工藝概述
早在上世紀70年代,激光就被首次應用于切割加工。進入本世紀以來,伴随着第三代激光技術光纖激光器的興起和普及,激光切割被廣泛應用于钣金、塑料、玻璃、陶瓷、半導體等材料加工。三十多年來，由于應用領域的不斷擴大，激光切割機不斷改進，國際國内已有多家企業從事生産各種激光切割機以滿足市場的需求，有二維平闆切割機、三維空間曲線切割機、管子切割機等。國外知名企業有德國Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亞HGLaserLab公司等。
激光切割設備可切割4mm以下的不鏽鋼，在激光束中加氧氣可切割8～10mm厚的不鏽鋼，但加氧切割後會在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到16mm，但切割部件的尺寸誤差較大。
激光切割設備的價格相當貴，約150美元以上。但是，由于降低了後續工藝處理的成本，所以，在大生産中采用這種設備還是可行的。由于沒有刀具加工成本，所以激光切割設備也适用生産小批量的原先不能加工的各種尺寸的部件。激光切割設備通常采用計算機化數字控制技術（CNC）裝置，采用該裝置後，就可以利用電話線從計算機輔助設計（CAD）工作站來接受切割數據。
激光切割技術比其他方法的明顯優點是：
（1）切割質量好。切口寬度窄（一般為0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距誤差0.1--0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5--25μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。
（2）切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不鏽鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區小，變形極小。
（3）清潔、安全、無污染。大大改善了操作人員的工作環境。當然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優點足以證明：CO2激光切割已經和正在取代一部分傳統的切割工藝方法，特别是各種非金屬材料的切割。它是發展迅速，日益廣，的一種先進加工方法。
激光切割機以其高效率、高精度、高柔性等顯著優勢，在工業機械各行業被迅速廣泛采用，也受到越來越多行業應用人士的關注。九十年代以來，由于中國社會主義市場經濟的發展，企業間競争激烈，每個企業必須根據自身條件正确選擇某些先進制造技術以提高産品質量和生産效率。因此CO2激光切割技術在中國獲得了較快的發展。
工藝分類
激光切割工藝技術可以分為以下幾類：
汽化激光切割。
在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。
汽化切割過程中，蒸汽随身帶走熔化質點和沖刷碎屑，形成孔洞。汽化過程中，大約40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅除的。
熔化切割。
當入射的激光束功率密度超過某一值後，光束照射點處材料内部開媽蒸發，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它将作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然後，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。随着工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續沿着這條縫的前沿照射，熔化材料持續或脈動地從縫内被吹走。
氧化熔化切割。
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而産生另一熱源，稱為氧化熔化切割。具體描述如下：
（1）材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點溫度，随之與氧氣發生激烈的燃燒反應，放出大量熱量。在此熱量作用下，材料内部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。
（2）燃燒物質轉移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢也對燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高，燃燒化學反應和去除熔渣的速度也越快。當然，氧氣流速不是越高越好，因為流速過快會導緻切縫出口處反應産物即金屬氧化物的快速冷卻，這對切割質量也是不利的。
（3）顯然，氧化熔化切割過程存在着兩個熱源，即激光照射能和氧與金屬化學反應産生的熱能。據估計，切割鋼時，氧化反應放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。很明顯，與惰性氣體比較，使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。
（4）在擁有兩個熱源的氧化熔化切割過程中，如果氧的燃燒速度高于激光束的移動速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。
控制斷裂切割。
對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要内容是：激光束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導緻材料形成裂縫。隻要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向産生。
要注意的是，這種控制斷裂切割不适合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控制斷裂切割速度快，不需要太高的功率，否則會引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。其主要控制參數是激光功率和光斑尺寸大小。
工藝原理
激光切割利用激光束作為熱源的熱切割，工作原理與激光焊相似。激光切割的溫度超過11000℃，足以使任何材料氣化，因此在激光切割時，除熔化外，氣化也起着重要的作用。有些材料（例如碳和某些陶瓷）的激光切割過程則純屬氣化過程。金屬的激光切割多采用大功率二氧化碳連續激光器。
