼合壓合上焊盤後是很難去除的，會直接影響其後的鍍層質量。而採用MicroVector系統，此問題卻可以迎刃而解，因為只需要你將修改後的CAD數據導入MicroVector的軟件系統就可以很輕鬆快捷的加工得到你想要開窗圖形的覆蓋膜，在時間和費用上將為您贏得市場競爭先機。MicroVector設備集數控技術、激光技術、軟件技術等光機電高技術於一體，具有高靈活性、高精度、高速度等先進製造技術的特徵，可以使電路板廠家在技術水平上、經濟上、時間上、自主性上改變撓性板傳統加工和交貨方式。

產品特點

1.激光切割FPC的優點。

2.激光在撓性電路板製造過程中有三個主要功能：FPC外型切割，覆蓋膜開窗，鑽孔等。

3.直接根據CAD 數據用來激光切割，更方便快捷，可以大幅度縮短交貨週期。

4.不因形狀複雜、路徑曲折而增加加工難度。

5.進行覆蓋膜開窗口時，切割出的覆蓋膜輪廓邊緣齊整圓順、光滑無毛刺、無溢膠。採用模具等機加工方式開窗難免在窗口附近會有衝型後的毛刺和溢膠。

6.撓性板樣品加工經常由於客户需要出現線路、焊盤位置的修改而導致覆蓋膜窗口的變更，採用傳統方法則需要重新更換或修改模。而採用激光加工，此問題卻可以迎刃而解，因為只需要你將修改後的CAD數據導入就可以很輕鬆快捷地加工得到你想要開窗圖形的覆蓋膜，在時間和費用上將為您贏得市場競爭先機。

7.激光加工精度高，是撓性電路板成型處理的理想工具。激光可以將材料加工成任意形狀。

8.在以往的大批量生產中，許多小部件都使用機械硬衝壓成型的模具壓制形成。但是硬衝模法大的損耗和長的交付週期對小部件的加工和成型而言顯得不實用且成本高。

CO2激光切割技術

YAG（釔鋁石榴石晶體）激光器屬固體激光，可激發脈衝激光或連續式激光，發射之激光為紅外線波長 1.064μm。

FPC紫外型

紫外激光切割機是採用紫外激光的切割系統，利用紫外光的特點，比傳統長波長切割機具有更高精度和更好的切割效果。利用高能量的激光源以及精確控制激光光束可以有效提高加工速度並和得到更精確的加工結果。

紫外激光切割機可對柔性線路板和有機覆蓋膜進行精密切割而無需特別的壓力和模具固定。採用振鏡掃描和直線電機兩維工作台聯合運動方式，不因形狀複雜、路徑曲折而增加加工難度。

金屬激光切割機應用是非常廣泛的，囊括了很多行業，並且是很多企業必須必備的設備之一，其中有廣告標牌製作（這些主要是些不鏽鋼的LOGO和標識切割），鈑金加工（鈑金加工基本囊括了所有的金屬材料，這些一般主要是有折彎、打磨等，切割就是其中最重要的一道工序），機箱機櫃製作（這方面一般有用到碳鋼或者不鏽鋼方面，也主要是折彎跟切割2個切割工藝流程），彈簧片（屬於精加工的過程了），地鐵零件，還有電梯外殼的製作奧，機械設備外殼啊，還有廚房廚具（不鏽鋼居多點），其中超越激光的激光切割機設置還參與了神七神八飛船的製作，這些其實涉及到各個方面。廣泛應用於鈑金加工、廣告標牌字製作、高低壓電器櫃製作、機械零件、廚具、汽車、機械、金屬工藝品、鋸片、電器零件、眼鏡行業、彈簧片、電路板、電水壺、醫療微電子、五金、刀量具等行業。

