激光加工已被证明是适合在金属材料上应用,粗略统计在当前全球的所有激光加工应用,金属材料加工占据了超过85%的比重。但是, 目前在金属加工上,以普通钢铁材料加工占据大部分,钢铁材料应用量很大,特别是不锈钢、合金钢已经用于生活方方面面了。然而激光在其他金属材料,如铜、铝以及其他有色金属的应用量还是很少,铜与铝合金是许多工业产品的基础材料,它具备良好的导电率、传热性、抗腐蚀和耐磨性能。铝合金具有很高强度,是实现轻量化的好材料,但本文重点谈的是铜材料。
铜一直以来是一种身价不低的金属材料,特别是今年以来国际大宗期货钢材、塑料、铜、铝、纸板等价格纷纷上涨了不少。常见的铜材料有纯铜、黄铜、紫铜等多个种类,材料形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等。其实铜是一种古老的金属,现代出土了很多珍贵的数千年前的青铜器,因此铜材料的工艺、加工质量的提升,是一个非常重要的工作。激光加工铜材料将会是一个非常有前景的选择。
铜板、铜片与铜管三种形状应该是适用激光切割的,但是铜属于高反射性材料,在古代还会用铜片做成镜子,对激光束的吸收性较低,很多时候是低于30%,相当于有70%的激光被反射,不仅造成能量损耗浪费,而且反射光还容易造成加工头、镜片、激光器等部件损坏。因此在以往较长一段时间铜都是激光切割的一大挑战。
CO2激光切割机可以较好地切割厚材料,也可以切割铜,但必须在铜片上涂一层石墨喷雾剂或氧化镁,以防止反射而损坏设备。铜对光纤激光束吸收率很低,但厂商在产品结构设计上做了隔离装置,起初是nLight推出了抗高反材料的光纤激光器,后来国内的中科光汇、飞博等厂商都推出了抗高反的光纤激光器。一些做切割头的企业也对加工头做了防反射光的设计,这让光纤激光器在铜片切割应用打开了市场。如今采用3KW切割厚度10mm的铜板早已经实现了。