关于用光纤激光切割厚金属的传统认知已逐渐过时。因此，有必要重新评估激光切割与等离子切割的相对能力。
高功率光纤激光器 ——如今功率已突破100千瓦——彻底颠覆了行业认知，挑战了关于成本、速度和性能的诸多传统认知。最关键的是，这些高功率光纤激光切割机不再主要局限于薄金属加工：在超过2英寸（50毫米）的材料厚度上，它们如今能持续超越等离子切割机的性能表现。
本现代化指南概述了推动这些变革的技术突破，并通过数据驱动的方式对比了光纤激光切割机与等离子切割机，最终解答关键问题：激光切割机究竟在何种情况下比等离子切割机更具经济性？
这些信息应能帮助您判断激光切割机能否提供满足您生产需求的性能、生产效率和投资回报率。
高功率光纤激光器的技术进步
最显著的进展体现在驱动光纤激光光源的泵浦二极管技术领域。单个发射器可实现的输出功率已提升数个数量级，从几分之一瓦跃升至数十瓦。
与此同时，二极管的电效率已从约20%提升至约70%。
这些核心技术进步使每瓦成本降低了100倍，同时提高了可靠性和使用寿命。
系统级改进方案：厚金属切割
仅凭原始激光功率不足以高效切割厚金属。其他切割系统组件的进步同样至关重要。
- 改进的光束传输：多模光纤激光器与专为高功率运行设计的切割头相结合，如今能在更深的切割深度下保持紧凑的光束聚焦。此技术还辅以光束摆动和动态聚焦调制等光学技术。
- 优化辅助气体输送：现代系统采用改进的辅助气体输送技术，能在切割过程中更高效地排出熔融材料。这对于在保持高切割速度的同时实现厚材料的清洁切割至关重要。
- 增强型热管理：高功率激光切割会产生大量热量。通过先进的冷却系统、更高效的光学元件以及智能化的系统控制，使光纤激光器能够在持续的高热负荷下保持稳定运行。
性能分析：光纤激光切割机与等离子切割机
激光切割相较于等离子技术具有显著优势，这已是公认的事实。激光切割精度更高，切口更窄更直，热影响区（HAZ）也更小。更光洁的边缘意味着激光切割件通常可直接进行焊接，无需后续加工。
激光技术还能精确制造出具有优异圆度和极小锥度的微孔。这不仅能节省时间，有时还能省去二次 穿孔 或钻孔设备。
光纤激光切割：对更高力量的信念
然而，传统观点认为，对于厚度超过1英寸（25毫米）的低碳钢（不锈钢厚度减半），激光切割速度慢于等离子切割。
这曾经（或多或少）是事实。但现在情况已然不同。
要了解随着高功率光纤激光器的普及，这种情况发生了怎样的变化，让我们回顾一些实际（且更近期的）切割数据。
上图展示了不同材料厚度下的切割速度，对比了行业领先的纤维激光切割技术与等离子切割技术。
这些针对普通钢和不锈钢的图表显示，对于10毫米至40毫米厚度的材料，高功率光纤激光切割机几乎总是比等离子切割机具有更高的切割速度。即使在40毫米厚材料上，60千瓦激光切割普通钢的速度也比460安培等离子切割机快约2.5倍。对于相同厚度的不锈钢，其优势进一步扩大至3.2倍。
数据显示，当激光功率降低至30千瓦或更低时，等离子切割机才比光纤激光器表现更优。且仅限于切割较厚截面时。
理解辅助气体
使用光纤激光器切割钢材最快且最清洁的方式是采用混合辅助气体（氮气加少量氧气）。上图所示所有激光优于等离子切割的测试案例均采用了混合辅助气体。
然而，当激光功率与厚度比降至足够低时，必须改用纯氧。氧气辅助气体虽能防止激光切割过程停滞，但必然导致切割速度降低且边缘质量下降。在激光切割效果逊于等离子切割的测试中，纯氧成为必需条件。
幸运的是，使用更强大的激光器时，这个问题完全不复存在。当采用功率在40千瓦及以上的激光器时，混合辅助气体可理想地切割除最厚金属（远超40毫米）以外的所有金属。
最终，这意味着40千瓦及以上的光纤激光器在绝大多数切割应用中，其切割钢材的速度都比等离子切割更快——通常速度优势非常显著。同时，它们还能实现更清洁、更平直的切口，且产生极少飞溅。 ——在绝大多数切割应用中，其速度优势往往极为显著。同时，它们还能实现更清洁、更平直的切边，并最大限度减少渣滓产生。
投资回报率分析：何时选择光纤激光器更合理？
高功率光纤激光器在速度、质量和稳定性方面优于等离子切割机，但购置成本更高。所幸其更高的生产效率能迅速收回这笔额外资本支出。
大多数运营成本 ——包括折旧、人工、间接费用和维护——都与系统的拥有和运营相关，而非切割速度。电力和其他耗材成本确实会随系统功率和使用频率增加，但其增长幅度并不与额外产量成正比。因此，如果激光切割机和等离子切割机在一个月内的运营成本大致相当（实际情况确实如此），那么在相同时间内产出更多的设备始终是更经济的选项。
成本与产出示例
让我们根据之前的数据，将40千瓦光纤激光器与300安培等离子切割机进行比较。
40千瓦光纤激光器以约8米/分钟的速度切割20毫米厚的低碳钢。满负荷运行时，每月可完成约38,000米的切割作业。
300安培等离子切割机的作业速度约为其一半，同等时间内可切割约19,000米。
我们可以准确估算，在这些使用率水平下，两套系统的 月运营成本均约为20,000美元。
若产品需求量约为38,000米，一台激光切割机即可满足需求。采用等离子切割实现同等产量则需两台设备，导致月运营成本翻倍 至40,000美元。
若单台激光切割机的购置成本比两台等离子切割机高出40万美元，那么每月节省的2万美元开支仅需20个月就能弥补这笔差价。
高功率光纤激光切割机是否适合您？
在特定条件下，激光切割能提供最佳价值和最快的投资回报率。若您的生产涉及以下情况，建议考虑投资高功率光纤激光器：
- 高利用率：设备保持充分运转，使基于吞吐量的成本节约得以快速累积。
- 清洁边缘要求：减少（或消除）后处理工序可直接转化为人力和设备成本节约。
- 焊接组件：激光切割的焊接就绪边缘可缩短准备时间并提升后续工序的流畅度。
- 精细特征：激光器可在单次操作中形成微小孔洞和精密轮廓。
- 占地面积有限：一台高功率激光器即可替代多台等离子切割机，从而缩小所需占地面积。
- 零件几何结构复杂：错综复杂的形状、紧凑的曲率半径以及内部特征，使得激光切割始终优于等离子切割。
激光切割解决方案入门指南
随着光纤激光技术的持续进步和激光设备功能的不断增强，在激光切割机与等离子切割机之间做出选择变得越来越复杂。
对于许多制造商和生产商而言，激光已成为金属切割的理想工具。而对另一些人来说，等离子切割依然更为实用。
请咨询我们的激光切割专家，了解您的应用场景中可实现的效果及投资回报率。
