簡(jiǎn)介
雖然納秒脈沖光纖激光器通常被用于激光打標(biāo)(laser marking)，但是由于納秒脈沖光纖激光器的成本較低，緊湊，可靠，不需要經(jīng)常維護(hù)，所以用它也非常適合用來進(jìn)行蒸發(fā)切割。通過采用直接調(diào)制種子激光的MOPA（主控振蕩器的功率放大器）等設(shè)計(jì)，我們可以得到短脈沖和相對(duì)高的峰值功率，這些技術(shù)都把激光器變成切割金屬有效的加工工具。
作為一種連續(xù)波型切割器的替代品，脈沖光纖激光器可以應(yīng)用于多通蒸發(fā)式切割過程中，監(jiān)測(cè)裝置控制激光來回通過切割線，每次僅切除很少的金屬，并且不需要噴嘴和輔助氣體。這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)靈活、精確和合理的解決方案。而且這套設(shè)備基本上是一套簡(jiǎn)單的激光標(biāo)記系統(tǒng)。
這項(xiàng)切割技術(shù)可以廣泛適用于各種材料，從有色金屬、非有色金屬，到陶瓷、高分子材料甚至含碳復(fù)合材料，都涵蓋其中。切割速度可以很方便的改變，對(duì)于薄金屬板，可以做到小于10mm/min，對(duì)于厚的材料，切割速度可以大于1mm/min。當(dāng)用于切割比較厚的金屬時(shí)，必須采用切割線補(bǔ)償或光束擺動(dòng)等特殊技術(shù)來有效的擴(kuò)大切口寬度。相對(duì)于傳統(tǒng)激光切割(laser cutting)，這些速度可能會(huì)比較慢，但對(duì)于很多應(yīng)用來說，納秒脈沖光纖激光器的低成本和靈活性是非常具有吸引力的。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SPI激光器的所有SM/HS/HM型號(hào)都可以實(shí)現(xiàn)有效切割，但是每種機(jī)器的切割特點(diǎn)會(huì)略有不同，這與材料的選擇和要求的輸出有關(guān)。以窄切縫寬度為例，具有高品質(zhì)光束和較小光斑的SM型激光器最為適合，而對(duì)于較厚的材料，采用具有更高峰值功率和較大尺寸光斑的HM型效果會(huì)更好一點(diǎn)。
鋁材料
純鋁和鋁合金應(yīng)用相當(dāng)廣泛，一些小的復(fù)雜的零件可以從比較厚的材料中切割出來而得到。（圖1）完成之后的表面不產(chǎn)生拉絲那樣的很大的影響，拋光部分同樣可以被切削的很好。最厚到2mm的零件都可以這樣切割成型，但是速度會(huì)比較慢。
圖1 切割樣品包括：1.2mm 鋁質(zhì)薄板，0.2mm錫鋼薄板
0.5mm和2mm拋光鋁（Newson Engineering NV提供）
不銹鋼
不銹鋼是一種應(yīng)用非常廣泛的材料，特別是在醫(yī)療工業(yè)中，對(duì)切割精度的要求非常高。對(duì)于0.5mm厚的304級(jí)材料，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的掃描系統(tǒng)，就可以使切割速度大于20mm/min的同時(shí)獲得很好的切割質(zhì)量。但是，采用40W的HM型激光器，配備固定的切割頭和同軸輔助氣體，在200μm的不銹鋼上的切割速度可以達(dá)到大于1.5m/min！（圖2）
圖2 —采用40W HM 加工200um厚不銹鋼薄板
速度1.5m/min
鈦材料
薄的鈦板很容易切割，對(duì)于工程應(yīng)用，必須要注意確保邊緣氧化不會(huì)影響切邊的質(zhì)量。然而，對(duì)于那些對(duì)技術(shù)功能要求不高的應(yīng)用，比如裝飾用的珠寶，這種過程就比較理想，同時(shí)可以結(jié)合顏色標(biāo)記。
圖3 鈦工藝珠寶 300um厚，采用20W HS激光器切割
速度1-2mm/s
高反光材料
銅，黃銅，銀和金都有著極高的反射率和電導(dǎo)率，因此這些材料通常被認(rèn)為非常難以切割。需要很高的功率密度來啟動(dòng)切割過程，但用納秒光纖激光器很容易進(jìn)行切割。
黃銅通常被認(rèn)為是一種難以采用激光切割(laser cutting)的材料，它通常被當(dāng)作切割黃金前的實(shí)驗(yàn)材料，用于測(cè)試和研究切削參數(shù)。只要有足夠的峰值功率，相當(dāng)厚甚至最高1mm的材料都可以用20W HS型激光器來完成切割，并且質(zhì)量非常好，如果采用40W HM型激光器，可加工的最大厚度可達(dá)到2mm。（圖4）
圖4 采用20W HS型激光器加工的0.8mm厚黃銅齒輪，耗時(shí)7分鐘
（該圖由Orotig srl提供）
很多工程應(yīng)用都需要切割銅，特別是電氣和電子領(lǐng)域，尤其是金屬薄板材料。雖然材料具有高反射率及高導(dǎo)電性，但是耦合入金屬的高峰值功率使得切割精度變得非常高，且無毛刺（圖5）。一個(gè)新興的應(yīng)用是PCB板上的沉淀軌跡銅切割，因?yàn)樵诎迳蠈?duì)導(dǎo)電軌道切割有一定要求。
圖5 使用20W HS激光器進(jìn)行銅薄板切割（由Miyachi Unitek提供）
比如銀和黃金等貴金屬，我們可以使用脈沖激光進(jìn)行切割，因?yàn)檫@種技術(shù)可以完成非常復(fù)雜的形狀，而且材料浪費(fèi)率非常低，這對(duì)珠寶商無疑是非常有吸引力的。下圖是一個(gè)直徑為20mm的質(zhì)量?jī)?yōu)良，非常華麗的銀盤，它就是用20W HS激光器切割出來的。（圖6）
圖6 0.55mm厚銀盤，使用20W激光器在13分鐘內(nèi)切割成型（由Orotig srl提供）
總結(jié)
納秒脈沖光纖激光器非常適合應(yīng)用在蒸發(fā)切割當(dāng)中，以上的例子表明，很多種金屬都可以由激光器來完成切割，這也顯示出這種激光器是多功能的。
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