隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光加工越來越常見，激光切割作為一種加工手段廣泛應(yīng)用于各種金屬及非金屬的材料的加工中。采用傳統(tǒng)的剪床、沖床、線切割、等離子切割、火焰切割、水切割、電化學(xué)腐蝕等加工方式，會(huì)存在變形大，精度差，耗材昂貴，不環(huán)保，柔性化程度低等問題。采用激光切割可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中更節(jié)能環(huán)保。

根據(jù)行業(yè)信息反饋市場(chǎng)上對(duì)高反材料特別是銅、鋁及其合金的激光切割需求日趨旺盛。對(duì)此類材料的加工精度和加工速度要求越來越高，對(duì)激光切割的穩(wěn)定性要求更高。而銅、鋁及其合金由于自身的一些特性造成激光切割不易加工。正業(yè)激光始終堅(jiān)持激光工藝的研發(fā)和探索，針對(duì)客戶對(duì)于銅、鋁合金切割的需求，通過不懈努力攻克了這一難題，為客戶提供了全面的銅、鋁合金精密激光加工解決方案。

激光切割原理

激光切割有兩種方式，一種是采用切割頭切割的方式，另一種是采用激光振鏡切割的方式。

切割頭切割方式如圖1中A所示，激光光束經(jīng)過聚焦鏡聚焦在加工工件上，高功率密度激光束使被照射的工件局部材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)高速輔助氣體與光束同軸吹出，將熔融物質(zhì)吹開，激光切割頭與工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)材料的切割。切割頭切割方式適合切割0.15mm以上厚度的材料。

激光振鏡切割的方式如圖1中B所示, 激光光束經(jīng)過振鏡反射、F-θ透鏡聚焦后，照射在加工工件上，高功率密度激光束使被照射的工件局部材料迅速熔化、汽化，將材料穿透，振鏡電機(jī)帶動(dòng)振鏡旋轉(zhuǎn)，聚焦光斑在材料上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。振鏡的切割方式適合切極薄的材料，例如電池行業(yè)用的銅箔、鋁箔。

A切割頭切割原理       B振鏡切割原理

圖1 激光切割原理

加工激光波長(zhǎng)的選擇

銅、鋁具有合金具有高反射率的特點(diǎn)，對(duì)激光的吸收率極低，同時(shí)還有良好的導(dǎo)熱性能。激光照射在此類材料上，大部分能量會(huì)被反射出去，同時(shí)還會(huì)迅速的將被照射部分的熱量傳遞到周圍。造成了銅、鋁合金材料激光切割極其困難，甚至不能被加工。下圖2為材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收率比較。

　　圖2 材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光吸收率比較

通過上圖的比較可以發(fā)現(xiàn)，銅鋁材料對(duì)10μm波長(zhǎng)附近的激光吸收率極低，因此10.6μm波長(zhǎng)的CO2激光不易切割此類材料。事實(shí)上大部分高功率的CO2激光反射鏡材質(zhì)是銅，正是利用了銅的高反射率及高導(dǎo)熱性。如果采用較高功率的CO2激光，鋁及其合金能夠進(jìn)行加工，但是加工質(zhì)量和效率較低。

在355nm及532nm波長(zhǎng)附近的激光銅、鋁的吸收率都很高，但此類激光器的功率較低，造成了激光切割速度較低，不能加工較厚的材料，如果加工極薄的銅箔鋁箔，加工效果好,但成本較高。

YAG激光的波長(zhǎng)為1064nm，銅、鋁的吸收率比CO2激光高，加工效率較高，但是YAG激光器需要經(jīng)常的進(jìn)行停機(jī)維護(hù)，更換易損的配件，光電轉(zhuǎn)換效率低，能耗高，需要較高的維護(hù)成本。

光纖激光的波長(zhǎng)為1070nm，銅鋁的吸收比CO2激光高，同時(shí)光纖激光器的輸出功率越來越高，且光纖激光器免維護(hù)，光電轉(zhuǎn)換效率高，較為節(jié)能，因此光纖激光成了銅、鋁合金的激光切割的最優(yōu)選擇。

激光加工銅鋁合金的優(yōu)勢(shì)