激光加工技術在廣告業的應用主要有有激光切割和激光雕刻兩種工作方式。

激光雕刻：主要是在物體的表面進行，分為位圖雕刻和矢量雕刻兩種：

位圖雕刻：我們先在PHOTOSHOP裏將我們所需要雕刻的圖形進行掛網處理並轉化為單色BMP格式，而後在專用的激光雕刻切割軟件中打開該圖形文件。根據我們所加工的材料我們進行合適的參數設置就可以了，而後點擊運行，激光雕刻機就會根據圖形文件產生的點陣效果進行雕刻。

矢量雕刻：使用矢量軟件如Coreldraw、AutoCad、Iluustrator等排版設計，並將圖形導出為PLT、DXF、AI格式，打標機，然後再用專用的激光切割雕刻軟件打開該圖形文件，傳送到激光雕刻機裏進行加工。

在廣告行業主要適用於木板、雙色板、有機玻璃、彩色紙等材料的加工。

激光切割：我們可以理解為是邊緣的分離。對這樣的加工目的，我們應該先在CORELDRAW、AUTOCAD裏將圖形做成矢量線條的形式,氣動打標機，然後存為相應的PLT、DXF格式，用激光切割機操作軟件打開該文件，根據我們所加工的材料進行能量和速度等參數的設置再運行即可。激光切割機在接到計算機的指令後會根據軟件產生的飛行路線進行自動切割。如：現有激光切割機，可以根據電腦繪製好的模板，然後直接輸入電腦，自動切割圖形。現有的激光切割機一般都有自己的硬盤，可輸入海量數據源。

在五六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對於中厚板採用氧乙炔火焰切割；對於薄板採用剪牀下料，成形複雜零件大批量的採用衝壓，單件的採用振動剪。七十年代後，為了改善和提高火焰切割的切口質量，又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型衝壓模具的製造週期,又發展了數控步衝與電加工技術。各種切割下料方法都有其有缺點，在工業生產中有一定的適用範圍。激光切割機的研發與應用無疑是對現代工業生產的重大提高和創新突破。

隨着激光切割技術的發展，激光切割運用的領域也越來越廣泛，適用的材料也越來越多。但是不同的材料具有不同的特性，所以在使用激光切割時需要注意的事項也不同。

該材料用氧氣切割時會得到較好的結果。當用氧氣作為加工氣體時，切割邊緣會輕微氧化。對於厚度達4mm的板材，可以用氮氣作為加工氣體進行高壓切割。這種情況下，切割邊緣不會被氧化。厚度在10mm以上的板材，對激光器使用特殊極板並且在加工中給工件表面塗油可以得到較好的效果。

切割不鏽鋼需要：使用氧氣，在邊緣氧化不要緊的情況下；使用氮氣以得到無氧化無毛刺的邊緣，就不需要再作處理了。在板材表面塗層油膜會得到更好的穿孔效果，而不降低加工質量。

儘管有高反射率和熱傳導性，厚度6mm以下的鋁材可以切割，這取決於合金類型和激光器能力。當用氧切割時，切割表面粗糙而堅硬。用氮氣時，切割表面平滑。純鋁因為其高純非常難切割，只有在系統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材。否則反射會毀壞光學組件。

鈦板材用氬氣和氮氣作為加工氣體來切割。其它參數可以參考鎳鉻鋼。

兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割；厚度2mm以下的銅可以切割，加工氣體必須用氧氣。只有在系統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅。否則反射會毀壞光學組件。

切割合成材料時要牢記切割的危險和可能排放的危險物質。可加工的合成材料有：熱塑性塑料、熱硬化材料和人造橡膠。

在所有有機物切割中都存在着着火的危險（用氮氣作為加工氣體，也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。木材、皮革、紙板和紙可以用激光切割，切割邊緣會燒焦（褐色）。

激光切割機是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的“加工中央”；激光切割機柔性化程度高，切割速度快，出產效率高，產品出產週期短，為客户贏得了廣泛的市場，該技術的有效生命期長，國外超過2毫米厚度的板材大都採用激光切割機，很多國外的專家一致以為今後30-40年是激光加工技術發展的黃金時期。

