簡單地說，臺數控(CNC)激光切割機使用相干光束切割材料，材料通常為金屬板材，但也包括木材、金剛石、玻璃、塑料和硅材料。

　　從廣義上講，激光切割可分為兩種類型：激光熔化切割和激光燒蝕切割。激光熔化切割是先在定范圍內熔化材料，并使用高壓氣流將熔融材料排出，形成個開放的切口。相比之下，激光燒蝕切割采用脈沖激光逐層去除材料，它像鑿子樣，只在微觀尺度內用激光進行加工，這種方法讓材料蒸發，而不是熔化。

　　鑒于激光熔化切割在金屬板材切割中的優勢，我們將重點研究激光熔化切割技術。
 

　　光纖激光器 VS CO2激光器

　　兩種常見的激光切割機類型是：光纖激光切割機和CO2激光切割機。

　　CO2激光器通常使用電磁激勵氣體(通常為二氧化碳、氮氣和氫氣、氙氣或氦氣的混合物)作為活性激光介質。相反，光纖激光器(是種固體激光器)則使用摻有稀土元素(如鉺、鐿、釹或鏑)的光纖作為工作物質。

　　“大約從2010年或2011開始，光纖激光器的銷售額大約占據了所有激光器銷售額的5%-10%，”AMADA AMERICA公司激光部門產品經理Dustin Diehl說，“在次之前，光纖激光器的銷售份額也基本接近這個比例，但它們并未獲得太多關注，當時人們對這項技術并不熟悉。隨著客戶開始對光纖激光器給出了滿意的使用反饋，這時候你才真正開始看到光纖激光器的銷售額開始飆升了。到2017年，我們超過90%的切割機銷售額來自光纖激光切割機。”

　　關于光纖激光器將要在市場上完全取代CO2激光器的猜測，可以追溯到些早的光纖激光器系統。在過去的十多年間，人們的問題已經發生轉變：已經從“所謂的面向特定市場的激光切割機是否可能擁有比預期更大的市場?”轉向了“光纖激光器能完全取代CO2激光器嗎?”

　　即使在很多專家那里，這也是個有爭議的話題。

　　“光纖激光器替代CO2激光器的趨勢將會繼續，”Bystronic公司激光切割產品經理Erich Buholzer說，“潛在地，CO2激光器將會被完全取代。如果是這種情況，隨著光纖激光技術的進步發展，這種完全取代將發生在本世紀中期。目前，CO2激光器仍然具有些獨特的優勢，例如在厚板材切割方面擁有更好的邊緣質量和更小的毛刺。”

　　Diehl的觀點則更加謹慎，但他仍對光纖激光器的前景持樂觀態度：“光纖激光器會取代CO2激光器嗎?我不想對此作出大膽的聲明，因為可能有些應用還是要用CO2激光器，當然我們能用光纖激光器來做的事越來越多，由此我們也發現，沒有什么是光纖激光器不能做的，而CO2激光器能做的。”
 

　　CO2激光器和光纖激光器光束模式對比
 

　　Diehl并不同意Buholzer對光纖激光器在厚材料加工方面的性能評價。

　　“CO2激光器在厚板材切割中擁有更好的‘切割邊緣’，這可能是個古老的誤解，當然這里我們在光纖激光器中談論的‘古老’，可能也就是幾年前的事。”Diehl說，“當光纖激光器首次問世時，這確實是個值得關注的問題，因為當時確實沒有任何技術能讓光纖激光器獲得像CO2激光器那樣的邊緣切割質量。但是今天，我們已經可以用光纖激光器獲得類似的邊緣切割質量，即使是切割更厚的材料。”

　　IPG Photonics公司的Sarrafi對光纖激光器的前景更為樂觀：“由于近幾年取得的所有發展，我預計固態激光器，特別是光纖激光器將會在金屬板材切割應用中完全取代CO2激光器。如果你去逛逛像FABTECH這樣的展會，你就會發現，光纖激光器已經在金屬切割領域占據了主導地位。”

