一、引言
激光切割头是激光切割机的核心部件之一，直接影响切割精度、速度和质量，负责将激光器输出的激光束聚焦成高能量密度的光斑，作用于材料表面实现切割，其性能直接影响切割精度、速度和质量。以下从工作原理、结构、核心参数、分类及选购要点等方面详细介绍：
激光切割头的工作原理：激光切割头通过聚焦系统将高能激光聚焦到材料表面，材料吸收激光能量后局部温度迅速升高到熔点以上。同时，与光束同轴的喷嘴会喷出高压气体，将熔融的金属吹离，在材料表面形成空洞。随着激光切割头沿着设定的程序移动，最终将材料切割出所需的形状。根据切割原理不同，可分为激光气化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
二、激光切割头的基本结构
- 准直镜
作用：将激光器输出的发散激光束转换为平行光，确保光束在传输过程中能量分布均匀，为后续聚焦提供稳定光源。
材质：多采用石英或硒化锌（根据激光波长适配，如 CO₂激光常用硒化锌）。
- 聚焦镜
作用：将平行光聚焦成极小的光斑（直径可至微米级），使能量高度集中，实现材料的瞬间熔化或汽化。
特性：焦距决定光斑大小和工作距离（焦距越短，光斑越小，工作距离越近），需根据切割材料厚度和精度需求选择。
- 喷嘴
作用：喷射辅助气体（如氧气、氮气、压缩空气），吹走切割过程中产生的熔渣，防止其附着在材料表面或损伤聚焦镜；同时辅助燃烧（如切割碳钢时用氧气助燃）或抑制氧化（如切割不锈钢时用氮气防氧化）。
类型：按形状分为圆形、方形喷嘴；按孔径分为 0.8mm、1.0mm、1.5mm 等，需匹配材料类型和厚度（如厚板切割用大孔径喷嘴）。
- 传感器与调节装置
电容式 / 电感式传感器：实时检测切割头与材料表面的距离（即 “跟随高度”），确保聚焦光斑始终处于最佳切割位置，尤其适用于曲面或不平坦材料。
自动调焦模块：通过电机调节聚焦镜位置，快速改变焦距，适应不同厚度材料的切割需求，提升换料效率。
- 保护镜
作用：位于聚焦镜前端，阻挡切割过程中飞溅的熔渣和粉尘，保护昂贵的聚焦镜免受污染或损坏，属于易损件，需定期更换。
三、激光切割头的核心参数（影响切割性能的关键）
- 聚焦光斑直径
直接决定能量密度：光斑越小（如 20-50μm），能量密度越高，适合精细切割（如薄金属板、精密零件）；光斑较大时，适合厚板切割（需更高功率配合）。
与焦距、光束质量相关：短焦距聚焦镜（如 50mm）可获得更小光斑，长焦距（如 150mm）适合厚板或大坡度切割。
- 工作距离
指喷嘴尖端到材料表面的距离，需与聚焦镜焦距匹配。工作距离过近易导致喷嘴与材料碰撞，过远则能量密度下降，影响切割质量。
- 调节范围
包括焦距调节范围（适应不同材料厚度）和跟随高度调节范围（适应材料表面起伏），范围越大，设备的通用性越强。
- 适配激光类型与功率
需与激光器的波长（如 1064nm 光纤激光、10.6μm CO₂激光）和功率匹配：高功率激光器（如 6000W 以上）需切割头具备更强的散热能力和抗损伤能力（如采用水冷结构、高阈值镜片）。
- 响应速度
传感器检测与调节装置的响应速度，影响高速切割时的稳定性（如切割曲线或尖角时，需快速调整跟随高度，避免烧边或断丝）。
四、激光切割头的常见分类（按适配激光器类型）
- 光纤激光切割头
适配 1064nm 光纤激光器，广泛用于金属材料（碳钢、不锈钢、铝合金等）切割。
特点：结构紧凑、耐高功率、聚焦精度高，适合中高功率（1000W-30000W）切割场景。
- CO₂激光切割头
适配 10.6μm CO₂激光器，多用于非金属材料（木材、亚克力、布料等）及部分薄金属切割。
特点：需采用透红外材料（如硒化锌）制作镜片，对环境灰尘更敏感，需加强防护。
- 紫外激光切割头
适配紫外激光器（如 355nm），用于高精度微切割（如 PCB 板、蓝宝石、薄膜材料）。
特点：光斑极小（可至 10μm 以下），热影响区小，适合精密电子行业。
五 、激光切割头的选购要点