一般來講，建以議12mm以內的碳鋼板、10mm以內的不鏽鋼板等金屬材料切割推薦使用激光切割機。激光切割機無切削力，加工無變形：無刀具磨損，材料適應性好：無論是簡樸還是複雜零件，都可以用激光一次精密快速成型切割：其切縫窄，切割質量好，自動化程度高，操縱簡便，勞動強度低，沒有污染：可實現切割自動排樣、套料、進步了材料利用率，出產本錢低，經濟效益好。

激光切割機選購要考慮的因素很多，除了要考慮目前加工工件的最大尺寸、材質、需要切割的最大厚度以及原材料幅面的大小外，更多的需要考慮未來的發展方向，比如所做產品的技術改型後要加工的最大工件大小、鋼材市場所提供材料的幅面針對自己的產品哪種最省料，上下料時間等等。

由三部分組成，即工作台（一般為精密機牀）、光束傳輸系統（有時稱外光路，即激光器發出的光束到達工件前整個光程內光束的傳輸光學、機械構件）和微機數控系統。按切割櫃與工 作台相對移動的方式，可分為以下三種類型：

（1）在切割過程中，光束（由割炬射出）與工作台都移動，一般光束沿Y向移，工作台在X向移。

（2）在切割過程中，只有光束（割炬）移動，工作台不移動。

（3）在切割過程中，只有工作台移動，而光束（割炬）則固定不動。

工業生產中有時遇到需要切割三維立體構件的問題，而一般的二軸、三軸激光切割機只能切割二維平面工件，這就需要裝備有機械手的切割機，即五軸機。

多年來，國外發展了綜合激光切割和機械衝孔技術的激光衝切機，這種機械對複雜形狀的工件用機械方法模衝出內孔，然後用激光切割方法切出外緣和需要長距離切割的線條。

工件在切割前，對其進行激光切割的可行性以及切割過程中可能出現的問題要預先予 以考慮。比如，此類材料可否進行激光切割？其切割的難點在哪裏？是否需要對樣品進行試割？如何達到切割的質量和精度的要求？工件切割的基準起始點放在哪裏？等等。

影響激光切割質量的因素很多，激光切割的一個重要優點在於可以對過程中的主要因素實施高度控制，使切割出的工件充分滿足客户的要求，並且重複性很好。這些主要因素由切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力、激光輸出功率等工藝參數構成。

除了以上4個最重要的變量以外，可能對切割質量產生影響的因素還包括光束參數（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脈衝波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面狀態），以及割炬和噴嘴、外光路系統、工件固定等其他因素。

隨着金屬加工行業的發展，金屬激光切割機的優勢也越來越明顯，所佔地位比重越來越大。

激光切割機—切割樣品(5張)

激光切割機的用途

可以切割的材料有很多，激光切割機可以對亞克力、木板、布料、皮革、金屬等進行切割，根據功率幅面的大小可以用在不同的行業。布料的切割可以用在製衣、地毯、工業面料等方面，亞克力切割機可以用在亞克力工藝品製作等方面、木板的切割可以用作模型製作、金屬的切割可以代替原始的切割做各類金屬製品等。

激光切割機的採購方法

激光加工設備運用在服裝行業的主要產品有高速激光裁剪機、全自動激光切割機、激光裁牀、互移式雙頭激光裁剪機、全自動激光叨割機和激光打標機等。每一種設備的不同加正幅面是不同的。上述設備除激光打標機外，都可以進行布料裁剪裁片、服裝打樣、商標、貼布繡切割、皮革雕花鑽孔、牛仔噴花、繡花等工藝的作業。而就全自動激光切割機而言，它的平台是可以運動的，與送料裝置配合起來就實現了自動加工的目的。激光裁牀主要運用於大幅面的加工；互移式雙頭激光裁剪機除秉承了激光裁剪的特點外，它的兩個激光頭可以一起運動作業也可以分開作業；全自動商標切割機能對諸如商標、繡花等圖案進行自動識別和建模、自動搜索，同時也能對與標準圖形特徵相似的圖形進行採集和自動識別切割。

