What is Fiber Laser Cutting? - Baison

Understanding Fiber Lasers: An Overview

激光可以通过不同的有源介质产生，包括固体、玻璃、气体、半导体和甚至液体。然而，通过固体元素（如铬宝石）所生成的激光光束，被称为“光纤激光器”或“固态激光器”。

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光纤激光器的特征在于其能够以极高的精度和准确度执行多种关键工业制造功能。其中，激光切割是最基本且最重要的应用之一。

在激光切割机中最常用的是连续波（CW）Yb3+掺镱光纤激光器，它们具有极高的功率。通过1微米的纤维激光切割机，能够轻松切割高强度钢材以及大多数其他金属和合金。

与传统的切割设备采用机械刀具稍有磨损的不同，光纤激光切割仪器没有这些耗材。因此，适度的维护将节省能源、成本和时间，从而增加任何行业的利润空间。

激光切割在从小规模企业到大型汽车和航空航天行业中无处不在。光纤激光器同样适用于微加工，以微小尺寸进行操作，真正成为现代制造过程的面貌。

光纤激光切割机的工作原理

光纤激光切割机通过热切割来切割各种金属和非金属，其工作过程包括以下几个步骤：

首先，一束高强度的激光从激光发生器发射到工件表面。该激光束的温度通常接近足以熔化或蒸发任何材料的高温。

切割的具体位置和形状通过数控系统输入，指导激光的变化。

当激光与材料接触时，它迅速将材料熔化或气化，同时喷射的辅助气体会吹走残留物。

该过程持续进行，直到达到所需的形状。

激光切割机有多种形状和大小，但其工作原理基本相同。下面是激光切割机的一些关键组件。

1. 激光发生器

激光发生器是任何激光切割机的心脏。通常由一个单独的单位来创建的激光传输至切割头。研究表明，掺钕Yb3+的光纤激光器能够生成900 nm至2000 nm之间波长的高强度激光。宽广的波长范围使得多种材料能够吸收该激光。

该激光源对高强度、碳钢、合金等材料的切割效果显著。它能够产生超过10 KW的功率，足以切割5毫米以下及5至40毫米的厚板。

然而，掺铥Tm3+和掺铬Ho3+的光纤激光源则可切割非金属和透明材料。源单元通过加固连接器、放大插头、编码插头等结构与主机连接。

2. 电气组件和数控系统

数控和电子设备可被称为激光切割机的“头脑”。主要组件包括电机、开关、操作系统等。激光束的特性及待加工部件的细节信息都在此处输入。

外部的LED控制面板通过计算机辅助制造（CAM）文件接收操作员的数据。该控制系统提供关于输出功率、切割速度、切割角度、切割深度等数据。

随后，它在切割过程中引导控制头及导轨。随着计算机数字控制（CNC）的进步，激光切割的精度大幅提升，由此激光切割的唯一限制因素变得是驱动系统。

3. 立体框架和辅助部件

每一台工业光纤激光机都配备立体框架，它是一个机械化的任意运动道，能够使激光头在三维空间中移动。立体系统由导轨、链条和马达构成，以引导激光头。

为了提高光纤激光的效率，持续的研究致力于改进立体系统以减少机器时间。其他部件包括承载工件的工作台。一些光纤激光切割机配备能够容纳长达12米金属板的超大工作台，并且能够承载高达9吨的重物。许多激光切割机还配备排气系统，用于去除封闭空间内的有毒气体。

4. 光纤激光切割头

光纤激光切割头是一种向工件发射激光的装置。它设有一系列复杂的镜面（传统激光机）或光纤，激光通过喷嘴传递。

喷嘴是激光头的一个重要组件，控制着光束的方向。喷嘴不仅引导激光，还向掉落的熔化材料喷出气体。

喷嘴可手动调整，并对切割质量有显著影响。在切割不同厚度的材料之前，将其进行精确校准以防止穿透不足导致的材料熔融。激光头在立体系统的引导下移动。通常，激光头能在三维空间内移动，但在特定情况下，激光头也可设计为以45度角移动，便于进行斜边切割，这可用于后续焊接。这大大减少了在创建斜边的时间、人工和成本。

激光头调控的其他特性包括光束强度、光束焦距位置、切割速度、切割进给、气体压力等。

合适的切割功率、速度和进给量能够决定制造过程的成败。与传统的机械设备相似，激光切割机也有详细的图表，定义适合特定材料的激光特性。

整个工作站由金属外壳包围，为激光切割机提供封闭环境。这既保护了激光束和工件不受外部因素（如空气和灰尘）的影响，也保护了人眼免受无形光束的危害。

光纤激光和CO2激光切割机的区别

在激光切割领域，有两种技术非常突出，分别是光纤激光和CO2激光。两者虽然有相同的切割目的，但在切割能力上有所不同。以下是二者之间的主要区别。

二者之间的关键区别在于激光产生的源头。CO2激光通过一个充满二氧化碳气体的玻璃腔体，并通过高电流来激发该气体。这个过程使气体被激发，从而释放出红外线。借助于镜面，这些红外线得到了放大，能够穿透物体。

而光纤激光则是在一个晶体（掺镱铝酸盐）被包裹进一个闪光管中，后者将光能送入晶体中。当晶体中的原子被激发时，会释放出高能光子。这些高能光子通过光纤传导，产生出强力激光。

两种激光类型都有其重要性。尽管CO2激光较为传统，但由于其卓越的金属切割能力，仍然广泛使用。

光纤激光切割机在切割金属方面表现出色，尤其是光滑表面的材料。高反射率通常是传统激光机的一个问题，因为大部分光束会被反射。然而，光纤激光切割机的聚焦光束帮助穿透大多数金属和合金。而CO2激光则对某些金属和有机材料有更好的材料兼容性。

