激光切割現(xiàn)在是許多行業(yè)中極為常見的工藝，它不僅適用于金屬，還適用于木材、紙板和陶瓷等多種非金屬材料，可以說激光切割開辟了工業(yè)領(lǐng)域的全新未來，但激光切割到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢？激光切割系統(tǒng)是如何運(yùn)作的呢？

與使用切割工具和動力驅(qū)動設(shè)備的機(jī)械切割和使用加壓水和研磨材料的水射流切割相比，激光切割使用光來完成對物體的切割、雕刻和標(biāo)記。雖然激光切割機(jī)因型號和應(yīng)用的不同會存在一定的差異，但典型的激光切割系統(tǒng)一般包括激光諧振器件、反射鏡、激光切割頭、激光聚焦透鏡、加壓氣體組件和噴嘴。而其基本的激光切割過程包括：光束生成、光束聚焦、局部加熱熔化、材料噴射和光束運(yùn)動。

激光切割系統(tǒng)示意圖

Part 1光束生成

我們都知道激光一詞來源于英文“Laser”，即受激輻射的光放大，從本質(zhì)上講，這個(gè)單詞已經(jīng)總結(jié)了激光產(chǎn)生的基本原理。除了這一原理外，激光諧振腔還采用自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的過程來產(chǎn)生空間和光譜相干的高強(qiáng)度光束——激光。

通過受激輻射放大的光會有一部分穿過諧振腔的而不會反射回介質(zhì)內(nèi)，從而產(chǎn)生初始的激光束，而光束一旦產(chǎn)生就會進(jìn)入激光切割頭內(nèi)，并被內(nèi)部的反射鏡反射到聚焦透鏡中。

Part 2光束聚焦

反射到聚焦透鏡表面的激光束會經(jīng)過聚焦效應(yīng)通過激光切割頭末端的噴嘴入射到工作表面，在這一過程中，光束經(jīng)過聚焦減小了光束的橫截面積，也就是將光束的能量集中到一個(gè)較小的光點(diǎn)上，從而增加了光束的強(qiáng)度。

Part 3局部加熱熔化和材料噴射

當(dāng)聚焦的光束入射到物體材料表面時(shí)，物體表面會吸收光束的輻射能量，增加內(nèi)能并產(chǎn)生熱量，而高功率的激光束便能使物體材料表面的局部區(qū)域發(fā)生加熱、融化以及部分或*蒸發(fā)的現(xiàn)象。從而導(dǎo)致材料表面的局部聚焦區(qū)域被逐漸弱化直至去除形成所需的切口，此時(shí)將輔助氣體（也稱切割氣體）引入激光切割頭并與聚焦光束方向同軸流入到物體材料表面，一方面用于保護(hù)和冷卻聚焦透鏡，另一方面將融化的材料從切口中排出。

激光切割根據(jù)去除機(jī)制不同也被分為不同類型的激光切割系統(tǒng)，主要包括熔融切割、化學(xué)降解切割、蒸發(fā)切割、劃線和氧化切割。

Part 4光束運(yùn)動

一旦物體材料表面開始加熱、融化或蒸發(fā)，光束就需要移動到物體表面其他區(qū)域以產(chǎn)生完整的切割，這一過程一般通過調(diào)整反射鏡、控制激光切割頭或者操縱物體位置來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)光束運(yùn)動的方式可以將其分為：物體移動、飛行光學(xué)和混合激光切割系統(tǒng)。

物體移動：簡單的移動方式，通過機(jī)床的移動部件控制加工物體移動，這種方式要求激光切割頭與物體表面有一定的距離且要求光學(xué)部件數(shù)量較少。

飛行光學(xué)：具有可移動的激光刀頭和固定的目標(biāo)物體。通控制激光切割頭在X軸和Y軸上的移動對靜止的物體材料進(jìn)行必要的切割。飛行光學(xué)系統(tǒng)的靈活性適用于切割厚度和尺寸可變的材料，并允許更快的加工時(shí)間。但是，由于光束不斷移動，因此在整個(gè)過程中必須考慮不斷變化的光束長度。光束長度的變化可以通過準(zhǔn)直（光學(xué)元件的對準(zhǔn)）、使用恒定光束長度軸或采用能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行必要調(diào)整的自適應(yīng)光學(xué)元件或電容式高度控制系統(tǒng)來控制。

混合：混合激光切割系統(tǒng)結(jié)合了物體移動和飛行光學(xué)的特性。這種系統(tǒng)一般具有一個(gè)在X上移動的物體材料工作臺和在另一個(gè)Y上移動的激光切割頭。與飛行光學(xué)系統(tǒng)相比，混合系統(tǒng)的光束傳輸一致性更強(qiáng)，且功率損耗更低。

總之，激光切割是一種非接觸式、基于熱的制造工藝，它使用聚焦的高功率激光束將材料切割成定制和設(shè)計(jì)的形狀，適用于多種材料，包括金屬、塑料、木材、寶石、玻璃和紙張。如今，激光切割已發(fā)展成為世界各地工業(yè)中用和的工藝之一，其廣泛的應(yīng)用已經(jīng)包括了電子、半導(dǎo)體以及汽車等多種領(lǐng)域范圍，未來必將繼續(xù)全新制造工藝的潮流。