激光遠程切割金屬材料的機遇與挑戰

激光切割是除激光打標以外的最廣泛的激光應用，CO2 激光器因多千瓦功率范圍可用以及高度可靠性而長期占領激光切割市場。同時，高亮度固態激光器，如盤形和光纖激光器，作為替代激光源已經進軍激光切割市場，固態激光器可以實現更快的切割速度 100 m/min，特別是切割薄金屬的時候。實際上，小于 20 m/min 的中等切割速度可以切割圖1所示的電工鋼板典型輪廓，這是通過平板切割機直線軸的加速和減速階段實現的，因此，業界需要建立一種不用切割氣的新型遠距離切割方法，即激光和工件之間的相對運動可以依靠一個電流計掃描器利用光束操控，允許一個幾乎無慣性光束移動。激光遠程切割過程原理圖如圖2所示，激光器以500W 的功率聚焦到直徑小于 100μm 的點上是很關鍵的。激光遙感切割是一種快速、高成本效益、可替代熔化切割小于 1mm 厚薄金屬的切割技術。

自連續波高亮度激光器和一微米波長的激光遙控切割第1次演示之后，該領域就取得了很大發展。經濟上可切 100 微米到 500 微米厚度鋼板，改編的控制軟件可以解決幾何精度問題，毛邊防范處理工藝可以減少或去除毛邊，即時切割或高動態工作現場批處理擴大有限的工作區域。材料的變化從不銹鋼到各種鋼、鋁、銅、銅焊，甚至少見的鎢、鉛，而工藝的特性是因材料的不同而不同的。

300m/min 的速度達到平衡轉效點，切割速度的增加不會降低深度，縮短循環時間意味著減少切削時間，遺憾的是也會減少幾何精度。特殊的軟件工具可以實現有關精度要求的分類以及切割速度的自動調整分類。提高激光功率不會線性增加切割時間。

到目前為止已經討論了MAX切割速度，切割速度的提高會降低毛邊的產生。選擇近max速度的特殊工藝參數可以使毛邊最小化。這些復雜的相關性受材料的特定性質影響，特別是吸收、熱傳導、熔化和氣化溫度極大影響切削參數。

激光遙感切割是最有可能取代傳統機械切割技術的一種替代式激光切割技術，與熔化切割技術相比，遠程切割速度快一個數量級，但是與沖壓切割相比，它又慢了一些。然而，在許多應用中足夠短的周期時間可以滿足大批量生產的要求。在切割質量和輪廓精度方面，激光核聚變切割仍優于遠距離切割。但是相對于沖壓切割，其優點是顯而易見的：像狹窄支柱這樣的精細輪廓也是可以切割的，具有更高強度的鋼種很容易用激光作為一種非接觸式的工具進行處理。如果超短脈沖激光器的平均激光功率實現千瓦級可用，那么切割質量就會取得進一步的進展。還需要指出的是遠程切割適用于切割非金屬以及化合物材料，如碳纖維復合材料。一個很好的例子就是 CO2 激光器遠程切割安全氣囊材料。

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