光纤激光与金属的切割情缘

光纤激光器具有无与伦比的生产率、是精度和成本效益的组合，因此主导了钣金切割市场。2-6kW范围的光纤激光器已成为许多制造车间的主力，与传统切割技术如二氧化碳（CO2）激光器和等离子体焰炬相比，它能提供更快、更精确的薄金属切割。然而，许多光纤激光器系统被设计成仅适用于有限厚度范围内的金属切割，特别是在此情况下，小而紧密聚焦的激光束能为薄规格的材料提供最快的切割速度，但对于较厚的板材，这种小光束在处理边缘质量和最大厚度方面存在较大的局限。或者，由于切口较宽、较大光束可以提高厚板的边缘质量，但对于切割薄板则会发生很大的速度损失。

大型制造车间可以购买多个光纤激光工具，其中每种工具专用于切割特定的厚度范围：用于轻型规格的小光束系统和用于较厚板材的大光束系统。对于只倚靠一种工具来切割所有金属的较小制造车间来说，如果被限于某个固定尺寸，那么降低生产率将会被降低，特别是在面对不同的作业组合时。这些车间通常会改变切割头中的聚焦透镜，以更好地优化给定作业的激光光斑尺寸。当激光器不能进行切割时，每次改变透镜都会造成生产效率的损失，并且存在污染透镜和切割头的风险，这可能导致灾难性的故障以及较高的维修和停机成本。

自动调整激光光斑尺寸的能力将大大扩展光纤激光器的适用性、生产效率和工艺窗口。大多数现行方法需要自由空间光学的机动。例如，变焦切割头、改变光纤发射条件的光纤-光纤或自由空间-光纤耦合器、或耦合到独立加工光纤的2-4输出光纤-光纤切换。这样的自由空间光学方法会显著增加成本和复杂性，并且会降低工具的性能和可靠性。它们对失调、污染和环境条件（温度、振动）敏感，造成功率依赖性（热透镜）、光损耗并（或）降低切换速度。变焦切割头在头部内装有电动镜片，比标准切割头更大、更重，从而降低了加速性能，并对龙门和电机提出了额外的设计要求。使用这些方法的工具设计者需要将成本、性能和可靠性方面的负担传递给客户（最终用户）。

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