led雷射切割原理 相關
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- 工作原理是透過光學系統引導高功率雷射的輸出。 雷射光切割採用的雷射光是可控的單色光，強度高，能量密度大，透過光學系統聚焦可以產生巨大的功率密度。 雷射光學和CNC（電腦數值控制）被用來引導雷射光束至材料表面，使高能雷射束照射在工件的被加工的地方来完成加工。
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雷射切割. 燒蝕加工是藉由在極短的時間內將雷射能量集中在微小的區域，使固體昇華、蒸發的加工方法。 隱形切割 TM 加工. 隱形切割係將雷射聚光於工件内部，在工件内部形成變質層，通過擴展膠膜分割晶粒的切割法. 利用雷射進行藍寶石加工. 高亮度LED的應用範圍開始逐漸擴展，除行動電話之外，還可用於液晶電視的背光源，汽車前照燈，照明設備等，預計將出現中長期的市場擴大。 對於高亮度LED所採用的藍寶石，原有的主流加工方法是使用鑽石劃片機等進行裂片。 但是，隨著市場的擴大，對提高生產率，成品合格率的需求高漲，雷射加工快速普及，在高亮度LED用藍寶石加工中逐漸成為主流製程。 此次，將為您介紹使用迪思科公司的雷射切割機進行的藍寶石加工。 DBG + DAF雷射切割.
- 燒蝕加工
在燒蝕加工中，藉由調整雷射加工的深度，可以實現「開槽」 ...
- 燒蝕加工
雷射和普通光大為不同。在此說明雷射原理、各波長不同的特性。「雷射刻印學堂」是學習雷射原理／種類與刻印／加工用途等雷射刻印活用資訊的網頁。由株式會社KEYENCE經營。
- 概觀
- 基本介紹
- 簡介
- 原理
- 主要工藝
- 關鍵技術
- 組成部分
- 套用對比
- 光路補償措施
- 操作細節
雷射切割機是將從雷射器發射出的雷射，經光路系統，聚焦成高功率密度的雷射束。雷射束照射到工件表面，使工件達到熔點或沸點，同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。
隨著光束與工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫，從而達到切割的目的。
與傳統的氧乙炔、等離子等切割工藝相比，雷射切割速度快、切縫窄、熱影響區小、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑，同時可雷射切割的材料種類多，包括碳鋼、不鏽鋼、合金鋼、木材、塑膠、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、複合材料等。隨著市場經濟的飛速發展和科學技術的日新月異，雷射切割技術已廣泛套用於汽車、機械、電力、五金以及電器等領域。近年來，雷射切割技術正以前所未有的速度發展，每年都以15%~20%的速度增長。我國自1985年以來，更是以每年近25%的速度增長。當前，我國雷射切割技術的整體水平與先進國家相比還存在著不小的差距，因此，在國內市場雷射切割技術具有廣闊的發展前景和巨大的套用空間。
雷射切割機在切割過程中，光束經切割頭的透鏡聚焦成一個很小的焦點，使焦點處達到高的功率密度，其中切割頭固定在z軸上。這時，光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分熱量，材料很快被加熱到熔化與汽化溫度，與此同時，一股高速氣流從同軸或非同軸側將熔化及汽化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。隨著焦點與材料的相對運動，使孔洞形成連續的寬度很窄的切縫，完成材料的切割。
當前，雷射切割機的外光路部分主要採用的是飛行光路系統。從雷射發生器發出的光束經過反射鏡1、2、3到達切割頭上的聚焦透鏡，聚焦後在待加工材料表面形成光斑。其中反射鏡片1固定在機身上不動；橫樑上反射鏡2隨著橫樑的運動作x向運動；z軸上的反射鏡片3隨z軸的運動作y向的運動。從圖中不難看出，在切割過程中，隨著橫樑作x向運動，z軸部分作y向運動，光路的長度時刻發生著變化。
目前，民用雷射發生器由於製造成本等原因，所發出的雷射光束都具有一定的發散角，呈“錐形”。當“錐形”的高度改變時（相當於雷射切割機光路長度改變），聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。此外，光還具有波的性質，因此，不可避免地會出現衍射現象，衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展，該現象存在於所有的光學系統中，能夠決定這些系統在性能方面的理論極限值。由於高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用，當光路長度變化時，作用在透鏡表面的光束直徑時刻發生著變化，這就會引起焦點大小和焦點深度的變化，但對焦點位置的影響很小。如果焦點大小和焦點深度在連續加工中發生變化，必然會對加工產生很大影響，比如，會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等。
