什么是光纤激光器？- 简要概述
“激光”可以通过各种活性介质产生，如固体、玻璃、气体、半导体，甚至液体。 但通过“红宝石”晶体等固体元素产生的激光，也称为“掺钕钇铝石榴石，(Y3Al5O12)-YAG”，被称为“光纤激光器”或“固态激光器”。
光纤激光器的特别之处在于它们可以以高精度和准确度执行对工业制造至关重要的各种功能。 最重要的是“激光切割”的基本原理之一。
连续波 (CW) Yb3+ 掺杂光纤激光器是最常见的 激光切割 机器，因为它们非常强大。 01 µm 光纤激光切割机可以轻松切割高强度钢材。 更不用说大多数其他金属和合金了。
与带有一定会磨损的机械切割器的传统切割机不同，这些激光器没有此类耗材。 因此，低维护在切割过程中节省了能源、成本和时间。 这可以增加任何行业的利润率。
激光切割无处不在，从小型企业到大型汽车和航空航天工业。 光纤激光器也天生适用于微加工，在微尺度上完成。 因此，真正使其成为现代制造工艺的代名词。
光纤激光切割机是如何工作的？
光纤激光切割机使用热切割来切割各种金属和非金属。 它涉及以下步骤。
首先，高强度激光束从激光发生器发射到工件上。 激光束通常会达到接近 10000-11000 ℃（19500 ℉）的高温，足以熔化或蒸发任何材料。
切割位置和形状的详细信息通过引导激光的数控系统提供。
当激光与材料接触时，它会迅速熔化或气化它，并且加压辅助气体被喷射到接触点，从而去除碎屑。
该过程一直持续到获得所需的形状。
激光切割机有多种形状和尺寸，但其主要工作背后的现象是相同的。 以下是激光切割机的一些关键部件。
1. 机器激光源
激光源是任何激光切割机的核心。 一个单独的单元通常会产生一个馈送到切割头的激光。 研究表明，掺镱 Yb3+ 光纤激光器可产生 900 nm 至 1200 nm 的高强度激光。 具有广泛的波长范围意味着各种材料都可以吸收激光。
该电源非常适合切割高强度、碳、合金等。它可以产生超过 10 千瓦的功率，其强度足以切割薄板（<5 毫米）以及 厚板 (5毫米-40毫米)
而掺铥Tm3+和掺钬Ho3+光纤激光源可以切割非金属和透明材料。 源单元通过重型连接器、放大器插头、编码器插头等连接到主单元。
2.电气元件及数控系统
数控和电子设备就是您所说的激光切割机的“大脑”。 主要部件是电动伺服电机、开关、操作系统等。所有关于激光束特性的数据和即将加工的零件的详细信息都在这里输入。
机器外部的 LED 控制面板通过计算机辅助制造 (CAM) 文件从操作员那里获取数据。 该控制系统提供有关输出功率、切割速度、切割角度、切割深度等的所有数据。
之后，它在切割过程中引导控制头和导轨。 随着计算机数控（CNC）的出现，激光切割的精度成倍增加，以至于激光切割的唯一限制因素是驱动系统。
3.龙门系统及辅助部件
每个工业规模的光纤激光机都有一个龙门系统，一个机械化的车道，有助于在三维空间中移动激光头。 龙门系统包括有助于引导激光头的导轨、链条和电机。
一直在不断研究改进光纤激光器的龙门系统，以减少机器时间并提高效率。
其他部分包括将工件固定在一起的工作台（work tables）。 一些光纤激光切割机的大工作台可以补偿 12 米长的金属板并承载高达 9 吨的重量。 许多激光切割机还有一个排气系统，可以从外壳中去除有毒气体。
4. 光纤激光切割头
光纤激光切割头是一种将激光射到工件上的装置。 它有一个复杂的镜子系统（传统的激光机）或引导激光束通过喷嘴的光纤。
喷嘴是激光头控制光束的重要部件。 它不仅引导激光，而且还为吹走熔融材料的放电气体提供方向。
喷嘴可以手动调节，对切割质量影响很大。 它之前经过仔细校准，以防止可能导致材料熔化的渗透不足。 不同直径的喷嘴用于切割各种厚度。
