2μm光纖激光器切割木材工藝總結(jié)

?目前，木材的切割多是以傳統(tǒng)的鋸片切割形式進行，但會產(chǎn)生大量的鋸末和噪音等污染。采用激光對木材進行切割不但可以降低噪音，同時還可以減少鋸末顆粒的產(chǎn)生，削減對人體的危害。激光切割木材的斷面質(zhì)量也要比傳統(tǒng)方式切割的要好，切割面上粗糙、撕裂或者絨毛木紋并不明顯，而是覆蓋了一層薄碳化層。

激光切割木材機理

激光切割木材有兩種不同的基本方式：瞬間氣化和燃燒。激光切割木材的方式取決于激光切割時被木材吸收的功率密度大小。瞬間氣化是較理想的一種木材切割方式，木材在聚焦激光束的照射下氣化形成切縫。氣化切割的特點是：切割速度快，熱量傳輸不到未切割的基材上，剖面無碳化，僅有輕微發(fā)暗和釉化。而燃燒方式的切割主要是因為光束功率密度較低，其特點為切割速度較慢，切縫更寬，切割厚度大，切割時伴有煙塵和焦味。燃燒方式切割單位材料所消耗的能量要比氣化方式更高，且切邊有碳化現(xiàn)象。不過在切割木材的實際過程中，氣化的同時基本上都伴有燃燒，這是因為氣化方式雖然具有高效能的優(yōu)點，但是需要較高的功率密度才能實現(xiàn)。而實際的激光照射過程，由于受激光輸出功率和光束模式的影響，在材料光照表面總有部分區(qū)域的光束功率密度低于氣化所需的功率密度值，因此出現(xiàn)少量燃燒的現(xiàn)象。另外，激光切割木材同樣需要與光束同軸的輔助氣流，一般為低壓惰性氣體或者空氣。

什么類型的激光器能切割木材

激光切割木材一般是選用CO2激光器，其波長是10.6μm。但是CO2激光器光電轉(zhuǎn)化率低（只有5%~10%），能耗比較大；激光器需要經(jīng)常換氣，維護成本高；外光路復雜，安裝、調(diào)試和維護難度大。因此CO2激光器在實際的工業(yè)生產(chǎn)應用中局限性大，應用越來越少。

目前市場上光纖激光器（波長是1μm）切割金屬板材已經(jīng)非常普遍，那么這種光纖激光器能否用于切木材呢？如果是1μm波長的摻鉺光纖激光來切木材，答案是：比較困難的。這是因為木材對1μm波長的激光吸收率比較低，難以形成割縫。

針對應用需求，飛博激光開發(fā)出了摻銩連續(xù)光纖激光器，比如下面的TDFL-180-CW-SM激光器，激光增益光纖內(nèi)部摻雜是銩，發(fā)射出來的激光波長是2μm。相比常見波長1μm波長的激光，木材（尤其是木材中的水分）對其吸收率更高。

飛博激光TDFL-180-CW-SM激光器

飛博2μm波長摻銩光纖激光器切割木材測試

使用該激光器對木板進行切割，切割參數(shù)如下：

切割表面未發(fā)現(xiàn)粗糙，撕裂和絨毛木紋等缺陷，不過切割端面出現(xiàn)了一定程度的碳化。如上所述，碳化現(xiàn)象主要是因為激光功率不足。在切割表面質(zhì)量要求不高的情況下，可允許表面發(fā)生一定程度的碳化。如需表面無碳化則需要增加激光器功率或改變切割頭的準直聚焦比。

激光切割8mm膠合板樣品

激光切割18mm膠合板樣品

飛博激光開發(fā)的這一系列的2μm波長摻銩連續(xù)光纖激光器光電轉(zhuǎn)化率能夠達到20％以上，相比CO2激光器來說更加節(jié)能。加上摻銩光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單、光束質(zhì)量好、易集成、易操作和免維護等特點，預計未來會在木材切割領域中大展身手，逐漸替代CO2激光器。