切割時，噴射惰性氣體流，吹除切口熔化金屬，可使切口光潔平直；噴射氧氣流可提高切割速度。激光切割的切口細窄、尺寸精确、表面光潔，質量優于任何其他熱切割方法。幾乎所有的金屬材料都可以用激光切割，可切割的厚度從幾微米的箔片至50毫米的闆材。
激光切割設備投資很高，主要用于12毫米以下各種厚度的不鏽鋼、钛和钛合金、難熔金屬和貴重金屬的精密切割，也可用于塑料、木材、布匹、石墨和陶瓷等非金屬材料的切割，如木材加工業已用激光切割膠合闆、刨花闆，服裝行業用以大量裁剪衣料。另外，激光切割還适合于某些特殊用途，如寶石軸承打孔、外科醫生用激光作為手術刀等。
激光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特别是對于切割精度較高或厚度較大的零件，必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：1、焦點位置控制技術：激光切割的優點之一是光束的能量密度高，一般10W/cm2。由于能量密度與4/πd2成正比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便産生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。
聚焦透鏡焦深越小，焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺，透鏡離工件太近容易将透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質量的切割，有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼，焦深為焦距的+2%範圍内，即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素，原則上6mm的金屬材料，焦點在表面上；6mm的碳鋼，焦點在表面之上；6mm的不鏽鋼，焦點在表面之下。具體尺寸由實驗确定。
為進一步提高激光切割速度，可根據空氣動力學原理，在提高噴嘴壓力的前提下不産生正激波，設計制造一種縮放型噴嘴，即拉伐爾（Laval）噴嘴。
激光器切割技術正在中國工業生産中得到越來越多的應用，國外正研究開發更高切割速度和更厚鋼闆的切割技術與裝置。為了滿足工業生産對質量和生産效率越來越高的要求，必須重視解決各種關鍵技術及執行質量标準，以使這一新技術在中國獲得更廣泛的應用。
技術參數
專用的裝置
減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化，國内外激光切割系統的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：
（1）平行光管。這是一種常用的方法，即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理，擴束後的光束直徑變大，發散角變小，使在切割工作範圍内近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一緻。
（2）在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到材料表面距離（standoff）的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作台移動或光軸移動時，光束從近端到遠端F軸也同時移動，使光束聚焦後光斑直徑在整個加工區域内保持一緻。
（3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
（4）飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路系統。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短；反之當切割近端光程減小時，使補償光路增加，以保持光程長度一緻。
切割穿孔技術
任何一種熱切割技術，除少數情況可以從闆邊緣開始外，一般都必須在闆上穿一小孔。早先在激光沖壓複合機上是用沖頭先沖出一孔，然後再用激光從小孔處開始進行切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法：
（1）爆破穿孔：(Blastdrilling)，材料經連續激光的照射後在中心形成一凹坑，然後由與激光束同軸的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與闆厚有關，爆破穿孔平均直徑為闆厚的一半，因此對較厚的闆爆破穿孔孔徑較大，且不圓，不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管），隻能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同，飛濺較大。
（2）脈沖穿孔：（Pulsedrilling）采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化，常用空氣或氮氣作為輔助氣體，以減少因放熱氧化使孔擴展，氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光隻産生小的微粒噴射，逐步深入，因此厚闆穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成，立即将輔助氣體換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小，其穿孔質量優于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應具有較高的輸出功率；更重要的時光束的時間和空間特性，因此一般橫流CO2激光器不能适應激光切割的要求。
此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統，以實現氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下，為了獲得高質量的切口，從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續切割的過渡技術應以重視。從理論上講通常可改變加速段的切割條件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等，但實際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大。