光束的束腰直徑和遠場發散角成反比，束腰直徑越大，遠場發散角越小。目前擴束鏡主要分為折射式和反射式兩種，其原理相當於一個倒置的望眼鏡。主要作用是通過增加光束的束腰直徑來減小遠場發散角，進而改善由於光路長度變化引起的焦點大小和焦點深度的不穩定目前，國內對光束準直方面的研究不多，其中大多數都是針對折射式的，反射式的研究較少。折射式擴束鏡的設計、加工、調整都較容易，但是由於透鏡容易温升過大導致鏡片變形，因此，折射式擴束鏡僅僅適用於小功率激光的光束準直。而對於像激光切割機這樣的大功率光束準直，一般採用反射式擴束鏡。但反射式擴束鏡的鏡面曲率半徑難以通過解析的方法確定，只能通過數值擬合的方法獲得，因此，設計、製造、調整都很困難。為此，通過擴束鏡對光束準直的方法來對激光切割機的飛行光路系統進行光路補償，效果甚微 ^[1]  。

通過調整變量泵的輸出流量來改變VRM鏡片內水槽中的水壓，這樣就可以改變聚焦透鏡的曲率半徑，進而改變聚焦方程中的參數f。變曲率半徑鏡片能夠在光路長度改變時動態地調整光束的特徵參數，來保持焦點半徑和焦點深度的穩定。VRM系統結構複雜、成本高、需要閉環控制，國外一些技術先進的產品已經採用這種光路補償措施。但是，國內現有技術水平，難以達到預期的使用效果 ^[1]  。

與上述兩種光路補償措施相比，等光程具有結構簡單、成本低、調整方便等優點，能在連續加工中確保聚焦透鏡上的光斑面積不變；同時，還能根據不同的切割工藝要求，改變切割時焦點半徑和焦點深度的大小。目前，國內關於等光程方面研究還不多，如天津城市建設學院的揚曉東等，提出了光路長度補償系統的三種機構設計方案，並從機構的角度對其進行了分析和比較，其方法的提出對激光切割機飛行光路的設計具有一定的指導意義。採用機構來實現光路補償，會使設備的結構尺寸過大，同時增加了設備的複雜程度，安裝調整難度大。隨着伺服控制技術的日益成熟，採用伺服電機直接驅動等光程裝置具有結構簡單，調整方便等優點，是一種經濟、實用的光路補償方案。伺服電機直接驅動的等光程光路補償方案主要包括激光發生器、固定於機身上的反射鏡、伺服電機驅動的運動裝置上的補償反射鏡、橫樑上的反射鏡、z軸上的反射鏡片。當固定在z軸上的切割頭作x，y向運動時，補償反射鏡作S向運動來補償光路長度的變化，進而保持激光切割機在連續切割加工時焦點半徑和焦點深度不變。當有不同加工需要時，比如切割不鏽鋼薄板與低碳鋼厚板，需要不同的焦點大小、焦點深度、行走速度，此時，可通過控制器改變等光程裝置的初始位置來改變光路長度，進而改變透鏡表面光束直徑，最終改變焦點大小和焦點深度,以滿足不同加工需要 ^[1]  。