激光头是由龙门系统引导的移动部件。 典型地，激光头可以在三维空间中移动。 但在特殊情况下，激光头设计为以 45 度角移动，这有助于创建斜面切割。 这些金属板是要稍后焊接的。 它节省了大量的金钱、劳动力和时间，否则将花费在创建斜角上。
激光头调节的其他特性有光束强度、光束焦点位置、切割速度、切割进给、气体压力等。
正确的切削功率、速度和进给可以成就或破坏您的制造过程。 就像传统的机械设备一样，激光切割机带有详细的图表，其中定义了适合特定材料的激光特性。
整个工作站由金属罩屏蔽，为激光切割机提供了一个封闭的环境。 这可以保护激光束和工件免受空气和灰尘等外部因素的影响。 它还可以保护人眼，因为不可见的射线很危险。
CO2激光和光纤激光切割机的区别
在激光切割方面，有两种技术脱颖而出。 光纤和 CO2 激光器. 两者的用途相同，但切割能力不同。 让我们简要讨论一下它们的区别，以选择最适合您需求的选项。
两者之间的关键区别在于激光生产的来源。 一种 CO2激光 有一个充满二氧化碳气体的玻璃室，暴露在高电流下。 这个过程激发气体并导致红外线的释放。 在镜子的帮助下，这些红外线被放大到足以穿透物体。
在光纤激光器中，晶体（掺钕钇铝石榴石 - YAG）被闪光管包裹，闪光管将光能输送到晶体。 这会激发晶体中的原子，从而释放出高能光子。 这些高能光子被引导通过光纤，产生强大的激光。
两种激光类型都有其重要意义。 CO2 激光器相对较旧，但由于其卓越的金属切割能力仍在使用。
| 制造工艺 | CO2激光 | 光纤激光 |
| 切割速度厚度<8mm | 放慢 | 快速 |
| 整体切削速度 | 快速 | 快速 |
| 切割锋利的边缘 | 效率较低 | 效率更高 |
| 切割钣金 | 较低的兼容性 | 更高的兼容性 |
| 切割有机材料 | 更高的兼容性 | 较低的兼容性 |
| 雕刻金属 | 没有 | 是 |
| 雕刻其他材料 | 是 | 是 |
| 驾驶系统 | 龙门 | 检流计和龙门架 |
| 维修费用 | 更高 | 降低 |
| 营运成本 | 降低 | 更高 |
| 采购成本 | 降低 | 更高 |
光纤激光切割机更擅长切割金属，尤其是表面光亮的金属。 高反射往往会给老式激光机带来问题，因为大部分光束都会被反射。 但光纤激光切割机具有锐利的光束焦点，有助于穿透大多数金属和合金。 CO2激光器与一些金属和有机材料具有更好的材料相容性。
| 激光切割 | 材料 | 光纤激光器 | 二氧化碳激光器 |
| 金属制品 | 高强度钢 | 是 | 是 |
| 低碳钢 | 是 | 是 | |
| 黄铜 | 是 | 没有 | |
| 铜 | 是 | 没有 | |
| 铝板 | 是 | 没有 | |
| 非金属 | 玻璃 | 没有 | 是 |
| 亚克力 | 没有 | 是 | |
| 木材 | 没有 | 是 | |
| 橡胶 | 没有 | 是 | |
| 皮革 | 没有 | 是 | |
| 复合材料 | 是 | 没有 |
由于大多数制造业都与钢铁和金属打交道，因此光纤激光切割具有更大的市场。
谈到成本，没有简单的答案。 高功率光纤激光器比普通的 CO2 激光切割机贵。 但是 CO2 激光器有易损管，通常在运行 20000 小时后需要更换。 此外，与光纤激光器相比，它在典型运行期间消耗的功率更大。 因此，运营和维护成本会增加。 对于持续和长期的项目，专家更喜欢光纤激光切割机。
购买第一台光纤激光切割机之前要考虑的事项
1. 材料考虑
你制造什么样的材料是最重要的。 一些材料受益于光纤激光切割并产生了很好的效果，而另一些则不然。 光纤激光切割机最适用于钣金件和高反射材料。 学习更多关于 光纤激光器可以切割哪些材料?