- 匹配激光器参数：确保切割头的波长适配性、功率承受能力与激光器一致（如高功率光纤激光器需选专用高功率切割头）。
- 结合切割材料与厚度：薄材精细切割选短焦距、小光斑切割头；厚材切割选长焦距、大孔径喷嘴，并确保调节范围覆盖材料厚度。
- 关注稳定性与耐用性：优先选择带高效散热（水冷）、高耐磨喷嘴、易更换保护镜设计的产品，降低维护成本。
- 自动化功能：对于批量生产或复杂工件，选择带自动调焦、高响应速度跟随系统的切割头，提升效率和一致性。
- 品牌与售后：知名品牌（如 Precitec、Raytools、万顺兴）的切割头性能更稳定，且售后服务网络完善，适合长期使用。
六、应用场景
精密制造：手机屏幕、电子元件、医疗器械的微切割（依赖紫外或高精密光纤切割头）。
金属加工：不锈钢板、铁板、铝合金等的平面切割、异形件切割（依赖光纤激光切割头）。
非金属加工：亚克力雕刻切割、布料裁剪、木材雕花（依赖 CO₂激光切割头）。
七、激光切割头品牌
激光切割头的国内品牌注重性价比和本土化服务，在技术上不断创新突破；国外品牌则凭借深厚的技术积累和先进的制造工艺，在高端市场占据一定优势。以下是一些常见的国内国外品牌介绍：
Precitec（普雷茨特）：全球激光切割头领域的领导者之一，以卓越的自动调焦功能和高效能闻名。其切割头能根据材料厚度和种类自动调整焦距，采用高质量材料制造，可承受极高切割功率，适用于光纤激光、CO₂激光等不同类型的激光切割设备，广泛应用于高精度金属切割领域。
IPG Photonics（IPG 光子）：全球知名的光纤激光器制造商，其激光切割头以高效的光束传输和稳定性著称。IPG 的切割头与光纤激光器配合良好，能处理高功率激光，适用于大厚度金属的切割，在汽车制造、航空航天等行业表现出色，且维护成本低。
Trumpf（通快）：德国激光加工设备领域的知名企业，其激光切割头具有极高的精度，适合薄金属和复杂形状的加工。配备智能化传感器和自动调焦系统，可自动调整切割参数，产品设计注重使用寿命，具有良好的抗腐蚀性和耐用性，适合长时间大批量生产。
柏楚（BOCHI）：柏楚切割头是上海柏楚电子科技股份有限公司的产品，该公司在激光切割控制领域具有较高的知名度。针对不同的功率段和应用场景，柏楚切割头有多种产品系列。例如，BLT310 是针对中小功率研发的极具性价比的智能切割头；BLT6 系是针对超高功率激光设备所研发的智能切割头，最高功率可支持 40kW；还有针对管材切割应用的 3T 系、4T 系、5H 系等多产品组合的高性能激光切管头.以 BLT310 为例，它体积小、重量轻，内部集成了多组智能传感器，可实时闭环智能监测，快速诊断及时预警。其标配气压传感器，气体控制更精准，断面质量更稳定，还具有开气保护功能，避免炸镜片。此外，它的调焦速度更快，调焦范围更广，穿孔更高效，支持更多切割工艺。
Raytools（嘉强激光）：中国本土激光切割头制造商，以高性价比和强大的技术支持赢得广泛市场。其切割头适用于光纤激光、CO₂激光等多种激光系统，产品线覆盖从低功率到高功率的需求，设计简化了操作和维护流程，减少了停机时间。
WSX（万顺兴）：专注于研发高效、稳定的激光切割头，在精密金属加工和薄片切割方面表现出色。产品具备自动调焦和智能传感器，能根据材料变化自动优化切割参数，还提供全面的技术支持和售后服务。
大族光聚：大族激光旗下品牌，其产品如 RC304 三维五轴切割头在三维异形曲面切割方面具有优势，打破了国外少数行业巨头的把控，代表着目前全球数控机床的最高技术水平。
总结：
激光切割头的选型需以 “参数协同、性能适配、场景聚焦” 为原则，通过科学测试与数据积累，构建精准的工艺体系。例如，某汽车零部件企业通过引入柏楚 “BL310” 切割头与工艺数据库，将不锈钢切割效率提升 35%，不良率从 5% 降至 1.2%，验证了系统化选型的价值。未来，随着 AI 与物联网技术的深度融合，切割头将向 “自感知、自决策、自优化” 方向发展，进一步推动激光加工智能化升级。