激光切割機在工作時，如果發生故障是很危險的，新手必須經過專業人員的培訓才能獨立操作，根據經驗總結了激光切割機安全工作的13個細節：

1．遵守一般切割機安全操作規程。嚴格按照激光器啓動程序啓動激光器。

2．操作者須經過培訓，熟悉設備結構、性能，掌握操作系統有關知識。

3．按規定穿戴好勞動防護用品，在激光束附近必須佩帶符合規定的防護眼鏡。

4．在未弄清某一材料是否能用激光照射或加熱前，不要對其加工，以免產生煙霧和蒸汽的潛在危險。

5．設備開動時操作人員不得擅自離開崗位或託人待管，如的確需要離開時應停機或切斷電源開關。

6．要將滅火器放在隨手可及的地方；不加工時要關掉激光器或光閘；不要在未加防護的激光束附近放置紙張、布或其他易燃物。

7．在加工過程中發現異常時，應立即停機，及時排除故障或上報主管人員。

8．保持激光器、牀身及周圍場地整潔、有序、無油污，工件、板材、廢料按規定堆放。

9．使用氣瓶時，應避免壓壞焊接電線，以免漏電事故發生。氣瓶的使用、運輸應遵守氣瓶監察規程。禁止氣瓶在陽光下爆曬或靠近熱源。開啓瓶閥時，操作者必須站在瓶嘴側面。

10．維修時要遵守高壓安全規程。每運轉40小時或每週維護、每運轉1000小時或每六個月維護時，要按照規定和程序進行。

11．開機後應手動低速X、Y方向開動機牀，檢查確認有無異常情況。

12．對新的工件程序輸入後，應先試運行，並檢查其運行情況。

13．工作時，注意觀察機牀運行情況，以免切割機走出有效行程範圍或兩台發生碰撞造成事故。

激光光束的偏振物性。激光象其它任何電磁波的傳輸一樣也具有兩個方向上互相垂直的電矢量和磁矢量且二者均與激光傳輸方向正交。一般認為電矢量的方向即為光束的偏振方向。光束偏振物性影響到材料對光束能量的吸收。與光束偏振方向平行切割就會得到窄的切口且其邊緣光滑平直。如果切割方向與偏振面有一角度則能量吸收減弱切割速度變慢切口變寬邊緣粗糙且與材料表面不成直角。一旦切割方向與偏振方向垂直則邊緣不會粗糙但切割速度更慢毀口更寬，切割質量明顯下降。儘管原理上要求如此但要在多軸運動過程中始終保持切割方向與偏振方向平行很難實現。為克服此不穩定性配備了相位延時器。研究表明圓偏振光最適於切割金屬。大多數激光器產生的為與垂直方向成45度的偏振光。相位延時器將此線偏振光轉換成圓偏振光。這種方法對切割金屬很有效，但對塑料和木材等其它材料不起作用。

輔氣選擇和氣壓設定。高速切割薄板材料時典型壓力值為150-300kpa，切割12厚的鐵板通常僅需40-60kpa。

切割速度。速度太慢時羽狀火星粒束直接向下流速度太快時羽狀火星粒束與垂直方向成一鋭角且不穩定。羽狀火星粒束與垂直方向成一鈍角時為合適的速度。

設置氣壓。輔助氣體氣壓是由數控機控制的。正確的做法是必須校準氣壓控制器校準時選擇自動模式，激活程序。激活該程序之後按下循環運行按鈕遵照屏幕的提示，程序將會自動校準氣壓系統。

1）雙焦距激光切割頭是激光切割機上的易損物品，長期使用，導致激光切割頭損壞。

2）每六個月檢查光纖激光切割機軌道的直線度及機器的垂直度，發現不正常及時維護調試。沒有做這個的，有可能切割出來的效果就不怎麼好，誤差會增加，影響切割質量。這個是重中之重，必須要做的。

3）每週一次用真空吸塵器吸掉機器內的粉塵和污物，所有電器櫃應關嚴防塵。

4）經常檢查光纖激光切割機鋼帶，一定保證拉緊。不然在運行中出了問題，有可能就會傷到人，嚴重還能導致人員死亡。鋼帶看似小東西，出了問題還是有點嚴重的。

5）光纖激光切割機各導軌應經常清理，排除粉塵等雜物，保證設備正常齒條要經常擦拭，加潤滑油，保證潤滑而無雜物。導軌要經常進行清理和上潤滑油，還有就是電機也要經常的進行清理和上潤滑油，機器在行進中就能更好的走位，更準確的切割，切割出來的產品質量就會提高。

