Διάφορες μέθοδοι κοπής της μηχανής κοπής λέιζερ.

Η κοπή με λέιζερ είναι μια μέθοδος επεξεργασίας χωρίς επαφή με υψηλή ενέργεια και καλή πυκνότητα ελέγχου. Η δέσμη λέιζερ επικεντρώνεται για να σχηματίσει ένα φωτεινό σημείο με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, το οποίο έχει πολλά χαρακτηριστικά όταν εφαρμόζεται στην κοπή. Υπάρχουν κυρίως τέσσερις διαφορετικές μέθοδοι κοπής για κοπή με λέιζερ προκειμένου να αντιμετωπιστούν διαφορετικές καταστάσεις.

Μηχανή κοπής λέιζερ τραπεζιού	Μηχανή κοπής λέιζερ ενός τραπεζιού	Μηχανή κοπής λέιζερ σωλήνων

Κοπή σύντηξης

Κατά την τήξη και την κοπή με λέιζερ, το τεμάχιο εργασίας τήκεται εν μέρει και το τετηγμένο υλικό ψεκάζεται με τη βοήθεια ροής αέρα. Επειδή η μεταφορά του υλικού συμβαίνει μόνο στην υγρή του κατάσταση, η διαδικασία ονομάζεται τήξη και κοπή με λέιζερ.

Η δέσμη λέιζερ συνδυάζεται με ένα αδρανές αέριο κοπής υψηλής καθαρότητας για να απομακρύνει το λιωμένο υλικό από το kerf και το ίδιο το αέριο δεν συμμετέχει στην κοπή. Η κοπή τήξης με λέιζερ μπορεί να έχει υψηλότερη ταχύτητα κοπής από την κοπή αεριοποίησης. Η ενέργεια που απαιτείται για την αεριοποίηση είναι συνήθως υψηλότερη από την ενέργεια που απαιτείται για την τήξη του υλικού. Κατά την τήξη και την κοπή με λέιζερ, η δέσμη λέιζερ απορροφάται μόνο εν μέρει. Η μέγιστη ταχύτητα κοπής αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος λέιζερ και μειώνεται σχεδόν αντιστρόφως με την αύξηση του πάχους του φύλλου και την αύξηση της θερμοκρασίας τήξης του υλικού. Στην περίπτωση μιας συγκεκριμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η πίεση του αέρα στη σχισμή και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Η τήξη και η κοπή με λέιζερ μπορεί να επιτύχει τομές χωρίς οξείδωση για υλικά σιδήρου και μέταλλα τιτανίου. Η πυκνότητα ισχύος λέιζερ που παράγει τήξη αλλά όχι αεριοποίηση είναι μεταξύ 104W / cm2～105W/cm2 για χαλύβδινα υλικά.

Ατμοποιημένη κοπή

Στη διαδικασία κοπής αεριοποίησης με λέιζερ, η ταχύτητα της επιφανειακής θερμοκρασίας του υλικού που αυξάνεται στη θερμοκρασία του σημείου βρασμού είναι τόσο γρήγορη που αρκεί να αποφευχθεί η τήξη που προκαλείται από την αγωγιμότητα της θερμότητας, έτσι μέρος του υλικού εξατμίζεται σε ατμό και εξαφανίζεται και μέρος του υλικού ψεκάζεται από τον πυθμένα της σχισμής με βοηθητικό αέριο Η ροή απομακρύνεται. Σε αυτή την περίπτωση, απαιτείται πολύ υψηλή ισχύς λέιζερ.

Προκειμένου να αποφευχθεί η συμπύκνωση υδρατμών υλικού στο τοίχωμα σχισμής, το πάχος του υλικού δεν πρέπει να υπερβαίνει κατά πολύ τη διάμετρο της δέσμης λέιζερ. Επομένως, η διαδικασία αυτή είναι κατάλληλη μόνο για εφαρμογές όπου πρέπει να αποφεύγεται η αφαίρεση τηγμένου υλικού. Αυτή η επεξεργασία χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα μόνο σε περιοχές όπου τα κράματα με βάση το σίδηρο είναι πολύ μικρά.

