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脉冲光纤激光器在金属切割中的应用

时间：2011-12-29 22:12:54  来源： 打印本文

 
虽然纳秒脉冲光纤激光器通常被用于激光打标，但是由于纳秒脉冲光纤激光器的成本较低，紧凑，可靠，不需要经常维护，所以用它也非常适合用来进行蒸发切割。通过采用直接调制种子激光的MOPA（主控振荡器的功率放大器）等设计，我们可以得到短脉冲和相对高的峰值功率，这些技术都把激光器变成切割金属有效的加工工具。

作为一种连续波型切割器的替代品，脉冲光纤激光器可以应用于多通蒸发式切割过程中，监测装置控制激光来回通过切割线，每次仅切除很少的金属，并且不需要喷嘴和辅助气体。这项技术提供了一个灵活、精确和合理的解决方案。而且这套设备基本上是一套简单的激光标记系统。

这项切割技术可以广泛适用于各种材料，从有色金属、非有色金属，到陶瓷、高分子材料甚至含碳复合材料，都涵盖其中。切割速度可以很方便的改变，对于薄金属板，可以做到小于10mm/min，对于厚的材料，切割速度可以大于1mm/min。当用于切割比较厚的金属时，必须采用切割线补偿或光束摆动等特殊技术来有效的扩大切口宽度。相对于传统激光切割，这些速度可能会比较慢，但对于很多应用来说，纳秒脉冲光纤激光器的低成本和灵活性是非常具有吸引力的。

实验结果表明，SPI激光器的所有SM/HS/HM型号都可以实现有效切割，但是每种机器的切割特点会略有不同，这与材料的选择和要求的输出有关。以窄切缝宽度为例，具有高品质光束和较小光斑的SM型激光器最为适合，而对于较厚的材料，采用具有更高峰值功率和较大尺寸光斑的HM型效果会更好一点。

铝材料

纯铝和铝合金应用相当广泛，一些小的复杂的零件可以从比较厚的材料中切割出来而得到。完成之后的表面不产生拉丝那样的很大的影响，抛光部分同样可以被切削的很好。最厚到2mm的零件都可以这样切割成型，但是速度会比较慢。

不锈钢

不锈钢是一种应用非常广泛的材料，特别是在医疗工业中，对切割精度的要求非常高。对于0.5mm厚的304级材料，采用一个简单的扫描系统，就可以使切割速度大于20mm/min的同时获得很好的切割质量。但是，采用40W的HM型激光器，配备固定的切割头和同轴辅助气体，在200μm的不锈钢上的切割速度可以达到大于1.5m/min！（图）

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采用40W HM 加工200um厚不锈钢薄板
速度1.5m/min

钛材料

薄的钛板很容易切割，对于工程应用，必须要注意确保边缘氧化不会影响切边的质量。然而，对于那些对技术功能要求不高的应用，比如装饰用的珠宝，这种过程就比较理想，同时可以结合颜色标记。

高反光材料

铜，黄铜，银和金都有着极高的反射率和电导率，因此这些材料通常被认为非常难以切割。需要很高的功率密度来启动切割过程，但用纳秒光纤激光器很容易进行切割。

黄铜通常被认为是一种难以采用激光切割的材料，它通常被当作切割黄金前的实验材料，用于测试和研究切削参数。只要有足够的峰值功率，相当厚甚至最高1mm的材料都可以用20W HS型激光器来完成切割，并且质量非常好，如果采用40W HM型激光器，可加工的最大厚度可达到2mm。

很多工程应用都需要切割铜，特别是电气和电子领域，尤其是金属薄板材料。虽然材料具有高反射率及高导电性，但是耦合入金属的高峰值功率使得切割精度变得非常高，且无毛刺。一个新兴的应用是PCB板上的沉淀轨迹铜切割，因为在板上对导电轨道切割有一定要求。

比如银和黄金等贵金属，我们可以使用脉冲激光进行切割，因为这种技术可以完成非常复杂的形状，而且材料浪费率非常低，这对珠宝商无疑是非常有吸引力的。下图是一个直径为20mm的质量优良，非常华丽的银盘，它就是用20W HS激光器切割出来的。

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0.55mm厚银盘，使用20W激光器在13分钟内切割成型（由Orotig srl提供）

总结

纳秒脉冲光纤激光器非常适合应用在蒸发切割当中，以上的例子表明，很多种金属都可以由激光器来完成切割，这也显示出这种激光器是多功能的。

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