2μm光纖激光器切割木材工藝總結

?目前，木材的切割多是以傳統的鋸片切割形式進行，但會產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生，削減對人體的危害。激光切割木材的斷面質量也要比傳統方式切割的要好，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點，但是需要較高的功率密度才能實現。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域的光束功率密度低于氣化所需的功率密度值，因此出現少量燃燒的現象。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激光器光電轉化率低（只有5%~10%），能耗比較大；激光器需要經常換氣，維護成本高；外光路復雜，安裝、調試和維護難度大。因此CO2激光器在實際的工業生產應用中局限性大，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，飛博激光開發出了摻銩連續光纖激光器，比如下面的TDFL-180-CW-SM激光器，激光增益光纖內部摻雜是銩，發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，切割參數如下：

切割表面未發現粗糙，撕裂和絨毛木紋等缺陷，不過切割端面出現了一定程度的碳化。如上所述，碳化現象主要是因為激光功率不足。在切割表面質量要求不高的情況下，可允許表面發生一定程度的碳化。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

飛博激光開發的這一系列的2μm波長摻銩連續光纖激光器光電轉化率能夠達到20％以上，相比CO2激光器來說更加節能。加上摻銩光纖激光器結構簡單、光束質量好、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。