在航空航天，建筑施工，交通等领域中，时常会应用到一些特殊材料，如高反材料，如何对这类材料进行高效切割加工？在以往这类材料从未使用光纤激光切割机进行切割，但是由于光纤激光切割机的广泛应用，客户还是很期待光纤激光切割机能为他们解决加工难题的。

         航空航天基材光纤激光切割实验及应用： 层压垫片

         垫片是一种层压材料用于制作航空航天业，该材料的基材为0.762mm，上面层压了几层0.076mm的层压材料，垫片的总厚度为1.524mm。 对不锈钢材料及铝材垫片进行了测试。

         以前垫片是机械加工生产的。“机械加工的问题是速度太慢了。”Bartholomew称：“而且机械加工很容易会使部分层压层受到破坏，例如最上面一层会剥落。”于是，成本问题及机械加工生产垫片带来的问题使客户寻求更好的解决方法，尝试用光纤激光进行切割。

         一些销售产品的专员表示：“为了使垫片的厚度达到要求的精度，客户可能还需要剥离一两层层压材料，使垫片能够精确地配合安装空间”。

         首先测试切割了小样片以确定切割参数，然后进行了实际部件的切割测试。 用多种方法进行了测试，也包括从层压层正面和背面分别切割时哪种方式能获得更好的切割效果。

         “另外就是要精确地设置参数，已确保不会把切割边缘焊接在一起，这是切割薄板时要特别注意的”，Bartholomew表示。“如果切割边缘被焊在一起，你就无法剥离层压层了。”

         用各种不同的参数测试了大量样件，从层压层正面切割、背面切割、不同的切割速度，最终确认光纤激光切割机 能在避免焊接切割边缘和破坏层压层的情况下对垫片进行切割。“这种情况下，我们的切割速度，从铝质垫片背面切割时，可以达到22.86m/min，对不锈钢垫片切割时，速度可以达到3.048m/min，”Bartholomew说道。

         尽管已经证明了光纤激光切割机可以切割垫片，但航空航天行业客户自己必须进行一些测试。“他们担心疲劳性能，”Bartholomew说道。“由于这些材料通常不用典型的热加工切割，就必须测试切割工艺中的热影响是否增加故障的可能性。很明显通常采用的机械工艺不会产生热影响。”

         那么，切割薄片材料时光纤激光切割机需要如何做呢？“其实你需要做的是如何连接激光光束传输系统，”Bartholomew表示。“不同的光束直径、准直长度，镜片和焦距组合在一起会影响光束对材料的作用。调整好参数才能正确应用。”

         所有的因素会产生综合作用，他补充到。“适合某种材料的参数或许在切割另一种材料时就需要进行调整。对于薄片材料，功率和聚焦镜是最重要的因素。”

磁性不锈钢材料的光纤激光切割试验及应用

         近期刚完成测试的另一种材料，是用于制造电机和发动机转子的层状金属中的磁性不锈钢。零件具有复杂的外形，材料厚度仅有0.0635mm，对容差有极为严格的要求。切割每一片都必须精确地相同，然后再根据制造商的需求在两片之间放入其他材料。

         零件采用冲压而成，需要精密的模具。“客户正在寻求一种小批量切割工艺。”Bartholomew说。“因为冲压的模具可能会非常昂贵，所以他们希望能够找到一种不需要太快，但是操作成本更低的方式。”

         通过对标准光纤激光切割机 的参数调整， 成功地对磁性材料进行了切割，速度可达10.16m/min。调整的参数包括功率、速度及焦距。辅助气体压力和喷嘴类型也被进行了优化，用以取得最快的切割速度和最清洁的切割工艺。

         光纤激光切割的挑战不在于切割本身，而在于应用。“材料本身的磁性不能被改变，”Bartholomew说道。“因为那将改变不锈钢片跟马达及磁场的相互作用。同样，加工时材料表面的热输入将影响材料的结构，进而影响磁性。” 客户正在测试其性能来确定用光纤激光切割机 切割是否可行。

纯锌成型地板光纤激光切割

         近期进行光纤激光切割机 测试的第三种材料是纯锌板。要求测试的客户用纯锌板制作线框，在制作花纹地板时用来固定瓷砖。切片厚度为6.35mm，宽度为3.175mm，具有复杂的形状。

         通常，水刀用来切割线框但是这种工艺比较慢，大约0.3556 m/min。 用光纤激光切割机 切割锌板时，速度可以达到10.16m/min。

光纤激光切割复合材料的可能性？

         一种客户要求但尚未进行测试的是一种金属和塑料的复合层压材料。“我们还不确定能否顺利切割，”Bartholomew说。“金属部分是没有问题的，但我们不确定夹在金属间的塑料层。激光光束有可能直接穿过，然而塑料需要吸收光束才能被切割。”

         塑料类通常不使用光纤激光，他说到。“出于同样的原因，光纤激光的波长范围特别适合加工金属材料，却不太适合塑料和亚克力。CO2激光切割机的波长正好可以被塑料吸收，所以其在加工塑料时的效果很好。这是光纤激光切割机 和CO2激光切割机的区别之一。但光纤激光也不是没有加工的可能性，我们愿意一试。”

