激光器廣泛應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，特別是材料切割領(lǐng)域。然而不同激光器波長的不同，其適合應(yīng)用的領(lǐng)域也截然不同。本實(shí)驗(yàn)采用光纖激光器和CO2射頻激光器對非金屬材料進(jìn)行切割加工，并對加工效果進(jìn)行對比。

光纖激光器采用熱刺激光技術(shù)有限公司FSC1000光纖激光器，CO2射頻激光器采用熱刺激光技術(shù)有限公司R450射頻激光器，其基本參數(shù)如表1所示。

表1激光器基本參數(shù)

2實(shí)驗(yàn)參數(shù)

射頻激光器采用焦距為101.6mm聚焦鏡，最終聚焦光斑約為0.2mm。光纖激光器芯徑為20微米，采用100：150mm準(zhǔn)直、聚焦系統(tǒng)，其聚焦光斑遠(yuǎn)小于射頻激光系統(tǒng)聚焦光斑，為保證對比試驗(yàn)可靠性，切割時(shí)將其離焦至材料表面激光光斑直徑也為0.2mm。

試驗(yàn)中射頻激光器調(diào)制頻率均為5KHz，調(diào)制占空比為55%。光纖激光器占空比均為100%。

試驗(yàn)過程均采用壓縮空氣作為切割輔助氣體。

1實(shí)木板切割

對14.5mm厚實(shí)木板進(jìn)行激光切割，切割參數(shù)如表2所示。

表2激光器基本參數(shù)

切割效果如圖1所示

圖1切割效果對比可發(fā)現(xiàn)，光纖激光器以相同的參數(shù)切割木板時(shí)切割深度較小，且切縫不均勻，受板材紋理密度影響較大：光束移動(dòng)方向平行于木板紋路時(shí)切割深度較大且切縫較窄，光束移動(dòng)方向垂直于木板紋路時(shí)切割深度較小且切縫較寬。射頻激光器切割木板時(shí)切縫均勻，切縫寬度較小，切縫表面輕微氧化，可對木板進(jìn)行高精度加工。射頻激光器切割木板時(shí)木板紋理方向?qū)ζ溆蓄愃朴绊懀汗馐苿?dòng)方向平行于紋理方向時(shí)切割速度較快，垂直于紋理方向時(shí)切割速度較慢，但不同切割方向切縫寬度一致。

光纖激光器切割木板時(shí)，光斑處有明顯的火焰燃燒現(xiàn)象，表明木板對光纖激光的吸收率較低，切割主要依靠高能量密度激光對木板加熱，產(chǎn)生局部高溫燃燒。射頻激光器切割木板時(shí)無明火，表明木板對激光的吸收率極高，光束只作用于光束影響到的位置。

2膠合板切割

對5mm厚膠合板進(jìn)行激光切割，切割參數(shù)如表3所示。

表3激光器基本參數(shù)

切割效果如圖2所示

圖2切割效果對比可以發(fā)現(xiàn)，光纖激光器與射頻激光器膠合板切割現(xiàn)象與實(shí)木板類似。射頻激光器切割端面均勻，割縫較細(xì)，可以達(dá)到良好的切割效果；而光纖激光器切割膠合板，受切割速度、板材紋理等因素影響，切割寬度等影響較大，無法取得良好的切割效果。

3亞克力切割

對10mm厚亞克力板進(jìn)行激光切割，切割參數(shù)如表4所示。

表4激光器基本參數(shù)

切割效果如圖3所示

圖3可以看出，射頻激光器切割亞克力板切割面光滑整齊，割縫較細(xì)，可以達(dá)到良好的切割效果。光纖激光器切割亞克力板，板材表面有較淺的融化痕跡，內(nèi)部局部吸收熱量后材料炸裂，炸裂位置產(chǎn)生黑色的燃燒雜質(zhì)，板材整體無法進(jìn)行切割。

4皮革切割

對1.5mm厚皮革進(jìn)行激光切割，切割參數(shù)如表5所示。

表5激光器基本參數(shù)

切割效果如圖4所示

圖4對比可以看出，射頻切割皮革表面氧化小，具有較好切割質(zhì)量和較小的切縫寬度。且切割速度遠(yuǎn)大于光纖激光器。受機(jī)床限制，其切運(yùn)動(dòng)度無法達(dá)到極限切割速度，高速短焦切割可以得到更小的切縫和完全無氧化的切縫。

3結(jié)論

對于木板、亞克力、皮革等非金屬材料的切割，射頻激光器切割速度和切割質(zhì)量明顯優(yōu)于光纖激光器。

對于CO2激光器在非金屬材料切割上的優(yōu)勢，最普遍的觀點(diǎn)是認(rèn)為1.06μ波長的激光在許多非金屬面前是“透明”的，而10.6μ波長的CO2激光在這些材料面前能夠更多地被吸收。（本文刊登于《激光制造商情》2019年4月刊）