雷射切割

雷射切割（）是一種使用雷射光切割材料的技術，通常用於工業製造應用，但也開始被學校、小企業和業餘愛好者使用。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。雷射光學和電腦數值控制（CNC）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。商用雷射用於切割材料，使用運動控制系統根據CNC或G代碼來追蹤切割圖案。聚焦的雷射光束射向材料，材料熔化、燃燒、蒸發或被氣體射流吹走，從而留下高質量表面光潔度的切割邊緣。工業雷射切割機用於切割平板材料以及結構和管道材料。

雷射光的光強度很高，幾乎可以加工所有的金属和非金属材料，不止可以加工高硬度、高熔點材料，也可以加工脆性和柔性材料。由於激光加工是非接觸加工，工作時不需要使用金属切刀或是磨料刀具。

歷史
1965 年，西部電氣工程研究中心製造了第一台量產型雷射切割機，其運用為在鑽石模具上鑽孔。隨後於1967 年，英國首創了雷射輔助氧氣噴射切割金屬的技術The early days of laser cutting, par P. A. Hilton, 11th Nordic Conference in Laser Processing of Materials, Lappeenranta, Finland, August 20–22, 2007, http://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/the-early-days-of-laser-cutting-august-2007 。在70 年代初期，這項技術開始投入生產，並被應用於切割航空航天應用的鈦合金。與此同時，二氧化碳雷射（CO2 Laser）也被用於切割非金屬材料，例如紡織品，儘管當時二氧化碳雷射的功率還不足以克服金屬的導熱性CHEO, P. K. "Chapter 2: CO2 Lasers." UC Berkeley. UC Berkeley, n.d. Web. 14 Jan. 2015.。

 方法 
雷射切割有許多不同的方法，不同的類型用於切割不同的材料。

汽化切割
這種方法通常用於切割木材、碳和熱固性塑膠等不易融化的材料。在汽化切割中，利用聚焦光束將材料表面加熱至一定溫度，造成小孔洞形成。小孔洞導致材料對光的吸收率急劇增加，進而迅速加深孔洞。隨著孔洞的加深和材料的沸騰，產生的蒸氣會侵蝕周圍的材料，形成噴射物，進一步擴大孔洞。

熔化並吹氣
此方法常用於金屬材料。利用高壓氣體將熔融材料從切割區域吹出，從而降低了功率需求，無需進一步升高材料的溫度。

熱應力開裂
可運用於脆性材料如玻璃的切割。利用光束局部加熱和熱膨脹，從而產生裂縫，並可通過移動光束來引導裂縫，裂紋移動速度可達每秒公尺（m/s）級別。

矽晶圓的隱形切割

在半導體裝置的製造過程中，微電子晶片與矽晶圓的分離可以透過所謂的隱形切割製程進行。這個製程使用脈衝式摻釹釔鋁石榴石雷射（Nd:YAG Laser）進行操作，其波長為1064納米。這個波長非常適合電子矽的帶隙（約1.11電子伏特，相當於約1117納米）。

反應切削
又稱為「燃燒穩定雷射氣體切割」或「火焰切割」，是一種類似於氧氣炬切割的方法，但是使用雷射光束作為點火源。這種技術主要用於切割厚度超過1毫米的碳鋼。相對於傳統的氧氣炬切割，反應切割可以使用相對較小功率的雷射來切割非常厚的鋼板。

 能量消耗 
雷射切割的主要缺點之一是高功耗。工業雷射的效率通常介於5%到45%之間http://www.laserline.de/tl_files/Laserline/downloads/broschueren/en/Laserline_Image_high_power_diode_laser.pdf  - Page 4:"High electrical/optical efficiency of up to 45%"。具體而言，特定雷射的功耗和效率取決於輸出功率和工作參數。這些參數包括雷射的類型以及其與當前工作的匹配程度。對於特定的作業，所需的雷射切割功率（也被稱為熱輸入）會根據材料類型、厚度、使用的製程類型以及所需的切割速率而有所不同。
+使用CO2雷射處理不同厚度的不同材料所需的熱輸入量（瓦）.材質材質厚度0.51 mm1.0 mm2.0 mm3.2 mm6.4 mm不鏽鋼10001000100015002500鋁100010001000380010000軟鋼−400−500−鈦250210210−−木合板−−−−650硼/環氧樹脂−−−3000−

 生產力與切割率 
生產力和切削率受到多種因素的限制，包括雷射功率、材料厚度、製程類型和材料特性。一般工業級系統（功率≥1千瓦）可以處理0.51至13毫米厚度的碳鋼金屬。相較於標準的鋸切，對於許多應用而言，雷射切割的速度快上許多，甚至可以達到三十倍。
+使用CO2雷射的切割速率（公分/秒）材質材質厚度0.51 mm1.0 mm2.0 mm3.2 mm6.4 mm13 mm不鏽鋼42.323.2813.767.833.40.76鋁33.8714.826.354.231.691.27軟鋼−8.897.836.354.232.1鈦12.712.74.233.42.51.7木合板−−−−7.621.9硼/環氧樹脂−−−2.52.51.1

另見
 造船業
 空氣污染
 雷射雕刻
 水刀

 參考來源 

 外部連結 

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Category:金属加工刀具