雷射是一種光，與其他自然光一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產生的。 但它與普通光不同是雷射僅在最初極短的時間內依賴於自發輻射，此後的過程完全由激輻射決定，因此雷射具有非常純正的顏色，幾乎無發散的方向性、極高的發光強度和高相干性。
雷射切割是套用雷射聚焦後產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控制下，通過脈衝使雷射器放電，從而輸出受控的重複高頻率的脈衝雷射，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈衝雷射束經過光路傳導及反射並通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，焦斑位於待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的雷射脈衝瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，雷射加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。
1、汽化切割。
在雷射氣化切割過程中，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，於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。此情況下需要非常高的雷射功率。
為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過雷射光束的直徑。該加工因而只適合於套用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用於鐵基合金很小的使用領域。
該加工不能用於，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在雷射氣化切割中，最優光束聚焦取決於材料厚度和光束質量。雷射功率和氣化熱對最優焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比於材料的氣化溫度。所需的雷射功率密度要大於108W/cm2，並且取決於材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的雷射功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。
2、熔化切割。
在雷射熔化切割中，工件被局部熔化後藉助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發生在其液態情況下，所以該過程被稱作雷射熔化切割。
雷射切割技術有兩種： 一種是脈衝雷射適用於金屬材料。第二種是連續雷射適用於非金屬材料，後者是雷射切割技術的重要套用領域。
雷射切割機的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在雷射切割機中雷射束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響雷射切割的效率和質量。特別是對於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：
焦點位置控制技術
雷射切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由於能量密度與面積成反比，所以焦點光斑直徑儘可能的小，以便產生一窄的切縫；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將透鏡損壞，因此一般大功率CO2雷射切割機工業套用中廣泛採用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對於高質量的切割,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%範圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對於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。具體尺寸由實驗確定。
在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種：
（1）列印法：使切割頭從上往下運動,在塑膠板上進行雷射束列印,列印直徑最小處為焦點。
雷射切割機系統一般由雷射發生器、（外）光束傳輸組件、工作檯（工具機）、微機數控櫃、冷卻器和計算機（硬體和軟體）等部分組成。
1)工具機主機部分：雷射切割機工具機部分，實現X、Y、Z軸的運動的機械部分，包括切割工作平台。用於安放被切割工件，並能按照控制程式正確而精準的進行移動，通常由伺服電機驅動。
2)雷射發生器：產生雷射光源的裝置。對於雷射切割的用途而言，除了少數場合採用YAG固體雷射器外，絕大部分採用電-光轉換效率較高並能輸出較高功率的CO2氣體雷射器。由於雷射切割對光束質量要求很高，所以不是所有的雷射器都能用作切割的。高斯模式適用於小於1500W、低階模二氧化碳雷射器100W-3000W、多模3000W以上。