2.使用量及产率
如果您的行业需要高生产率和制造复杂零件，那么光纤激光切割是合适的。 否则，您将无法支付购买费用。 对于想要在后院项目中使用激光机的爱好者，我建议使用 CO2 激光机进行切割，使用光纤激光机进行雕刻。
3.表面处理
对于较厚的材料，光纤激光器可能无法获得最佳切割效果，这将在项目的后处理中耗费金钱和时间。 然而，激光对钣金件和更薄的板材纤维进行了最先进的切割。
光纤激光切割机的主要应用
1、机器人产业
激光切割机和机器人技术有着深厚的关系。 许多激光切割、焊接、打标和钻孔机都支持实现制造自动化的机械臂。
它甚至有助于制造机器人中使用的小型复杂零件，而这些零件是使用传统刀具无法制造的。 激光切割与 CNC 相结合，彻底改变了世界。
2.汽车工业
对汽车的需求不断增长，对高效制造工艺的需求也在不断增长。 由于其高精度和较短的交货时间，许多 汽车行业 公司已改用光纤激光切割机来切割液压成型的汽车零件。
3.航天工业
此 航空航天业 处理需要准确性的最复杂的设计之一。 许多传统机器在切割时会影响材料的完整性。 这引起了安全问题。 等离子切割就是其中一个例子。
然而，光纤激光切割解决了这个问题，因为它天生擅长散热、精确切割和最小公差。
光纤激光切割机的优缺点
1.高精度和准确度
光纤激光器将巨大的功率密度聚焦在一个小点上，熔化材料并形成一个小孔。 随着激光的移动，材料被均匀切割而不会变形或 毛刺 在边缘。 由于光纤激光器的波长只有 1 微米，与波长为 2 微米的 CO10.7 激光器相比，任何复杂的形状都可以以更高的精度切割。
光纤激光切割可以达到±0.5mm的尺寸精度。 热影响区非常小，最终单元在直接使用前需要极少至零加工。
2.切割速度
光纤激光切割比传统激光技术更快。 对于薄板，没有其他切割技术可以与光纤激光器相媲美。 比较光纤和 CO2 激光器的切割速度，我们看到 2000W 光纤激光器的切割速度与 6000W CO2 激光器一样快。
随着光纤激光技术的进步，用不了多久我们就会看到高功率光纤激光机以其他技术无法比拟的速度切割厚材料。
3.非接触式切割
非接触式切割工具意味着无需因磨损而更换切割工具。 在加工每种新材料之前无需考虑工具的硬度，因为激光束可以切割多种类型的材料。
4. 高适应性和灵活性
通过 CNC 控制和自动化，可以调整和优化激光束以切割复杂的设计和错综复杂的边缘。 紧凑的梁包装巨大的功率导致最小的热影响区，不会使最终产品的形状变形。
5. 降低功耗
光纤激光机的能耗比 CO50 切割机低 2%。 与 CO2 激光器相比，光纤激光机不需要高维护和昂贵的维修。 该设计更高效、更紧凑，并且碳足迹更小。 CO2 激光机在加工材料前需要至少 10 分钟预热。 相比之下，光纤激光机可以立即开始该过程。
更快地处理不同材料的能力使光纤激光器适用于大批量制造商和生产商。
6.材料多样
长期以来，反光材料对激光切割机提出了挑战。 尽管如此，光纤激光器仍然可以有效地处理高反射材料，例如 铝板、铜、银、金和抛光不锈钢。 激光切割不适用于厚板的日子已经一去不复返了。 由于激光功率范围广，光纤激光器可以以与 CO2 激光切割相当的速度加工更厚的板材。
除了金属之外，光纤激光器还可以加工丙烯酸树脂、聚甲醛、聚（甲基丙烯酸甲酯）、有机玻璃和橡胶。 请查看我们的文章，了解有关光纤激光器可以或不能切割哪些材料的更多信息。
7. 投资昂贵
光纤激光切割机的唯一缺点是投资成本高。 光纤激光器的成本是 CO2 的 3-2 倍。 但考虑到它只是一项一次性投资，可提供比任何其他激光技术更显着的收益，从长远来看，光纤激光器具有成本效益。
光纤激光机不需要定期维护或高运营成本。 一台 3000W 的光纤激光器估计消耗 10kW 的电能。 另一方面，等效4000W的CO2激光机耗能高达250kW。 这使得两台机器之间的年度电费差异很大。
此外，由于其高效的设计，光纤激光机可以使用一生。
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