由于大多数制造行业处理钢铁和金属，因此光纤激光切割拥有更大的市场份额。

在成本方面没有简单的答案，尽管高功率光纤激光器的价格普遍比CO2激光切割机贵，但CO2激光器的消耗管道通常在操作几小时后需要更换。此外，CO2激光器在正常运行时消耗更多的电能。因此，运营和维护成本会累积起来。对于持续和长期的项目，专家更倾向于使用光纤激光切割机。

购买光纤激光切割机前要考虑的事项

1. 材料考虑

您制造的材料种类是至关重要的。有些材料从光纤激光切割中获益匪浅，而其他材料则不然。光纤激光切割机最适合用于金属工作及高反射材料的切割。有关光纤激光可以切割的材料，请查看我们的详细信息。

2. 使用和生产率

如果您的行业需要高生产率和复杂部件的制造，那么光纤激光切割非常适合。否则，您将无法覆盖购机成本。对于爱好者，我建议选择CO2激光机进行切割，而选择光纤激光用于刻印项目。

3. 表面处理

就较厚的材料而言，光纤激光可能不会提供最佳的切割效果，这将导致后期处理项目所花费的时间和金钱。然而，激光在金属工作和薄板加工中展现出极为精美的切割效果。

欲了解更多信息，请访问单桌光纤激光切割机。

光纤激光切割机的主要应用领域

1. 机器人行业

激光切割机和机器人之间有着密切的关系。许多激光切割、焊接、打标和钻孔机都配备了自动化制造的机器人臂。

它在制造小而复杂的机器人零件方面尤为有效，这些零件传统刀具几乎无法生产。激光切割与计算机数控（CNC）的结合已经彻底改革了制造业。

2. 汽车行业

汽车需求不断增加，相应的高效制造工艺的需求也在不断增强。由于其高精度和较短的交货时间，许多汽车制造企业已转向光纤激光切割机用于切割液压成型汽车零件。

3. 航空航天行业

航空航天工业需要精密的设计，而许多传统机器在切割时会对材料的完整性产生影响。这引发了安全隐患，例如等离子体切割所造成的问题。

而光纤激光切割则解决了这个问题，因其在热散发、精确切割和最低公差方面自然而然地表现出色。

光纤激光切割机的优缺点

1. 高精确度和准确性

光纤激光在一个小点上集中极大的功率密度，使材料融化并形成一个小孔。随着激光运动，材料均匀切割，不产生变形或边缘毛刺。由于光纤激光的波长仅为1微米，相较于CO2激光的10.7微米，任何复杂形状都能通过高精度切割实现。

光纤激光切割的尺寸精度可达±0.5mm，热影响区极小，最终单位在直接使用前需极少至无机械加工。

2. 切割速度

光纤激光切割速度比传统的激光技术要快。在薄板处理方面，没有其他切割技术与光纤激光相提并论。比较光纤激光和CO2激光的切割速度，可以发现一台W的光纤激光机能以相同速度切割一台W的CO2激光刀。

随着光纤激光技术的进步，不久后我们将看到更高功率的光纤激光机器以更快的速度切割厚材料，这将没有其他技术可比。

3. 非接触式切割

非接触式的切割工具意味着不需要更换切割工具，以免因磨损导致问题。切割每种新材料之前，也不用考虑工具的硬度，因为激光束可以穿透多种材料。

4. 高适传性和灵活性

借助CNC控制和自动化，激光束可以根据复杂的设计和复杂的边缘进行调整和优化。紧密的光束聚集极大能量，造就了热影响区极小，不会造成最终产品的变形。

5. 降低的能耗

光纤激光机器的能耗比CO2切割机器低50%。由于其设计更加高效、紧凑，减少了碳足迹，光纤激光机器需要较少的维护和维修。与CO2激光相比，光纤激光机器在加工材料时几乎无需预热，只需立即开始处理。

更快地处理不同材料的能力使光纤激光适合于高生产率的厂商和制造商。

6. 可加工材料多样性

长期以来，反射性材料在激光切割机面前甚至成为了难题，但光纤激光可以有效处理高反射的材料，如铝、铜、银、金和光滑的不锈钢。从此，激光切割不再适用于厚板的时代已经过去。凭借广泛的激光功率，光纤激光可以以与CO2激光切割相当的速度处理更厚的板材。

除了金属以外，光纤激光还可以处理亚克力、聚氧化甲烯、聚（甲基丙烯酸甲酯）、透明兰宝、橡胶等材料。查阅我们的文章以了解更多关于光纤激光能够或无法切割的材料的信息。

7. 昂贵的投资

光纤激光切割机唯一的缺点是初期投资成本高。与CO2激光设备相比，光纤激光设备的价格通常是其2至3倍。但考虑到这一一次性投资的优势远超其他激光技术，因此总体上看光纤激光具有较高的性价比。

光纤激光机通常需要较少的定期维护或高运营成本。一台W的光纤激光消耗的电力约为10kW，而同等W的CO2激光机的消耗能高达250kW。这让两者在年度电力费用上形成了巨大差异。

此外，得益于其高效设计，光纤激光机器可以实现终生服役。

为何选择Baison激光用于光纤激光切割应用？

Baison激光是提供高品质、耐用的光纤激光切割机的专家，适用于多种应用，如金属切割、成形、镗孔等。

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我们的各种产品包括高科技的光纤激光切割、焊接、清洗和刻印机。

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