Κύρια διαδικασία μηχανής κοπής λέιζερ

1, Κοπή εξάτμισης.
Στη διαδικασία κοπής αεριοποίησης με λέιζερ, η θερμοκρασία της επιφάνειας του υλικού ανεβαίνει στη θερμοκρασία του σημείου βρασμού τόσο γρήγορα που αρκεί για να αποφευχθεί η τήξη που προκαλείται από την αγωγιμότητα της θερμότητας, έτσι μέρος του υλικού εξατμίζεται σε ατμό και εξαφανίζεται, και μέρος του υλικού εκτινάσσεται μακριά από το κάτω μέρος της σχισμής από τη ροή του βοηθητικού αερίου ως εκτίναξη. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται πολύ υψηλή ισχύς λέιζερ.
Προκειμένου να αποτραπεί η συμπύκνωση των ατμών υλικού στο τοίχωμα της σχισμής, το πάχος του υλικού δεν πρέπει να υπερβαίνει κατά πολύ τη διάμετρο της δέσμης λέιζερ. Επομένως, η επεξεργασία είναι κατάλληλη μόνο για εφαρμογές όπου πρέπει να αποφεύγεται ο αποκλεισμός τετηγμένου υλικού. Η μηχανική κατεργασία χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα μόνο σε πολύ μικρές περιοχές χρήσης για κράματα με βάση το σίδηρο.
Η διαδικασία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υλικά, όπως το ξύλο και ορισμένα κεραμικά, που δεν έχουν κατάσταση τήξης και επομένως είναι απίθανο να επιτρέψουν στους ατμούς του υλικού να επανασυμπυκνωθούν. Επιπλέον, αυτά τα υλικά συνήθως πρέπει να επιτύχουν παχύτερες τομές. Στην κοπή αεριοποίησης με λέιζερ, η βέλτιστη εστίαση δέσμης εξαρτάται από το πάχος του υλικού και την ποιότητα της δέσμης. Η ισχύς λέιζερ και η θερμότητα αεριοποίησης έχουν μόνο ορισμένη επίδραση στη βέλτιστη θέση εστίασης. Στην περίπτωση συγκεκριμένου πάχους της πλάκας, η μέγιστη ταχύτητα κοπής είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη θερμοκρασία αεριοποίησης του υλικού. Η απαιτούμενη πυκνότητα ισχύος λέιζερ είναι μεγαλύτερη από 108 W/cm2 και εξαρτάται από το υλικό, το βάθος κοπής και τη θέση εστίασης της δέσμης. Στην περίπτωση ενός συγκεκριμένου πάχους της πλάκας, με την προϋπόθεση ότι υπάρχει αρκετή ισχύς λέιζερ, η μέγιστη ταχύτητα κοπής περιορίζεται από την ταχύτητα εκτόξευσης αερίου.
2. Λιώσιμο και κοπή.
Στην κοπή με τήξη με λέιζερ, το τεμάχιο εργασίας λιώνει μερικώς και το λιωμένο υλικό ψεκάζεται με τη βοήθεια ροής αέρα. Επειδή η μεταφορά του υλικού γίνεται μόνο στην υγρή του κατάσταση, η διαδικασία ονομάζεται κοπή με τήξη με λέιζερ.
Η δέσμη λέιζερ συνδυάζεται με ένα αδρανές αέριο κοπής υψηλής καθαρότητας για να ωθήσει το λιωμένο υλικό μακριά από τη σχισμή, ενώ το ίδιο το αέριο δεν εμπλέκεται στην κοπή. Η κοπή με τήξη λέιζερ μπορεί να έχει υψηλότερη ταχύτητα κοπής από την κοπή αεριοποίησης. Η ενέργεια που απαιτείται για την αεριοποίηση είναι συνήθως μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για την τήξη του υλικού. Στην κοπή με σύντηξη λέιζερ, η δέσμη λέιζερ απορροφάται μόνο μερικώς. Η μέγιστη ταχύτητα κοπής αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος λέιζερ και μειώνεται σχεδόν αντίστροφα με την αύξηση του πάχους της πλάκας και της θερμοκρασίας τήξης του υλικού. Στην περίπτωση ορισμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η πίεση του αέρα στη σχισμή και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Η κοπή με σύντηξη λέιζερ για υλικά σιδήρου και μέταλλο τιτανίου μπορεί να ληφθεί χωρίς τομή οξείδωσης. Η πυκνότητα ισχύος λέιζερ που παράγει τήξη αλλά μικρότερη από την αεριοποίηση είναι μεταξύ 104W/cm2 και 105W/cm2 για τα υλικά χάλυβα.
3, Κοπή τήξης οξείδωσης (κοπή φλόγας λέιζερ).
Η λιωμένη κοπή χρησιμοποιεί γενικά αδρανές αέριο, εάν αντικατασταθεί από οξυγόνο ή άλλα ενεργά αέρια, το υλικό αναφλέγεται υπό την ακτινοβολία της δέσμης λέιζερ και η έντονη χημική αντίδραση με το οξυγόνο παράγει μια άλλη πηγή θερμότητας, έτσι ώστε το υλικό να θερμαίνεται περαιτέρω, που ονομάζεται οξείδωση τήξη κοπής.
Εξαιτίας αυτού του αποτελέσματος, για το ίδιο πάχος δομικού χάλυβα, ο ρυθμός κοπής που επιτυγχάνεται με αυτή τη μέθοδο είναι υψηλότερος από αυτόν της κοπής τήξης. Από την άλλη πλευρά, αυτή η μέθοδος μπορεί να έχει χειρότερη ποιότητα κοπής από την κοπή με τήξη. Στην πραγματικότητα παράγει μια ευρύτερη σχισμή, σημαντική τραχύτητα, αυξημένη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και χειρότερη ποιότητα ακμών. Η κοπή με φλόγα λέιζερ δεν είναι καλή κατά την κατεργασία μοντέλων ακριβείας και αιχμηρές γωνίες (υπάρχει κίνδυνος καύσης από αιχμηρές γωνίες). Μια παλμική λειτουργία λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό της θερμικής επίδρασης και η ισχύς του λέιζερ καθορίζει την ταχύτητα κοπής. Στην περίπτωση ορισμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η παροχή οξυγόνου και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού.
4, έλεγχος κοπής κατάγματος.
Για εύθραυστα υλικά που καταστρέφονται εύκολα από τη θερμότητα, η υψηλής ταχύτητας και ελεγχόμενη κοπή μέσω θέρμανσης με δέσμη λέιζερ ονομάζεται κοπή ελεγχόμενης κατάγματος. Το κύριο περιεχόμενο αυτής της διαδικασίας κοπής είναι: η δέσμη λέιζερ θερμαίνει μια μικρή περιοχή του εύθραυστου υλικού, προκαλώντας μεγάλη θερμική κλίση και σοβαρή μηχανική παραμόρφωση στην περιοχή, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ρωγμών στο υλικό. Εφόσον διατηρείται μια ισορροπημένη κλίση θέρμανσης, η δέσμη λέιζερ μπορεί να καθοδηγήσει τη ρωγμή προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση.