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光纤激光器不能切割木材?新型光纤激光器能!

2020-03-07飞博激光


目前,木材的切割多是以传统的锯片切割形式进行,但会产生大量的锯末和噪音等污染。采用激光对木材进行切割不但可以降低噪音,同时还可以减少锯末颗粒的产生,削减对人体的危害。激光切割木材的断面质量也要比传统方式切割的要好,切割面上粗糙、撕裂或者绒毛木纹并不明显,而是覆盖了一层薄碳化层。

激光切割木材机理

激光切割木材有两种不同的基本方式:瞬间气化和燃烧。激光切割木材的方式取决于激光切割时被木材吸收的功率密度大小。瞬间气化是较理想的一种木材切割方式,木材在聚焦激光束的照射下气化形成切缝。气化切割的特点是:切割速度快,热量传输不到未切割的基材上,剖面无碳化,仅有轻微发暗和釉化。而燃烧方式的切割主要是因为光束功率密度较低,其特点为切割速度较慢,切缝更宽,切割厚度大,切割时伴有烟尘和焦味。燃烧方式切割单位材料所消耗的能量要比气化方式更高,且切边有碳化现象。不过在切割木材的实际过程中,气化的同时基本上都伴有燃烧,这是因为气化方式虽然具有高效能的优点,但是需要较高的功率密度才能实现。而实际的激光照射过程,由于受激光输出功率和光束模式的影响,在材料光照表面总有部分区域的光束功率密度低于气化所需的功率密度值,因此出现少量燃烧的现象。另外,激光切割木材同样需要与光束同轴的辅助气流,一般为低压惰性气体或者空气。

什么类型的激光器能切割木材

激光切割木材一般是选用CO2激光器,其波长是10.6μm。但是CO2激光器光电转化率低(只有5%~10%),能耗比较大;激光器需要经常换气,维护成本高;外光路复杂,安装、调试和维护难度大。因此CO2激光器在实际的工业生产应用中局限性大,应用越来越少。

目前市场上光纤激光器(波长是1μm)切割金属板材已经非常普遍,那么这种光纤激光器能否用于切木材呢?如果是1μm波长的掺铒光纤激光来切木材,答案是:比较困难的。这是因为木材对1μm波长的激光吸收率比较低,难以形成割缝。

针对应用需求,飞博激光开发出了掺铥连续光纤激光器,比如下面的TDFL-180-CW-SM激光器,激光增益光纤内部掺杂是铥,发射出来的激光波长是2μm。相比常见波长1μm波长的激光,木材(尤其是木材中的水分)对其吸收率更高。

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飞博激光TDFL-180-CW-SM激光器

飞博2μm波长掺铥光纤激光器切割木材测试

使用该激光器对木板进行切割,切割参数如下:

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切割表面未发现粗糙,撕裂和绒毛木纹等缺陷,不过切割端面出现了一定程度的碳化。如上所述,碳化现象主要是因为激光功率不足。在切割表面质量要求不高的情况下,可允许表面发生一定程度的碳化。如需表面无碳化则需要增加激光器功率或改变切割头的准直聚焦比。

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激光切割8mm胶合板样品

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激光切割18mm胶合板样品

飞博激光开发的这一系列的2μm波长掺铥连续光纤激光器光电转化率能够达到20%以上,相比CO2激光器来说更加节能。加上掺铥光纤激光器结构简单、光束质量好、易集成、易操作和免维护等特点,预计未来会在木材切割领域中大展身手,逐渐替代CO2激光器。

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