操作激光切割機的注意事項有以下幾點：

1.遵守一般切割機安全操作規程。嚴格按照激光器啓動程序啓動激光器，調光，試機。

2.操作者須經過培訓，熟悉切割軟件，設備結構、性能，掌握操作系統有關知識。

3.按規定穿戴好勞動防護用品，在激光束附近必須佩戴符合規定的防護眼鏡。

4.在未弄清某一材料是否能用激光照射或切割前，不要對其加工，以免產生煙霧和蒸氣的潛在危險。

5.設備開動時操作人員不得擅自離開崗位或託人待管，如的確需要離開時應停機或切斷電源開關。

6.在加工過程中發現異常時，應立即停機，及時排除故障或上報主管人員。

7.要將滅火器放在隨手可及的地方;不加工時要關掉激光器或光閘；不要在未加防護的激光束附近放置紙張、布或其他易燃物。

1、精度高：適用於精密配件的切割和各種工藝字、畫的精細切割。

2、速度快：是線切割的100倍以上。

3、熱影響區小，不易變形。切縫平整、美觀，無需後序處理。

4、性價比極高：價格只有同類性能CO2激光切割機的1/3，及同等功效數控衝牀的2/5。

5、使用成本很低：僅為同類CO2激光激光切割機的1/8～1/10，每小時成本僅為18元左右，CO2激光切割機每小時成本為150～180元左右。

6、後續維護費用很低：僅為同類CO2激光切割機的1/10～1/15，及同等功效數控衝牀的1/3～1/4。

7、性能穩定，保證持續生產。固體YAG激光器是激光領域最穩定最成熟產品之一。

8、和數控衝牀比較，YAG激光切割機具有以下優點：

（1）能完成各種複雜結構的加工，只要能在電腦上畫出任何圖像，該機都能完成加工。

（2）不需要開模，只在電腦上將圖做出，產品馬上就可以出來，即能快速開發新產品，又能節約成本。

（3）YAG切割機有自動跟蹤系統，所以即能完成平面切割，也能完成各種高低不平的曲面切割。

（4）複雜的工藝要求數控衝牀難以完成，激光切割都能做到。

（5）表面非常光滑，產品檔次很高，數控衝牀難以做到。

（6）成型的箱體（厚0.5米以內）需增加孔槽等處理，數控衝牀無法處理，YAG數控金屬激光切割機能解決。

激光切割機的價格不低，少則幾十萬多則上百萬。所以儘可能的延長激光切割機的使用壽命才能更好的節約生產成本，贏得更大的利益。由此可見激光切割機的日常保養和維護是十分重要的。下面主要從六個方面來進行説明：

一、循環水的更換和水箱清洗：在機器工作前一定保證激光管充滿循環水，循環水的水質及水温直接影響激光管的使用壽命。所以要定期的更換循環水和對水箱進行清洗。這個最好一個星期進行一次。

二、風機清潔：機器中的風機長時間的使用，會使風機裏面積累很多的固體灰塵，讓風機產生很大噪聲，也不利於排氣和除味。當出現風機吸力不足排煙不暢時，就要對風機進行清洗了。

三、鏡片的清潔：機器上會有些反射鏡和聚焦鏡。激光是通過這些鏡片反射、聚焦後從激光頭髮射出來。鏡片很容易沾上灰塵或其它的污染物，造成激光的損耗或鏡片損壞。所以每天對鏡片進行清潔。清潔的同時要注意：1.鏡片應輕輕擦拭，不可損壞表面鍍膜；2.擦拭過程應輕拿輕放，防止跌落；3.聚焦鏡安裝時請務必保持凹面向下。

四、導軌清潔：導軌、直線軸作為設備的核心部件之一，它的功用是起導向和支承作用。為了保證機器有較高的加工精度，要求其導軌、直線具有較高的導向精度和良好的運動平穩性。設備在運行過程中，由於被加工件在加工中會產生大量的腐蝕性粉塵和煙霧，基這些煙霧和粉塵長期大量沉積於導軌、直線軸表面，對設備的加工精度有很大影響，並且會在導軌直線軸表面形成蝕點，縮短設備使用壽命。所以每半個月清潔一次機器導軌。清潔前要關閉機器。