極薄的銅、鋁合金材料，厚度在0.15mm以下可以采用振鏡切割的方式，厚度稍大的可以采用切割頭切割的方式來加工。

加工的材料極薄時(shí)，例如鋰電行業(yè)用的電極，適宜使用較低功率的脈沖光纖激光器，可以使用振鏡的加工方式。激光器發(fā)出的激光經(jīng)過兩個(gè)振鏡反射，F(xiàn)-θ透鏡的聚焦，匯聚在材料表面。脈沖激光器的峰值功率極高，工件表面吸收高能量的激光后溫度急劇上升至沸點(diǎn)以上，部分材料以蒸汽的形式逸出，部分材料以液態(tài)形式噴出。兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)振鏡偏轉(zhuǎn)，激光的匯聚位置隨之移動(dòng)，將材料切開。

脈沖光纖激光器可以有效的消除激光后返引起的激光器不穩(wěn)定的問題，可以高效穩(wěn)定的對(duì)材料進(jìn)行加工。正業(yè)激光采用振鏡方式加工極薄的銅/鋁合金材料有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、 加工速度快，振鏡負(fù)載輕，可以快速轉(zhuǎn)動(dòng)，加工復(fù)雜圖形效率高；
2、 可以實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷加工，在線加工；
3、 加工后邊緣平整，熱影響極??；
4、 可以實(shí)現(xiàn)柔性加工，更改切割樣式只需更改加工圖形；
5、 只需消耗少量電能，無需其他耗材。

稍厚的銅/鋁合金材料可以采用切割頭切方式。光纖激光經(jīng)過聚焦鏡聚焦，高能量密度的激光照射在工件上，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。工件表面吸收部分激光能量后溫度急劇升高，材料熔化、氣化，產(chǎn)生黑洞效應(yīng)，使材料吸收率提高，更迅速的加熱切割區(qū)材料，使更多的材料融化、氣化，同時(shí)同軸吹出的氣體將融化、氣化的材料吹走，直至材料被激光穿透，形成穿孔。數(shù)控系統(tǒng)控制激光切割頭與工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)激光仍然與材料相互作用，持續(xù)將工件切割，直至工件完成加工。

在激光照射在工件表面還未融化材料或切割行進(jìn)過程中，部分激光會(huì)被工件反射，沿光路反射回激光器內(nèi)部，引起激光器的功率不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致激光器損壞。造成激光切割中斷，無法正常加工。

正業(yè)激光通過以下幾個(gè)方法解決了上述問題。

1、選擇帶有防背反功能的激光器，激光反射會(huì)激光器時(shí)，反射的激光會(huì)被吸收掉，防止進(jìn)入激光器諧振腔，從而保護(hù)了激光器的正常工作。
2、 采用特殊工藝，防止激光沿光路返回激光器。
3、 采用特殊工藝，加大材料的吸收率，加速激光穿孔與激光切割的過程。

正業(yè)激光采用特殊的工藝方法后切割銅鋁合金材料的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、 加工產(chǎn)品精度高，設(shè)備采用天然花崗巖基座，高精度導(dǎo)軌保證了加工精度；
2、 專用的數(shù)控系統(tǒng)，直線電機(jī)，加工速度快；
3、 無接觸式加工，產(chǎn)品平整度好；
4、 切割斷面質(zhì)量高，無需后續(xù)處理；
5、 切割縫寬窄，消耗材料少；
6、 可以實(shí)現(xiàn)柔性加工，更改切割樣式只需更改加工圖形；
7、 全封閉式光路，加工質(zhì)量穩(wěn)定，減少停機(jī)維護(hù)時(shí)間；
8、 光纖激光器光電轉(zhuǎn)換效率高，能耗少。

　　圖3銅合金激光切割

　　
圖4鋁合金激光切割

現(xiàn)在正業(yè)激光可以為客戶提供成熟的激光加工銅、鋁合金解決方案，研發(fā)的設(shè)備可以加工各種精密的金屬鈑金零部件。各種高反材料，包括銅、鋁合金都可以高效的進(jìn)行優(yōu)質(zhì)激光加工。