3)外光路：折射反射鏡，用於將雷射導向所需要的方向。為使光束通路不發生故障，所有反射鏡都要保護罩加以保護，並通入潔淨的正壓保護氣體以保護鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會將一無發散角的光束聚焦成無限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用於>12mm厚材。
4)數控系統：控制工具機實現X、Y、Z軸的運動，同時也控制雷射器的輸出功率。
5)穩壓電源：連線在雷射器，數控工具機與電力供應系統之間。主要起防止外電網干擾的作用。
材料分析
隨著雷射切割技術的發展，雷射切割運用的領域也越來越廣泛，適用的材料也越來越多。但是不同的材料具有不同的特性，所以在使用雷射切割時需要注意的事項也不同。 結構鋼 該材料用氧氣切割時會得到較好的結果。當用氧氣作為加工氣體時，切割邊緣會輕微氧化。對於厚度達4mm的板材，可以用氮氣作為加工氣體進行高壓切割。這種情況下，切割邊緣不會被氧化。厚度在10mm以上的板材，對雷射器使用特殊極板並且在加工中給工件表面塗油可以得到較好的效果。 不鏽鋼 切割不鏽鋼需要：使用氧氣，在邊緣氧化不要緊的情況下；使用氮氣以得到無氧化無毛刺的邊緣，就不需要再作處理了。在板材表面塗層油膜會得到更好的穿孔效果，而不降低加工質量。 鋁 儘管有高反射率和熱傳導性，厚度6mm以下的鋁材可以切割，這取決於合金類型和雷射器能力。當用氧切割時，切割表面粗糙而堅硬。用氮氣時，切割表面平滑。純鋁因為其高純非常難切割，只有在系統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材。否則反射會毀壞光學組件。 鈦 鈦板材用氬氣和氮氣作為加工氣體來切割。其它參數可以參考鎳鉻鋼。 銅和黃銅 兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割；厚度2mm以下的銅可以切割，加工氣體必須用氧氣。只有在系統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅。否則反射會毀壞光學組件。 合成材料 切割合成材料時要牢記切割的危險和可能排放的危險物質。可加工的合成材料有：熱塑性塑膠、熱硬化材料和人造橡膠。 有機物 在所有有機物切割中都存在著著火的危險（用氮氣作為加工氣體，也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。木材、皮革、紙板和紙可以用雷射切割，切割邊緣會燒焦（褐色）。
競爭優勢
雷射切割機是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的“加工中央”；雷射切割機柔性化程度高，切割速度快，出產效率高，產品出產周期短，為客戶贏得了廣泛的市場，該技術的有效生命期長，國外超過2毫米厚度的板材大都採用雷射切割機，很多國外的專家一致以為今後30-40年是雷射加工技術發展的黃金時期。 一般來講，建以議12mm以內的碳鋼板、10mm以內的不鏽鋼板等金屬材料切割推薦使用雷射切割機。雷射切割機無切削力，加工無變形：無刀具磨損，材料適應性好：無論是簡樸還是複雜零件，都可以用雷射一次精密快速成型切割：其切縫窄，切割質量好，自動化程度高，操縱簡便，勞動強度低，沒有污染：可實現切割自動排樣、套料、進步了材料利用率，出產本錢低，經濟效益好。 雷射切割機選購要考慮的因素很多，除了要考慮目前加工工件的最大尺寸、材質、需要切割的最大厚度以及原材料幅面的大小外，更多的需要考慮未來的發展方向，比如所做產品的技術改型後要加工的最大工件大小、鋼材市場所提供材料的幅面針對自己的產品哪種最省料，上下料時間等等。
數控切割工具機
由三部分組成，即工作檯（一般為精密工具機）、光束傳輸系統（有時稱外光路，即雷射器發出的光束到達工件前整個光程內光束的傳輸光學、機械構件）和微機數控系統。按切割櫃與工 作台相對移動的方式，可分為以下三種類型： （1）在切割過程中，光束（由割炬射出）與工作檯都移動，一般光束沿Y向移，工作檯在X向移。 （2）在切割過程中，只有光束（割炬）移動，工作檯不移動。 （3）在切割過程中，只有工作檯移動，而光束（割炬）則固定不動。
利用擴束鏡進行光束準直
光束的束腰直徑和遠場發散角成反比，束腰直徑越大，遠場發散角越小。目前擴束鏡主要分為折射式和反射式兩種，其原理相當於一個倒置的望眼鏡。主要作用是通過增加光束的束腰直徑來減小遠場發散角，進而改善由於光路長度變化引起的焦點大小和焦點深度的不穩定目前，國內對光束準直方面的研究不多，其中大多數都是針對摺射式的，反射式的研究較少。折射式擴束鏡的設計、加工、調整都較容易，但是由於透鏡容易溫升過大導致鏡片變形，因此，折射式擴束鏡僅僅適用於小功率雷射的光束準直。而對於像雷射切割機這樣的大功率光束準直，一般採用反射式擴束鏡。但反射式擴束鏡的鏡面曲率半徑難以通過解析的方法確定，只能通過數值擬合的方法獲得，因此，設計、製造、調整都很困難。為此，通過擴束鏡對光束準直的方法來對雷射切割機的飛行光路系統進行光路補償，效果甚微。
採用變曲率半徑鏡片（VRM）