五、螺絲、聯軸節的緊固：運動系統在工作一段時間後，運動連接處的螺絲、聯軸節會產生鬆動，會影響機械運動的平穩性，所以在機器運行中要觀察傳動部件有沒有異響或異常現象，發現問題要及時堅固和維護。同時機器應該過一段時間用工具逐個堅固螺絲。第一次堅固應在設備使用後一個月左右。

六、光路的檢查：機器的光路系統是由反射鏡的反射與聚焦鏡的聚焦共同完成的，在光路中聚焦鏡不存在偏移問題，但三個反射鏡是由機械部分固定的，偏移的可能性較大，雖然通常情況下不會發生偏移，但建議用户每次工作前務必檢查一下光路是否正常。

1.先要弄清楚自己企業的生產範圍、加工材料和切割多大厚度等，從而確定要採購的設備的機型、幅面和數量，為後期的採購工作做簡單的鋪墊。激光切割機應用領域涉及手機、電腦、鈑金加工、金屬加工、電子、印刷、包裝、皮革、服裝、工業面料、廣告、工藝、傢俱、裝飾、醫療器械等眾多行業。市面上主流的是3015和2513，即3米乘以1.5米和2.5米乘以1.3，但是幅面這個其實不是問題，一般公司都會配有很多種幅面供客户選擇，可以定做。

2.專業人員進行現場模擬解決或提供解決方案，同時也可以拿自己的材料到廠家進打樣。

1）切割縫細：激光切割的割縫一般在0.10mm-0.20mm；

2）切割面光滑：激光切割的切割面有無毛刺法；一般來説，YAG激光切割機多少都有點毛刺，主要由切割厚度和使用氣體來決定的。一般3mm以下是沒有毛刺的，氣體是氮氣效果最好，氧氣效果其次，空氣效果最差。光纖激光切割機毛刺最少或沒有，切割面非常光滑，速度也很快。

3）看材料的變形：材料的變形非常小

4）功率的大小：比如工廠多數都是切割6mm以下的金屬板材，就沒必要買大功率的激光切割機，500W的光纖激光切割機即可滿足生產需求，如果生產量較大，擔心500W效率不如大功率激光切割機，最好的選擇是購買兩台或者更多的中小功率的激光切割機，這樣在控制成本上，提高效益上對廠家都有幫助。

5）激光切割的核心部位：激光器和激光頭，是進口的還是國產的，進口激光器一般的用的IPG的較多，國產的一般是鋭科的較多，同時，激光切割的其它配件也要注意，如電機是不是進口伺服電機、導軌、牀身等等，因為它們在一定程度上影響着機器的切割精度。特別需要注意的一點是激光切割機的冷卻系統——冷卻櫃，很多公司直接用家用空調來冷卻，那樣的效果其實大家都清楚，非常不好，最好的辦法是使用工業專用空調，專機專用，才能達到最好效果。

3.任何一台設備在使用過程中都會出現不同程度的損壞，那麼在損壞後進行維修而言，維修是否及時與收費高低也就成為了需要考慮的問題。所以在購買是要通過多種渠道瞭解企業的售後服務問題了，比如説維修收費是否合理等等。 ^[2] 

金屬三維五軸激光切割機，是一種基於激光技術的定位金屬切割裝置，其獨特之處在於其三維和五軸的運動系統。這種切割機通過精確控制激光束的方向和強度，實現對金屬材料的精密切割，同時藉助三維和五軸的靈活運動，能夠完成更加複雜和精密的切割任務。

在應用方面，金屬三維五軸激光切割機已經廣泛用於汽車製造、航空航天、電子設備等領域。例如，在汽車製造中，它可以高效切割和加工汽車零部件，提高汽車生產線的生產效率在航空航天領域，它則能夠應對各種複雜的金屬結構，為高效飛機的製造提供瞭解決方案。