除了傳統(tǒng)的沖裁和機(jī)械切割技術(shù)，飛行光路激光切割系統(tǒng)又為工業(yè)切割提供了新的選擇。 對(duì)紡織物、聚合物薄膜或其他一些復(fù)合材料的切割，越來(lái)越需要更具柔性、成本效率更高的加工技術(shù)。從當(dāng)今的市場(chǎng)趨勢(shì)中不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)械模切正逐步被激光切割所代替，也就是所謂的數(shù)控模切。 與傳統(tǒng)的模切系統(tǒng)相比，激光切割技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要原因是激光切割不需要模具。由此避免了購(gòu)買(mǎi)各種模具的成本，或制造模具產(chǎn)生的延期。另外，機(jī)械模切系統(tǒng)還存在許多自身的局限性，這源于其通過(guò)切割工具與材料之間的物理接觸進(jìn)行加工的特性。不需模具的激光切割系統(tǒng)還能靈活加工薄片型的材料，這也是它的另一大優(yōu)點(diǎn)。以上可以解釋為何激光切割系統(tǒng)能帶來(lái)更高的生產(chǎn)效率。 與激光切割的金屬材料相比，織物的熔點(diǎn)更低，因此對(duì)激光束的強(qiáng)度要求不高，只要功率在幾百瓦的連續(xù)波激光器都能用。然而，目前的開(kāi)發(fā)主要集中在如何提高切割速度以降低循環(huán)時(shí)間上。 除了要減少循環(huán)時(shí)間外，激光切割在改善生產(chǎn)效率及其加工技術(shù)本身還是存在很多優(yōu)點(diǎn)的。因?yàn)榧す馇懈钍且环N熱分離過(guò)程，加快切割的速度可以減少切口附近積累的熱量。 典型的激光切割機(jī)是一種能令激光束、材料板件（或兩者），同時(shí)在XY軸坐標(biāo)上移動(dòng)的龍門(mén)加工系統(tǒng)。由于這種結(jié)構(gòu)，作用在物體上的激光焦點(diǎn)在加工小輪廓、弧形或幾何圖形時(shí)，必須降低加工速度或光束路徑的精度。 一些生產(chǎn)商采用了克服這種局限性的一些方法，例如他們將重軸驅(qū)動(dòng)器與剛性的機(jī)器結(jié)構(gòu)結(jié)合，將輕質(zhì)機(jī)器結(jié)構(gòu)和纖維增強(qiáng)材料部件或多層切割技術(shù)（2-30層的織物同時(shí)切割）相結(jié)合。 德國(guó)弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所的科學(xué)家指出了上面解決方案的局限性，并進(jìn)行了相關(guān)的研究，以證實(shí)用于激光打標(biāo)的振鏡技術(shù)是否也能被用于激光切割織物。 新的解決方案：遠(yuǎn)程技術(shù) 為解決機(jī)械動(dòng)態(tài)性受限的問(wèn)題，需要采用高動(dòng)態(tài)的光束偏轉(zhuǎn)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可移動(dòng)的反射鏡可以對(duì)光束進(jìn)行定位。由于這些反射鏡重量輕，可通過(guò)光學(xué)掃描振鏡進(jìn)行操作，即使在高切割速度的情況下，光束的移動(dòng)定位也能保持精準(zhǔn)。最高能實(shí)現(xiàn)10g的加速度。這樣的動(dòng)態(tài)性能僅在無(wú)切割氣體的情況下可以實(shí)現(xiàn)，在切口上的殘余材料需要被完全氣化掉。 遠(yuǎn)程加工特別采用帶連續(xù)波輻照的激光器，其激光功率可達(dá)到數(shù)千瓦。工作行程最大能達(dá)到2米，加工區(qū)域能達(dá)到1米×1米。更高的激光功率與更長(zhǎng)焦距相結(jié)合，提供了更高的光束質(zhì)量，因此在織物加工中能實(shí)現(xiàn)每秒切割數(shù)米的切割速度。 高效生產(chǎn)安全氣囊 如今，越來(lái)越多的汽車(chē)都安裝了各種各樣的安全氣囊，以保證乘客的安全。這些五花八門(mén)的安全氣囊需要用到高度靈活及高效的系統(tǒng)工程。安全氣囊部件的切割多半是在需要輔助氣體的激光切割下完成的。由于是熱切割，所以加工通過(guò)織物邊緣融化實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有磨損。 近幾年來(lái)，由于多層切割系統(tǒng)的發(fā)展，激光織物切割的生產(chǎn)效率得到了極大地提高，能同時(shí)切割最多30層。然而，這項(xiàng)技術(shù)非常復(fù)雜，因?yàn)榉蛛x出單獨(dú)的層是絕對(duì)必需的，尤其是該層可能已經(jīng)被夾層分開(kāi)過(guò)。因此，每一層的切割質(zhì)量是不同的，根據(jù)質(zhì)量要求，需要適當(dāng)減少層的數(shù)量。 由于多層切割存在一些缺陷，科學(xué)家們開(kāi)始尋找新的制造解決方案，如遠(yuǎn)程激光切割技術(shù)。 常見(jiàn)的遠(yuǎn)程系統(tǒng)由掃描光學(xué)元件組成，將其安裝在被加工材料上方。通過(guò)掃描鏡片來(lái)控制光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。操作距離、加工范圍、焦距間的關(guān)聯(lián)比較復(fù)雜，而且能加工到的材料范圍也會(huì)影響最終結(jié)果。 