國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等材料開(kāi)展了大量的光纖激光切割機(jī)理研究，并通過(guò)試驗(yàn)分析了激光功率、切割速度等工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響規(guī)律。Wandera C等人針對(duì)不銹鋼、低碳鋼厚板以及中厚鋁板進(jìn)行了光纖激光切割試驗(yàn)研究，建立了金屬工件激光切割功率閾值和材料去除速率的理論模型，并發(fā)現(xiàn)在相近的工件和工藝條件下，光纖激光切割的速度更高、割縫更窄，但CO2激光比光纖激光的切割質(zhì)量更好，光纖激光切割邊緣具有比典型CO2激光切割更復(fù)雜的條紋圖案。對(duì)于15 mm厚低碳鋼，由于光纖激光對(duì)金屬具有較高的熔化效率，切割時(shí)熔化金屬難以通過(guò)狹窄的切縫，被充分地噴射出去，這也是光纖激光切割厚板時(shí)切割邊緣質(zhì)量較差的主要原因。
光纖激光與CO2激光切割中厚板時(shí)的質(zhì)量差異還與材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收機(jī)制不同有關(guān)。Mahrle A等人發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)明顯的85.9°激光入射角即布儒斯特角（Brewster angle），高于該角度，材料對(duì)CO2激光的吸收率比對(duì)光纖激光的高，如下圖所示。并指出光纖激光切割時(shí)，相對(duì)于切割前沿角度，材料對(duì)激光的吸收率未處在最佳值；而對(duì)于CO2激光切割，則可以在很大厚度范圍內(nèi)獲得最佳的切割前沿傾斜角，以實(shí)現(xiàn)最佳吸收率。Hirano K等人也分析說(shuō)明了激光吸收率對(duì)角度的依賴性，致使不同波長(zhǎng)激光的切割質(zhì)量存在差異。
Scintilla L D等人采用2 kW光纖激光器對(duì)1 mm厚的鋁、鎂和鈦合金板進(jìn)行了切割試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其切割質(zhì)量明顯優(yōu)于其他文獻(xiàn)所報(bào)道的CO2激光切割質(zhì)量，且切口上半部分的Ra值均小于3 µm，下半部分的Ra值稍高；并在所探索的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，獲得了最大切割速度和輔助氣體壓力下的最佳切割條件。
Beyer E等人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于4 mm厚度范圍內(nèi)的不銹鋼，光纖激光切割面下半?yún)^(qū)域的粗糙度值與CO2激光切割的相當(dāng)；高于4 mm，光纖激光切割的粗糙度值劇增；8～10 mm以上板厚的CO2激光切割面的粗糙度值出現(xiàn)類似劇增情況。而6～10 mm厚度范圍內(nèi)光纖激光切割面的粗糙度基本保持不變。
IPG Photonics公司的研究組通過(guò)對(duì)比光纖激光與CO2激光切割低碳鋼的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)切割速度低于4 m/min時(shí)，光纖激光切割質(zhì)量占優(yōu)；當(dāng)切割速度在4～6 m/min時(shí)，二者相當(dāng)；當(dāng)切割速度大于6 m/min時(shí)，光纖激光切割質(zhì)量不理想。兩種激光切割20 mm以上低碳鋼的切割質(zhì)量相當(dāng)。上述數(shù)據(jù)對(duì)工程應(yīng)用具有極高的指導(dǎo)價(jià)值。
切割面上的條紋是激光切割最重要的質(zhì)量因素之一，它影響工件的表面粗糙度、外觀以及尺寸精度。消除切割條紋具有非常重要的意義，尤其是精密切割領(lǐng)域。
學(xué)者們經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不懈努力以弄清條紋的生成機(jī)理，并優(yōu)化工藝參數(shù)。Orishich A M等人開(kāi)展了基于最低表面粗糙度的光纖激光和CO2激光切割試驗(yàn)，推算出了獲得最低表面粗糙度的工藝條件，并給出了相應(yīng)的參數(shù)值。
Li L研究組采用單模光纖激光切割1～2 mm厚低碳鋼，在特定的工藝條件下得到了“無(wú)條紋”高質(zhì)量切縫，如下圖所示，給出了實(shí)現(xiàn)“無(wú)條紋”激光切割面的工藝窗口，并建立了理論模型以預(yù)測(cè)產(chǎn)生條紋的切割速度閾值。Powell J等人也獲得了類似的結(jié)果，并推斷切割面的低粗糙度與最優(yōu)化切割前沿有關(guān)，即切割前沿的入射角接近于激光—材料之間的布儒斯特角。
光纖激光切割薄料時(shí)所具有的高速度、高質(zhì)量等特點(diǎn)，使其在精密加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。Kleine K F等多位學(xué)者開(kāi)展了光纖激光精密切割在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，如不銹鋼血管支架。李曉宇、孫冬麗等人采用光纖激光對(duì)0.2、0.3 mm不銹鋼薄板進(jìn)行微細(xì)切割。官邦貴等人在0.4 mm厚不銹鋼板上采用光纖激光切割出了精密齒輪，其精度要求達(dá)到0.02 mm。
Scintilla L D等人通過(guò)光纖激光切割了1 mm厚Ti6Al4V板，并將切割邊進(jìn)行對(duì)接激光焊，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：通過(guò)合適工藝參數(shù)激光切割出的邊與傳統(tǒng)銑削加工出的邊，各自組成的對(duì)接激光焊接接頭的力學(xué)性能相當(dāng)，證明了光纖激光切割邊的質(zhì)量能夠直接用于后續(xù)的激光焊接。
航空航天產(chǎn)品中適用于光纖激光精密切割的結(jié)構(gòu)特征，包括薄壁孔系、線、不規(guī)則復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，如下圖所示，且其尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高。采用傳統(tǒng)的線切割或電火花雖能保證精度和表面質(zhì)量，但效率極低；高精度、高效率、高質(zhì)量的光纖激光切割不但是此類薄壁零件的最佳解決方案，同時(shí)也適合于多品種、小批量的生產(chǎn)模式。另外針對(duì)需要進(jìn)行焊接的鈦合金、鋁合金等零件，光纖激光切割技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
光纖激光切割以其短波長(zhǎng)、高光束質(zhì)量、高能量密度、高加工柔性等特點(diǎn)，使其相比于傳統(tǒng)CO2激光切割具有技術(shù)、效率、設(shè)備和成本優(yōu)勢(shì)，為工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了一種綜合成本低、高效生產(chǎn)力的切割加工解決方案，有望替代占據(jù)主要市場(chǎng)的CO2激光切割。學(xué)者們針對(duì)不同材料的光纖激光切割機(jī)理和工藝進(jìn)行了深入研究，獲得了大量具有工程應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。高質(zhì)量的光纖激光切割在精密加工領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用空間，尤其適用于醫(yī)療、電子、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域中薄壁零件的精密切割。