         光纤激光特别适合加工金属材料的原因是其波长只有1.06μm，而CO2激光切割机是10.6μm。前者只有后者的十分之一，所以材料对激光能量的吸收差异显著。

         用光纤激光切割机 切割特殊材料需要熟悉掌握功率、光束质量、辅助气体的类型及压力、喷嘴设计、焦点位置及切割速度等大量知识。优化及平衡这些参数，有时需要我们对机器做一些必要的改装。例如，典型的激光切割头高度传感器只能感应金属材料，所以如果应用中含有非金属元件影响高度传感的性能，可能需要采用其他的高度传感技术。

高反材料加工新方法

         作为一种成熟的工艺，光纤激光切割机 在高反材料中的应用是与CO2激光切割机的又一个显著区别。“如果你用CO2激光切割机切割高反材料，那么无论怎样肯定都是失败的，因为传输至材料的功率或光束都会被反射回来，”Bartholomew说道。“CO2激光切割机的光束路径是由一系列镜片组成的，光束会被反射回谐振腔。大量反射回来功率，会损伤甚至是毁坏谐振腔。所以，你必须通过传感器或者阻止反射光通过的特殊反光元件做一些调整。这很复杂，有点难度。”

         光纤激光切割机则更适合切割各种高反材料。“采用设计合理的传输光纤，”他说道，“如果反射光进入了光纤，光纤就会将其吸收，让它无法达到激光源。高反光束没有机会在光纤中传播回激光源。”

         光纤必须以这种方式设计。Bartholomew提示。“光缆必须设计合理。有些光纤激光切割机 厂商说他们有能够产生相似波长的传输光纤，但是他们用不同的方法传输光束，所使用的元件和谐振腔也不一定是固态的。这种类型的系统，反射光束依然会影响激光器。如果你准备切割高反材料，就要采用全固态、被设计为减少高反问题的光纤激光切割机 ，例如我们选择的IPG光纤激光切割机 。”

对比见真知：光纤激光切割机与CO2激光切割机

         对于用户来说，CO2激光切割机和光纤激光切割机 之间最大的区别就是操作成本。“一台CO2激光切割机的平均运行成本大约为12.50美元/小时，还不包括辅助气体的成本，”Bartholomew说。“这仅是维护和运营成本。而光纤激光切割机 的运行成本仅为3.50美元/小时。”

         “此外，CO2激光切割机在以氮气为辅助气体切割薄板时的速度也不敌光纤激光切割机 ，”Bartholomew表示。“光纤激光切割机 在切割薄板时更具速度优势，这是因为光纤激光在穿过材料时被更好地吸收，因此切割更有效率。对于那些厚度超过6.35mm的材料来说，需要使用氧气辅助切割。此时CO2和光纤激光切割机 的切割速度相似。”

         光纤激光切割机CO2激光切割机成本低的另一个重要原因与维护相关。对于CO2激光切割机来说最大的维护成本来自于谐振腔的定期调整或更换。“对于CO2激光切割机来说，每经过大约12，000小时，你就需要请技术人员，花费2-4万美元去调整谐振腔。而光纤激光切割机 则完全不需要调整谐振腔。”

         操作成本也是CO2激光切割机的明显缺点。Bartholomew提示，激光光束是在谐振腔中产生的，需要许多支持设备产生光束，包括风机、镜片、切割气体和高压设备等。此外，为了将光束传导至切割头进行操作，还需要冷却以及调整光束路径。

         如果换成光纤激光切割机 ， 所有这些成本问题就都不存在了。“ 一台真正的光纤激光切割机是纯固态的， 就像我们所使用的IPG光纤激光切割机 ，生成的激光光束通过光纤传导至切割头，”Bartholomew表示。“以前人们总是认为不能用光纤激光切割机 切割厚板，厚度只能限制在6.35mm以内，”Bartholomew说道。“ 的测试结果证明实际上不是这样的。我们已经用光纤激光切割机 成功切割了19.05mm的厚板，甚至还能用12kW的光纤激光切割机 ，以12.7m/min的速度切割6.35mm的碳钢，比等离子切割还快。”

         有一点需要注意的是光纤激光切割机 的切割头比CO2激光切割机更为复杂。光纤激光切割机 切割头是完全密封的，以防止外界污染。对激光头的维护要求用户密切注意操作流程，清洁材料、清洁方法以及操作环境。尽管可以在机器上更换保护镜片和喷嘴，切割头的拆卸和维护必须要在清洁通风的环境下进行。

         综合考虑光纤激光切割机 的种种优势，Bartholomew感受到了激光行业面临的变革。“目前整个行业正处于过渡阶段。许多激光设备产商对CO2激光切割机中投入了大量成本，所以他们对CO2激光切割机的推广远胜于光纤激光切割机 。同时CO2激光切割机已经推广了很多年，很多公司已经具备了将操作CO2激光切割机使用在许多工艺中的能力。”

         这减缓了光纤激光更加广为人知的速度。“这些公司需要用与传统观念不同的角度看问题，这样他们才能够改变目前的做法，”Bartholomew说道。“有种观点认为应该按照使用CO2 激光器的方式来使用光纤激光切割机 ，但为了能获得最优的光纤激光切割机 加工工艺，你应该尝试一些新方法。”

        大族粤铭激光专业激光设备制造商，产品有激光切割机，光纤激光切割机，激光模切机，紫外激光打标机等。

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