　　激光切割的材料

　　正如前文提到的，CNC激光切割機已經在各行各業中用于廣泛的材料切割。由于切割金屬板材是為常見的應用，因此值得關注其所涉及的特殊性。例如，反射率和表面厚度就是兩個重要的考慮因素。
 

　　“反射率是考慮種材料是否能被切割的主要因素，并且所使用的激光技術(例如CO2激光器與光纖激光器)也會有很大的影響，”Buholzer說，“大切割厚度取決于各種因素，包括激光功率及其應用方式。”

　　關于反射的問題，Sarrafi補充說：“現代光纖激光器如果具備足夠高的功率和足夠小的光斑尺寸，那么它們已被證明能夠切割所有的反射性材料。”他說，“這是個關于高峰值功率和光學設置的問題。因此，反射率已經不再是什么大問題了。”

　　的確，光纖激光器的發展已經讓激光能切割的金屬材料有了更多選擇，包括銅、黃銅鈦和其他CO2激光器不適合切割的合金材料。然而，盡管取得了這些進展，但材料厚度仍然對激光切割提出了重大限制。

　　Diehl說：“般來說，在激光的中，切割厚度為1英寸的低碳鋼已經是上限。若要切割厚度為1.5英寸或2英寸的板材，可能會有比激光更好的工具來完成這項工作了。”

　　激光切割中的常見錯誤
 

　　與任何新工藝樣，激光切割也有條學習曲線。如果你具備使用其他XY軸切割工藝的經驗，例如等離子切割，那么臺CNC激光切割機對你來說應該是比較熟悉的。然而，這里仍然有些新用戶應該注意避免的錯誤要提醒大家。

　　Sarrafi特別指出了兩個常見的錯誤。

　　“我看到客戶有時會忽略工具分辨率或切口寬度，錯誤地假設激光切割能實現無限窄的切割線。”Sarrafi指出，“然而事實情況并非如此，盡管激光切割能實現的切口比其他工藝更窄。典型的切口寬度范圍通常為30~300μm，這取決于激光功率、光學設置和切割過程。切口寬度是需要在設計中考慮到的點。”

　　另個常見的錯誤是使用微型接頭來支撐小零件，這被稱為"tabbing"。

　　“激光切割使用高壓氣體(氮氣切割為5~25巴)，因此，需要切割的零件要么由自身的重量支撐，如果零件厚度超過2~3mm并且尺寸相對較大的話，這種方法沒問題;但是對于薄而小的零件，為了抵抗氣流的壓力，需要對它們進行固定。”Sarrafi說，“這些微接頭非常小，寬度在0.2~0.4mm，所以它們很容易在后處理中斷裂，但有時必須要用它們將零件連接到框架上，以保證零件不會被吹走。”
 

　　高效激光切割的要領
 

　　關于激光切割有個普遍的誤解，就是效率只是激光功率的問題。這種誤解部分源于CO2系統的遺留問題，但是光纖激光技術的快速發展，使得切割效率不僅僅與激光功率有關。“雖然原始切割功率正在增加，但仍需要考慮其他因素。”Buholzer說，“從技術上來講，特別是對于薄材料切割而言，為了充分利用額外的切割功率，也需要增加機械動力學方面的靈活性(加速/減速)。”加速和減速是限制切割效率的個主要因素。

　　即使將切割速度翻倍，也不定就能實現加工周期的等效縮短，因為加工周期主要取決于被切割零件的幾何形狀，正如Sarrafi解釋的：“盡管能夠實現非常高的切割速度，比如每分鐘2000英寸或每秒1英寸，但是對于具有復雜特征的小于2英寸或更小零件的切割周期，其主要限制因素是加速度而不是速度。因為在開啟全速切割之前，必須要將切割頭移動到另個地方。”

　　從另個方面來看，對于大型零件或是形狀不復雜的零件，則能充分享受激光切割的高速優勢，因為在這種情況下，加速和減速并不是效率的主要限制因素。“你真正需要的是個很好的光束傳輸系統來處理需要傳輸的功率，包括鏡頭和切割頭等。”Diehl指出。