通過調整變數泵的輸出流量來改變VRM鏡片內水槽中的水壓，這樣就可以改變聚焦透鏡的曲率半徑，進而改變聚焦方程中的參數f。變曲率半徑鏡片能夠在光路長度改變時動態地調整光束的特徵參數，來保持焦點半徑和焦點深度的穩定。VRM系統結構複雜、成本高、需要閉環控制，國外一些技術先進的產品已經採用這種光路補償措施。但是，國內現有技術水平，難以達到預期的使用效果。
伺服電機直接驅動的等光程系統
與上述兩種光路補償措施相比，等光程具有結構簡單、成本低、調整方便等優點，能在連續加工中確保聚焦透鏡上的光斑面積不變；同時，還能根據不同的切割工藝要求，改變切割時焦點半徑和焦點深度的大小。目前，國內關於等光程方面研究還不多，如天津城市建設學院的揚曉東等，提出了光路長度補償系統的三種機構設計方案，並從機構的角度對其進行了分析和比較，其方法的提出對雷射切割機飛行光路的設計具有一定的指導意義。採用機構來實現光路補償，會使設備的結構尺寸過大，同時增加了設備的複雜程度，安裝調整難度大。隨著伺服控制技術的日益成熟，採用伺服電機直接驅動等光程裝置具有結構簡單，調整方便等優點，是一種經濟、實用的光路補償方案。伺服電機直接驅動的等光程光路補償方案主要包括雷射發生器、固定於機身上的反射鏡、伺服電機驅動的運動裝置上的補償反射鏡、橫樑上的反射鏡、z軸上的反射鏡片。當固定在z軸上的切割頭作x，y向運動時，補償反射鏡作S向運動來補償光路長度的變化,進而保持雷射切割機在連續切割加工時焦點半徑和焦點深度不變。當有不同加工需要時，比如切割不鏽鋼薄板與低碳鋼厚板，需要不同的焦點大小、焦點深度、行走速度，此時，可通過控制器改變等光程裝置的初始位置來改變光路長度，進而改變透鏡表面光束直徑，最終改變焦點大小和焦點深度,以滿足不同加工需要。
雷射切割機在工作時，如果發生故障是很危險的，新手必須經過專業人員的培訓才能獨立操作，根據經驗總結了雷射切割機安全工作的13個細節：
1．遵守一般切割機安全操作規程。嚴格按照雷射器啟動程式啟動雷射器。
2．操作者須經過培訓，熟悉設備結構、性能，掌握作業系統有關知識。
3．按規定穿戴好勞動防護用品，在雷射束附近必須佩帶符合規定的防護眼鏡。
4．在未弄清某一材料是否能用雷射照射或加熱前，不要對其加工，以免產生煙霧和蒸汽的潛在危險。
5．設備開動時操作人員不得擅自離開崗位或托人待管，如的確需要離開時應停機或切斷電源開關。
2021年11月15日 · 其原理是將激光聚焦在材料上，局部加熱使材料超過熔點，工件就會被迅速熔化、氣化或點燃，一旦激光束在某一點完全穿透工件，切割過程就開始了。 雷射切割系統會遵循選定的幾何形狀並在此過程中分離材料。 二、雷射切割種類. 雷射切割技術又可以分為四種：激光氣化、雷射融化、激光氧化、雷射切割。 1.激光氣化切割. 激光氣化切割是將氧氣、氦氣和其他氣體混合物組成，然後這種氣體通過放電充電產生激光束。 氣化切割用途廣泛，功率相對較低且價錢低廉切割邊緣光滑，因此非常受歡迎。 應用： 激光氣化一般用於非常薄的金屬和非金屬材料，如碳、木材、玻璃或塑料。 2.雷射熔化切割. 雷射熔化切割是激光束配合高純度惰性氣體，使材料熔化並驅離，融化材料在氣流幫助下被噴出，完成整個加工過程。
太專業的單字就先不說了，如果你小時候有玩過用放大鏡燒螞蟻或是點鞭炮的話，雷射切割的原理其實是相同的。 雷射管發出的能量，經過光學系統的反射，最後聚焦成為一個溫度極高的焦點 (spot)，能夠在瞬間將接觸到的材料燃燒殆盡；再透過運動控制器 (切割軟體)，讓雷射的焦點隨者我們需要的路徑移動，焦點所經過的地方什麼都不剩，而材料減去被燒掉的部分之後，就變成了餘料跟加工成品了。 一般來說，雷射切割過後被燒掉的路徑寬度約為0.3~0.5mm左右，隨者材料厚度不同而產生些許的差異。 如果你想用雷射切割出很細小的輪廓，例如建築模型的窗框、衍架、或是家具等零件， 我們建議兩條切斷線之間最小要達到1.5mm距離 (安全距離) ，小於這個距離的加工物很容易被燒壞。
雷射基本原理介紹. 雷射(Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),是指藉由輻射受激勵發射進行放大作用所產生的光線,因此雷射是一種光源產生器,這種光源異於普通燈或熱源的輻射光,它不是自發作用所產生,而是受激幅射出來。 一般來說,熱 輻射的光源,例 如太陽光,都是沒有方向性的,而且光子間彼此沒有固定的關係。 但雷射是一種光學振盪放大的光線,它輸出的所有光子具有相同的相位、方向與振幅,所以具有高強度、方向性、單光性與同調性等特質。 雷射光的特徵. 高強度、(2) 單色光、(3) 同調性、(4)指向性. 高強度: 雷射光一般只有幾個mW 或幾十W,而一般燈泡也有幾十W或幾百.
只是由於介質的速度差異所引起的都卜勒效應，以及介質之間相互干擾等因素，使介質吸收的光頻率是以f為中心，但仍能吸收略高或略低的頻率，也就是說它能吸收位在一個頻帶中的頻率，只是吸收的機率有別而已。 反過來說，在 E2 狀態的介質也會放出相當 E2 － E1 能量的光子，而降至 E1 的能態，這個過程就是「放射」，稱為「自發放射」，這是放射中的一種，表示這一行動是自動自發的。 基於上述的理由，一群介質所釋放光子的頻率，也是在以f為中心頻率的頻帶之中。 另一類放射，是處在 E2 狀態的介質受到頻率f＝（E2 － E1）／h的光子群 1 或 2 的誘導，而放出同一個方向，頻率和相位完全相同的光子。 所謂「相位」相同，是指射出光子的波峰和波谷，與入射光子的相重疊。
