射频CO2激光器与光纤激光器 切割非金属材料对比实验

来源:热刺激光    关键词:CO2激光器, 实验, 光纤激光器,    发布时间:2019-05-21

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实验目的


激光器广泛应用于材料加工领域,特别是材料切割领域。然而不同激光器波长的不同,其适合应用的领域也截然不同。本实验采用光纤激光器和CO2射频激光器对非金属材料进行切割加工,并对加工效果进行对比。


光纤激光器采用热刺激光技术有限公司FSC1000光纤激光器,CO2射频激光器采用热刺激光技术有限公司R450射频激光器,其基本参数如表1所示。


表1激光器基本参数


2实验参数


射频激光器采用焦距为101.6mm聚焦镜,最终聚焦光斑约为0.2mm。光纤激光器芯径为20微米,采用100:150mm准直、聚焦系统,其聚焦光斑远小于射频激光系统聚焦光斑,为保证对比试验可靠性,切割时将其离焦至材料表面激光光斑?#26412;?#20063;为0.2mm。


试验中射频激光器调制频?#31034;?#20026;5KHz,调制占空比为55%。光纤激光器占空比均为100%。


试验过程均采用压缩空气作为切割辅助气体。

1实木板切割

对14.5mm厚实木板进行激光切割,切割参数如表2所示。


表2激光器基本参数

切割效果如图1所示


 

图1切割效果对比可发现,光纤激光器以相同的参数切割木板时切割深度较小,且切缝不均匀,受板材纹理密度影响较大:光束移动方向平行于木板纹路时切割深度较大且切缝较窄,光束移动方向垂直于木板纹路时切割深度较小且切缝较宽。射频激光器切割木板时切缝均匀,切缝宽度较小,切缝表面轻微氧化,可对木板进行高精度加工。射频激光器切割木板时木板纹理方向对其有类似影响:光束移动方向平行于纹理方向时切割速度较快,垂直于纹理方向时切割速度较慢,但不同切割方向切缝宽度一致。


光纤激光器切割木板时,光斑处有明显的火焰燃烧现象,表明木板对光纤激光的吸收?#24335;系停?#20999;割主要依靠高能量密度激光对木板加热,产生局部高温燃烧。射频激光器切割木板时无明火,表明木板对激光的吸收率极高,光束只作用于光束影响到的位置。


2胶合板切割

对5mm厚胶合板进行激光切割,切割参数如表3所示。


表3激光器基本参数

切割效果如图2所示


 

图2切割效果对比可以发现,光纤激光器与射频激光器胶合板切割现象与实木板类似。射频激光器切割端面均匀,割缝较细,可以达到良好的切割效果;而光纤激光器切割胶合板,受切割速度、板材纹理等因素影响,切割宽度等影响较大,无法取得良好的切割效果。


3亚克力切割

对10mm厚亚克力板进行激光切割,切割参数如表4所示。


表4激光器基本参数

切割效果如图3所示


 

图3可以看出,射频激光器切割亚克力板切割面光滑整齐,割缝较细,可以达到良好的切割效果。光纤激光器切割亚克力板,板材表面有较浅的融化痕迹,内部局部吸收热量后材料炸裂,炸裂位置产生黑色的燃烧杂质,板材整体无法进行切割。


4皮革切割

对1.5mm厚皮革进行激光切割,切割参数如表5所示。


表5激光器基本参数


切割效果如图4所示

 

图4对比可以看出,射频切割皮革表面氧化小,具有较好切割质量和较小的切缝宽度。且切割速度远大于光纤激光器。受机床限制,其切运动度无法达到极限切割速度,高速短焦切割可以得到更小的切缝和完全无氧化的切缝。


3结论


对于木板、亚克力、皮革等非金属材料的切割,射频激光器切割速度和切割质量明显优于光纤激光器。


对于CO2激光器在非金属材料切割上的优势,最普遍的观点是认为1.06μ波长的激光在许多非金属面前是“透明”的,而10.6μ波长的CO2激光在这些材料面前能够更多地被吸收。(本?#30446;?#30331;于《激光制造商情》2019年4月刊)


来源:?#26412;?#28909;刺激光技术有限公司

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