現(xiàn)有一項(xiàng)由德國(guó)Held Systems公司研發(fā)的技術(shù)——連續(xù)移動(dòng)掃描光學(xué)元件下方的織物，并來(lái)回?cái)[動(dòng)掃描光學(xué)振鏡，以覆蓋到整個(gè)的織物范圍。這項(xiàng)技術(shù)使得即使在只有一個(gè)掃描頭和一臺(tái)激光器的情況下加工寬度很大的織物也能成為可能。圖1描繪了該設(shè)備的概念圖，該技術(shù)已由德國(guó)弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所開(kāi)始工業(yè)化。現(xiàn)在，新一代的安全氣囊激光切割系統(tǒng)誕生了，它的體積小，具有靈活性而且生產(chǎn)效率高。 圖1、一種新系統(tǒng)可使織物在光學(xué)掃描儀下方連續(xù)不斷地移動(dòng)， 通過(guò)來(lái)回?cái)[動(dòng)光學(xué)掃描鏡片，實(shí)現(xiàn)整個(gè)材料寬度區(qū)域內(nèi)的加工。圖2展示了Held CONTILAS 2500 2Sc系統(tǒng)，它包含以下各種部件：帶換輥裝置的松緊單元，用于連續(xù)傳輸織物的材料進(jìn)給裝置，通過(guò)切割區(qū)域的織物傳輸帶，一個(gè)封閉的帶有排氣系統(tǒng)的安全加工區(qū)域，一個(gè)或以上2kW二氧化碳板條激光器，一個(gè)或以上工作區(qū)域達(dá)到1平方米的高功率光學(xué)掃描頭。 圖2、CONTILAS 2500 2Sc代表了全新一代的安全氣囊激光切割系統(tǒng)， 它具備高度緊湊的外形，具有靈活性，生產(chǎn)效率高。通過(guò)使用這種機(jī)器進(jìn)行單層切割，可以不用在織物層之間添加其他單獨(dú)的材料（錫箔，紙），也減少了人員分離這些材料的時(shí)間。即使是單層激光切割，若采用兩個(gè)掃描頭系統(tǒng)，其輸出功率相對(duì)單個(gè)掃描頭能提升10%-100%，具體取決于切割的輪廓和長(zhǎng)度。與多層切割系統(tǒng)相比，機(jī)器的占地減少到1/3，嵌套達(dá)到7米長(zhǎng)。該機(jī)器比多層加工系統(tǒng)更牢固，它配備了交換桌和排氣系統(tǒng)。 切割安全氣囊 Held CONTILAS 2500 2Sc機(jī)器的概念是具有優(yōu)異的可擴(kuò)展性和模塊化。此外，它可以切割一次成型的單片織網(wǎng)材料（OPW）。這種氣囊的生產(chǎn)是一種多層加工技術(shù)，能同時(shí)縫制多層織物材料，這也呈現(xiàn)了未來(lái)氣囊技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 對(duì)單片織網(wǎng)切割機(jī)來(lái)說(shuō)，重要的挑戰(zhàn)就是需要能自動(dòng)修復(fù)面料的不平整，比如收縮或變形。物體上的參照點(diǎn)需要通過(guò)拍攝系統(tǒng)獲取，然后操作軟件對(duì)監(jiān)測(cè)到的位置進(jìn)行分析，針對(duì)實(shí)際的物體屬性重新計(jì)算光束的運(yùn)行軌跡。 優(yōu)化離線工藝的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃工具 將多軸系統(tǒng)與不同的機(jī)械、動(dòng)態(tài)屬性相結(jié)合，需要高智能的運(yùn)動(dòng)分割。在此，最高的物料速度是主要的考慮因素。將激光束移動(dòng)的參考路徑在掃描頭軸向運(yùn)動(dòng)和數(shù)控主軸運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行分割，可以在被切割的不同部分之間以最短的時(shí)間定位。一款配備CAD/CAM功能的離線軟件系統(tǒng)就是為CONTILAS技術(shù)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，可供用戶獨(dú)立開(kāi)發(fā)任何嵌套排樣，及機(jī)器的運(yùn)行路徑程序（見(jiàn)圖3）。通過(guò)圖形互動(dòng)菜單導(dǎo)航，可以將不同的切割輪廓進(jìn)行分段，其他的技術(shù)參數(shù)，比如切割速度和激光輸出功率也得到定義。這種優(yōu)化的計(jì)算程序已經(jīng)被成功運(yùn)用到其他一些有冗余軸系統(tǒng)的機(jī)器中。 圖3、一種具有CAD/CAM功能的離線軟件系統(tǒng)，可供用戶獨(dú)立開(kāi)發(fā)嵌套排樣， 并設(shè)計(jì)激光切割的路徑程序。結(jié)論 遠(yuǎn)程飛行切割技術(shù)使加工各種輪廓和不同寬度的材料成為可能。通過(guò)將不同的動(dòng)態(tài)和機(jī)械參數(shù)與軸系統(tǒng)相結(jié)合，可以進(jìn)一步改善該技術(shù)，這樣，與傳統(tǒng)的切割技術(shù)（如沖裁或機(jī)械切割）相比，激光切割技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)系統(tǒng)概念可將受到空間限制的高動(dòng)態(tài)光束反射技術(shù)移植到更廣闊、平坦的應(yīng)用領(lǐng)域，比如：柔性薄膜切割，皮革或紙張的切割，焊接熱交換器板，切割覆蓋面料和填料。