雷射切割是一種製造過程，該過程採用聚焦的高功率雷射束將材料切割為自定義形狀和設計。此過程適用於各種材料，包括金屬，塑料，木材，寶石，玻璃和紙張，並且可以生產精確、複雜的零件，而無需定製設計的工具。
有幾種不同類型的雷射切割可用，包括熔融切割，氧化切割和劃線。與其他常規切割工藝（例如機械切割和水刀切割）相比，每個雷射切割工藝都能生產出具有高精度和高質量邊緣光潔度的零件，並且通常具有更少的材料汙染，物理損壞和浪費。
儘管雷射切割比傳統切割方法具有某些優勢，但某些製造應用可能會出現問題，例如切割反射材料或需要二次加工和精加工的材料。特定切割應用程式所要求的要求和規格（例如，材料及其屬性，能耗和功耗限制，二次精加工等）有助於確定最適合使用的切割工藝類型。
雖然每種切割過程都有其優點和缺點，但本文重點介紹雷射切割，概述了雷射切割過程的基本知識以及雷射切割機的必要組件和力學結構。此外，本文探討了各種雷射切割方法和應用，該方法的優點和局限性、以及雷射切割與其他類型的切割方法之間的比較。
雷射切割機及工藝
雷射切割是一種基於熱的非接觸式製造工藝，適用於金屬和非金屬材料。為了使雷射切割過程平穩且以最佳產能運行，應考慮幾個因素，例如雷射切割機的配置和設置，要切割的材料及其性能以及所用雷射和輔助氣體的類型。
雷射機零件和力學概述
與使用切割工具和動力驅動設備的機械切割以及使用加壓水和磨料的水刀切割相比，雷射切割採用雷射切割機進行切割，雕刻和打標。儘管雷射切割機因型號以及應用的不同而有所不同，但典型的設置包括雷射諧振器組件，反射鏡和雷射切割頭，其中包含雷射聚焦透鏡，加壓氣體組件和噴嘴。基本的雷射切割過程包括以下階段：
光束產生
光束聚焦
局部加熱和熔化
物料去除
光束運動
每個階段都是雷射切割過程不可或缺的部分，如果正確執行，則可以進行精確切割。
術語「雷射」來自首字母縮寫「 LASER」或「受激輻射的光放大」。本質上，此首字母縮寫概括了雷射產生的基本原理——刺激和放大。與這些原理一起，雷射諧振器採用自發發射和受激發射的過程來產生在空間和光譜上均相干的高強度光束（即雷射束）。
自發發射
雷射諧振器包含一種有源雷射介質（例如，CO2，Nd：YAG等），其電子被諸如閃光燈或電弧之類的外部能源激發。當介質接收和吸收能量時，其原子會經歷一個稱為自發發射的過程。在此過程中，原子吸收的能量使原子的電子短暫躍遷至更高的能級，然後返回其基態。電子返回基態後，原子發射出光子。
受激發射
由自發發射產生的光子在介質中傳播，該介質包含在兩個反射鏡之間的雷射諧振器腔中。一個反射鏡是反射性地，以保持光子在介質中傳播，因此它們繼續傳播受激發射，而另一個反射鏡是部分透射的，以允許某些光子逸出。受激發射是光子（即入射光子）激發已經處於較高能級的原子的過程。這種相互作用通過發射相同固定波長或與入射光子相干的第二光子，迫使受激原子下降到其基態。
一個光子傳播另一光子的發射的過程會放大光束的強度和強度。因此，光子的受激發射（即電磁輻射的一種）引起光的放大。換句話說，光通過受激輻射發射而放大。諧振器內未正確對準的光子穿過部分透射鏡，而沒有被反射到介質中，從而產生初始雷射束。光束一旦產生，便進入雷射切割頭，並被反射鏡導向聚焦透鏡。
聚焦透鏡將雷射束聚焦通過雷射切割頭末端入射到工件表面的噴嘴中心。通過聚焦光束，透鏡將光束的能量集中到一個較小的點，從而增加了光束的強度。
當光束撞擊材料表面時，材料吸收輻射，從而增加內部能量並產生熱量。雷射束的高強度使其可以加熱，熔化並部分或完全汽化工件表面的局部區域。材料受影響區域的弱化和去除會形成所需的切口。虹吸氣體進入雷射切割頭，並與聚焦光束同軸流動，輔助氣體（也稱為切割氣體）用於保護和冷卻聚焦透鏡，並且可用於將熔化的材料從切縫中排出。去除的材料的寬度和切割的寬度，並支持切割過程。雷射切割採用幾種不同類型的材料切割和去除機制，包括熔融切割，化學降解切割，蒸發切割，劃線和氧化切割。
一旦開始局部加熱，熔化或汽化，機器就會在整個工件上移動材料去除區域，以產生完整的切口。機器可以通過調整反射鏡，控制雷射切割頭或操縱工件來實現移動。雷射切割機有三種不同的配置，由雷射束在材料上移動或在材料上移動的方式定義：移動材料，飛行光學器件和混合雷射切割系統。
移動材料：移動材料雷射切割機具有固定的雷射束和固定材料的可移動切割表面。工件圍繞固定梁機械移動以產生必要的切口。這種配置允許均勻且一致的支座距離，並且需要更少的光學組件。
飛行光學：飛行光學雷射切割機具有可移動的雷射切割頭和固定的工件。切割頭將光束移動到X軸和Y軸上的固定工件上，以進行必要的切割。飛行光學機器的靈活性適用於切割厚度和尺寸可變的材料，並允許更快的處理時間。但是，由於光束不斷移動，因此在整個過程中必須考慮到變化的光束長度。可以通過準直（光學器件的對準），使用恆定的光束長度軸或使用能夠實時進行必要調整的自適應光學器件或電容式高度控制系統來控制變化的光束長度。
混合：混合雷射切割機提供了移動材料和飛行光學機器上發現的各種屬性的組合。這些機器具有在一個軸（通常為X軸）上移動的材料處理臺和在另一個軸（通常為Y軸）上移動的雷射頭。與飛行光學系統相比，混合系統可實現更一致的光束傳輸，並減少功率損耗和更大的每瓦容量。
雷射以脈衝光束或連續光束的形式產生。每種材料的適用性取決於被切割材料的特性以及雷射切割應用的要求。脈衝光束產生為短脈衝的功率輸出，而連續光束產生為連續的高功率輸出。前者通常用於劃線或蒸發切割應用，並且適合於切割精細的設計或刺穿較厚的材料，而後者則適合於高效和高速切割應用。