Αυτή η διαδικασία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υλικά όπως το ξύλο και ορισμένα κεραμικά που δεν είναι σε τετηγμένη κατάσταση και επομένως είναι απίθανο να επιτρέψουν την επανασύνδεση του ατμού του υλικού. Επιπλέον, αυτά τα υλικά συνήθως απαιτούν παχύτερες περικοπές. Στην κοπή αεριοποίησης με λέιζερ, η βέλτιστη εστίαση της δέσμης εξαρτάται από το πάχος του υλικού και την ποιότητα της δέσμης. Η ισχύς λέιζερ και η θερμότητα εξάτμισης έχουν μόνο κάποια επίδραση στη βέλτιστη θέση εστίασης. Στην περίπτωση ενός ορισμένου πάχους του φύλλου, η μέγιστη ταχύτητα κοπής είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη θερμοκρασία εξάτμισης του υλικού. Η απαιτούμενη πυκνότητα ισχύος λέιζερ είναι μεγαλύτερη από 108W / cm2 και εξαρτάται από το υλικό, το βάθος κοπής και τη θέση εστίασης της δέσμης. Στην περίπτωση ενός συγκεκριμένου πάχους φύλλου, υποθέτοντας επαρκή ισχύ λέιζερ, η μέγιστη ταχύτητα κοπής περιορίζεται από την ταχύτητα εκτόξευσης αερίου.

Ελεγχόμενη κοπή κατάγματος

Για εύθραυστα υλικά που καταστρέφονται εύκολα από τη θερμότητα, η υψηλής ταχύτητας και ελεγχόμενη κοπή πραγματοποιείται με θέρμανση δέσμης λέιζερ, η οποία ονομάζεται ελεγχόμενη κοπή θραύσης. 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 σε αυτήν την περιοχή, οδηγώντας στο σχηματισμό ρωγμών στο υλικό. Όσο διατηρείται μια ομοιόμορφη κλίση θέρμανσης, η δέσμη λέιζερ μπορεί να καθοδηγήσει τις ρωγμές προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση.

Κοπή τήξης οξείδωσης (κοπή φλόγας με λέιζερ)

Η τήξη και η κοπή χρησιμοποιούν γενικά αδρανές αέριο. Εάν αντικατασταθεί από οξυγόνο ή άλλα ενεργά αέρια, το υλικό αναφλέγεται κάτω από την ακτινοβολία της δέσμης λέιζερ και μια έντονη χημική αντίδραση συμβαίνει με οξυγόνο για να δημιουργήσει μια άλλη πηγή θερμότητας για την περαιτέρω θέρμανση του υλικού, η οποία ονομάζεται οξειδωτική τήξη και κοπή .

Λόγω αυτού του αποτελέσματος, για δομικό χάλυβα του ίδιου πάχους, ο ρυθμός κοπής που μπορεί να επιτευχθεί με αυτή τη μέθοδο είναι υψηλότερος από αυτόν της κοπής τήξης. Από την άλλη, αυτή η μέθοδος μπορεί να έχει χειρότερη ποιότητα κοπής σε σύγκριση με την κοπή σύντηξης. Στην πραγματικότητα, θα παράγει ευρύτερο kerf, προφανή τραχύτητα, αυξημένη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και χειρότερη ποιότητα άκρων. Η κοπή φλόγας λέιζερ δεν είναι καλή όταν processing μοντέλα ακριβείας και αιχμηρές γωνίες (υπάρχει κίνδυνος καύσης των αιχμηρών γωνιών). Ένα παλμικό λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό της θερμικής επίδρασης και η ισχύς του λέιζερ καθορίζει την ταχύτητα κοπής. Στην περίπτωση μιας συγκεκριμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η παροχή οξυγόνου και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού.