激光切割一直是激光加工應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。與計(jì)算機(jī)控制的自動設(shè)備結(jié)合，激光束具有無限的仿形切割能力，切割軌跡修改方便。激光切割無機(jī)械變形、無刀具磨損，容易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

　　激光切割廣泛應(yīng)用于鈑金加工、金屬加工、廣告制作、廚具、汽車、燈具、鋸片、升降電梯、金屬工藝品、紡織機(jī)械、糧食機(jī)械、眼鏡制作、航空航天、醫(yī)療器械、儀器儀表等行業(yè)。特別是在鈑金加工行業(yè)中已取代傳統(tǒng)加工方式，深受行業(yè)用戶的青睞。

　　一、激光切割工藝

　　激光切割利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，隨著光束對材料的移動，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的(如0.1mm左右)切縫，完成對材料的切割。

　　激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

　　1、激光汽化切割

　　利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時(shí)需要很大的功率和功率密度。

　　激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料、橡皮、泡沫等)的切割。超短脈沖激光使這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光并劇烈升溫。激光脈沖不與熔融的粒子和等離子體反應(yīng)，材料直接升華，沒有時(shí)間將能量以熱量的形式傳給周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時(shí)沒有明顯的熱效應(yīng)，沒有熔化和毛刺形成。

　　2、激光熔化切割

　　激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體(Ar、He、N等)，依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。

　　激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等，也可以用于切割其他可熔材料，例如陶瓷。

　　3、激光氧氣切割(火焰切割)

　　激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱;另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

　　4、激光劃片與控制斷裂

　　激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。

　　控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

　　二、激光切割工藝及設(shè)備對比

　　圖表1：不同激光切割工藝對比(單位：臺)

　　三、激光切割機(jī)市場發(fā)展現(xiàn)狀分析

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割更被廣泛應(yīng)用于鈑金、塑料、玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體以及紡織品、木材和紙質(zhì)等材料加工，在各大重工業(yè)輕工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷普及。激光切割占工業(yè)激光加工的40%以上，是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。

　　激光切割在工程機(jī)械行業(yè)應(yīng)用方面，2010年之前，由于激光切割設(shè)備價(jià)格高昂，一臺大幅面激光切割機(jī)(配備4 kW激光器)售價(jià)近600萬元人民幣，國內(nèi)采用大幅面激光切割機(jī)的企業(yè)并不多。

　　2003年到2009年間，在工業(yè)加工要求不斷提升到推動下，國內(nèi)企業(yè)積極引進(jìn)激光切割設(shè)備，如合肥日立引進(jìn)5臺大覆蓋激光切割機(jī)、2臺小覆面激光切割機(jī)，三一重工確立了在3年內(nèi)引進(jìn)27臺套大覆面面激光切割機(jī)計(jì)劃。通過2008年和2009年的引進(jìn)，已有15臺套的激光切割機(jī)，配備于昆山重機(jī)、沈陽三一等企業(yè)。徐工、山推等企業(yè)不甘落后相繼引用了激光切割機(jī)。2009年中旬激光微加工系統(tǒng)制造商JPSA計(jì)劃把制造車間的面積擴(kuò)大一倍，提高公司制造激光微加工(激光雕刻)系統(tǒng)的產(chǎn)能，以滿足生產(chǎn)太陽能(包括千瓦級)面板制造廠家的需求。

　　2011年以后，國內(nèi)激光企業(yè)大力發(fā)展大功率光纖激光切割機(jī)，由于大功率光纖激光加工具有獨(dú)特的加工優(yōu)勢，加工成本大幅下降，同時(shí)結(jié)合多種靈活的付款方式，目前越來越多的鈑金加工企業(yè)、廚衛(wèi)制造企業(yè)以及汽車部件加工企業(yè)越來越多的使用激光切割機(jī)。最近幾年激光加工設(shè)備得以快速普及，2017年我國激光切割成套設(shè)備銷售量超過2.5萬臺。

　　圖表2：2013——2017年中國激光切割設(shè)備銷售量

　　2017年全球激光加工設(shè)備市場規(guī)模為313.7億美元，同比增長12%。2017年中國激光設(shè)備市場銷售總規(guī)模超過442億元，其中激光切割設(shè)備占全國工業(yè)激光加工設(shè)備市場規(guī)模的46%。

　　圖表3：20103——2017中國激光切割設(shè)備市場規(guī)模(單位：億元)

　　2017年中國激光切割設(shè)備市場規(guī)模為203億元，增長率為23%，其中中小功率激光切割設(shè)備市場銷售規(guī)模一直保持較高的增長速度，其核心激光器實(shí)現(xiàn)了較高的國產(chǎn)化率。大功率激光切割機(jī)相比于中低功率激光切割機(jī)發(fā)展較晚，對國外進(jìn)口依賴較大，進(jìn)口高功率激光器價(jià)格居高不下，設(shè)備價(jià)格依然非常高，市場增幅相對較低。

　　近幾年，國產(chǎn)激光切割機(jī)技術(shù)有了突破性的發(fā)展，并朝著高功率、高精度、大幅面的方向挺進(jìn)。在中國智能制造大背景下，工業(yè)領(lǐng)域都呈現(xiàn)從傳統(tǒng)加工向高端制造轉(zhuǎn)型的態(tài)勢，中國激光切割領(lǐng)域市場規(guī)模將一直保持著高速發(fā)展的趨勢。