噴嘴設計及氣流控制技術
激光切割鋼材時，氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處，從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應；同時又有足夠的動量将熔融材料噴射吹出。因此除光束的質量及其控制直接影響切割質量外，噴嘴的設計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。激光切割用的噴嘴采用簡單的結構，即一錐形孔帶端部小圓孔。
通常用實驗和誤差方法進行設計。由于噴嘴一般用紫銅制造，體積較小，是易損零件，需經常更換，因此不進行流體力學計算與分析。在使用時從噴嘴側面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體，稱噴嘴壓力，從噴嘴出口噴出，經一定距離到達工件表面，其壓力稱切割壓力Pc，最後氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，氣流流速增加，Pc也不斷增加。
對于不同的氣體有不同的壓力阈值，當噴嘴壓力超過此值時，氣流為正常斜激波，氣流速從亞音速向超音速過渡。此阈值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關：如氧氣、空氣的n=5，因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變為正激波，切割壓力Pc下降，氣流速度減低，并在工件表面形成渦流，削弱了氣流去除熔融材料的作用，影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴，其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。
應用領域
适合采用激光切割的産品大體上可歸納為三類：
第一類：從技術經濟角度不宜制造模具的金屬钣金件，特别是輪廓形狀複雜，批量不大,一般厚度；12mm的低碳鋼、6mm厚的不鏽鋼，以節省制造模具的成本與周期。已采用的典型産品有：自動電梯結構件、升降電梯面闆、機床及糧食機械外罩、各種電氣櫃、開關櫃、紡織機械零件、工程機械結構件、大電機矽鋼片等。
第二類：裝飾、廣告、服務行業用的不鏽鋼（一般厚度3mm）或非金屬材料（一般厚度20mm）的圖案、标記、字體等。如藝術照相冊的圖案，公司、單位、賓館、商場的标記，車站、碼頭、公共場所的中英文字體。
第三類：要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應用的典型零件是包裝印刷行業用的模切版，它要求在20mm厚的木模闆上切出縫寬為0.7~0.8mm的槽，然後在槽中鑲嵌刀片。使用時裝在模切機上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國内近年來應用的一個新領域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進入抽油泵，在壁厚為6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能0.3mm，切割技術難度大，已有不少單位投入生産。
國外除上述應用外，還在不斷擴展其應用領域。
（1）采用三維激光切割系統或配置工業機器人，切割空間曲線，開發各種三維切割軟件，以加快從畫圖到切割零件的過程。
（2）為了提高生産效率，研究開發各種專用切割系統，材料輸送系統，直線電機驅動系統等，切割系統的切割速度已超過100m/min。
（3）為擴展工程機械、造船工業等的應用，切割低碳鋼厚度已超過30mm，并特别注意研究用氮氣切割低碳鋼的工藝技術，以提高切割厚闆的切口質量。因此中國擴大CO2激光切割的工業應用領域，解決新的應用中一些技術難題仍然是工程技術人員的重要課題。
市場模式轉變
激光切割加工是指采用激光設備來給産品進行加工，這種模式是針對那種初入激光行業，并且小型的加工戶，然而這種模式在現今的社會都不提倡了，因為激光設備的價格不再是那種高高在上的設備了，完美的技術發展，優良的加工精細，使得現今的激光設備不再是那樣的昂貴，因為它們的設備有針對行業性的，這樣能夠省去了以往那種高貴的大功率設備加工，現今的小功率設備也能進行加工了，這讓這些想購買激光切割機的加工不在需要借用他人的設備進行加工了，激光切割加工模式逐漸被取代了，這是必然性。
選購技巧
1、先要弄清楚自己企業的生産範圍、加工材料和切割多大厚度等，從而确定要采購的設備的機型、幅面和數量，為後期的采購工作做簡單的鋪墊。激光切割機應用領域涉及手機、電腦、钣金加工、金屬加工、電子、印刷、包裝、皮革、服裝、工業面料、廣告、工藝、家具、裝飾、醫療器械等衆多行業。市面上主流的是3015和2513，即3米乘以1.5米和2.5米乘以1.3，但是幅面這個其實不是問題，一般公司都會配有很多種幅面供客戶選擇，可以定做。
2、專業人員進行現場模拟解決或提供解決方案，同時也可以拿自己的材料到廠家進打樣。
1）切割縫細：激光切割的割縫一般在0.10mm-0.20mm。
2）切割面光滑：激光切割的切割面有無毛刺法；一般來說，YAG激光切割機多少都有點毛刺，主要由切割厚度和使用氣體來決定的。一般3mm以下是沒有毛刺的，氣體是氮氣效果最好，氧氣效果其次，空氣效果最差。光纖激光切割機毛刺最少或沒有，切割面非常光滑，速度也很快。
3）看材料的變形：材料的變形非常小。
4）功率的大小：比如工廠多數都是切割6mm以下的金屬闆材，就沒必要買大功率的激光切割機，500W的光纖激光切割機即可滿足生産需求，如果生産量較大，擔心500W效率不如大功率激光切割機，最好的選擇是購買兩台或者更多的中小功率的激光切割機，這樣在控制成本上，提高效益上對廠家都有幫助。
5）激光切割的核心部位：激光器和激光頭，是進口的還是國産的，進口激光器一般的用的IPG的較多，國産的一般是銳科的較多，同時，激光切割的其它配件也要注意，如電機是不是進口伺服電機，導軌，床身等等，因為它們在一定程度上影響着機器的切割精度。特别需要注意的一點是激光切割機的冷卻系統——冷卻櫃，很多公司直接用家用空調來冷卻，那樣的效果其實大家都清楚，非常不好，最好的辦法是使用工業專用空調，專機專用，才能達到最好效果。
3、任何一台設備在使用過程中都會出現不同程度的損壞，那麼在損壞後進行維修而言，維修是否及時與收費高低也就成為了需要考慮的問題。所以在購買是要通過多種渠道了解企業的售後服務問題了，比如說維修收費是否合理等等。
