กระบวนการหลักของเครื่องตัดเลเซอร์

1. การตัดไอระเหย
ในระหว่างกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุเพิ่มขึ้นจนถึงอุณหภูมิจุดเดือดอย่างรวดเร็วจนสามารถหลีกเลี่ยงการหลอมที่เกิดจากการนำความร้อนได้ ดังนั้นวัสดุส่วนหนึ่งจึงกลายเป็นไอและหายไป และส่วนหนึ่งของวัสดุถูกขับออกจาก ด้านล่างของช่องกรีดด้วยแก๊สเสริม กระแสลมพัดออกไป ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้กำลังแสงเลเซอร์ที่สูงมาก

เพื่อป้องกันไม่ให้ไอของวัสดุควบแน่นบนผนัง kerf ความหนาของวัสดุต้องไม่เกินเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์อย่างมาก กระบวนการนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องหลีกเลี่ยงการยกเว้นวัสดุหลอมเหลวเท่านั้น การตัดเฉือนนี้ใช้เฉพาะในพื้นที่ขนาดเล็กมากสำหรับโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กเท่านั้น

กระบวนการนี้ไม่สามารถใช้งานได้ เช่น ไม้และเซรามิกบางชนิด ซึ่งไม่อยู่ในสถานะหลอมเหลว ดังนั้นจึงมีโอกาสน้อยที่จะกลั่นตัวเป็นไอของวัสดุอีกครั้ง นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้มักจะทำให้ได้การตัดที่หนาขึ้น

ในการตัดเป็นแก๊สด้วยเลเซอร์ การโฟกัสลำแสงที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุและคุณภาพของลำแสง กำลังเลเซอร์และความร้อนของการกลายเป็นไอมีผลบางอย่างต่อตำแหน่งโฟกัสที่เหมาะสมที่สุดเท่านั้น ในกรณีของความหนาของเพลต ความเร็วตัดสูงสุดจะแปรผกผันกับอุณหภูมิการทำให้เป็นแก๊สของวัสดุ

ความหนาแน่นของกำลังเลเซอร์ที่ต้องการมากกว่า 108W/cm2 และขึ้นอยู่กับวัสดุ ความลึกของการตัด และตำแหน่งโฟกัสของลำแสง ในกรณีของความหนาของแผ่น สมมติว่ากำลังเลเซอร์เพียงพอ ความเร็วในการตัดสูงสุดจะถูกจำกัดด้วยความเร็วของเจ็ทแก๊ส

2. การหลอมและการตัด
ในการตัดด้วยเลเซอร์หลอม ชิ้นงานจะถูกหลอมบางส่วน จากนั้นวัสดุที่หลอมเหลวจะถูกขับออกมาโดยการไหลของอากาศ เนื่องจากการถ่ายโอนวัสดุเกิดขึ้นในสถานะของเหลวเท่านั้น กระบวนการนี้จึงเรียกว่าการตัดด้วยเลเซอร์

ลำแสงเลเซอร์ที่ประกอบกับก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูงจะผลักวัสดุที่หลอมเหลวออกจากร่องฟันโดยที่ตัวแก๊สไม่ได้ตัดเอง การตัดด้วยเลเซอร์ฟิวชันสามารถทำความเร็วตัดได้สูงกว่าการตัดด้วยแก๊ส พลังงานที่จำเป็นสำหรับการแปรสภาพเป็นแก๊สมักจะสูงกว่าพลังงานที่จำเป็นในการหลอมวัสดุ

ในการตัดด้วยเลเซอร์หลอม ลำแสงเลเซอร์จะถูกดูดซับเพียงบางส่วนเท่านั้น ความเร็วตัดสูงสุดเพิ่มขึ้นตามกำลังเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น และลดลงเกือบผกผันกับความหนาของแผ่นและอุณหภูมิหลอมเหลวของวัสดุที่เพิ่มขึ้น ในกรณีของกำลังแสงเลเซอร์ ปัจจัยจำกัดคือแรงดันแก๊สที่จุดตัดและค่าการนำความร้อนของวัสดุ

การตัดด้วยเลเซอร์ฟิวชันสามารถผลิตการตัดที่ปราศจากออกไซด์สำหรับเหล็กและไททาเนียม ความหนาแน่นของกำลังแสงเลเซอร์ที่ทำให้เกิดการหลอมเหลวแต่ไม่เป็นแก๊สอยู่ระหว่าง 104W/cm2 และ 105 W/cm2 สำหรับวัสดุเหล็ก

3. การตัดหลอมด้วยออกซิเดชัน (การตัดด้วยเปลวไฟด้วยเลเซอร์)
การตัดแบบฟิวชันโดยทั่วไปจะใช้ก๊าซเฉื่อย หากใช้ออกซิเจนหรือก๊าซแอคทีฟอื่นๆ แทน วัสดุจะถูกจุดไฟภายใต้การฉายรังสีของลำแสงเลเซอร์ และปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงกับออกซิเจนจะทำให้เกิดแหล่งความร้อนอีกแหล่งหนึ่งเพื่อให้ความร้อนแก่วัสดุมากขึ้น ซึ่งเรียกว่าการตัดด้วยการหลอมออกซิเดชัน .

ด้วยเหตุนี้ สำหรับความหนาเท่ากันของเหล็กโครงสร้าง วิธีนี้จึงสามารถได้รับอัตราการตัดที่สูงกว่าการตัดแบบหลอมรวม ในทางกลับกัน วิธีนี้อาจมีคุณภาพการตัดที่แย่กว่าการตัดแบบฟิวชัน ในทางปฏิบัติ จะทำให้เกิดรอยตัดที่กว้างขึ้น มีความหยาบที่สังเกตได้ เพิ่มบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และคุณภาพของคมตัดที่แย่ลง

การตัดด้วยเปลวไฟด้วยเลเซอร์ไม่ดีสำหรับรุ่นที่มีความแม่นยำและมุมแหลม (เสี่ยงต่อการไหม้ที่มุมแหลม) ผลกระทบจากความร้อนสามารถจำกัดได้โดยใช้เลเซอร์โหมดพัลซิ่ง โดยที่พลังของเลเซอร์กำหนดความเร็วตัด ที่พลังงานเลเซอร์ที่กำหนด ปัจจัยจำกัดคือการจ่ายออกซิเจนและค่าการนำความร้อนของวัสดุ

4. ควบคุมการตัดแตกหัก

สำหรับวัสดุเปราะที่เสียหายได้ง่ายจากความร้อน การตัดด้วยความเร็วสูงและสามารถควบคุมได้โดยการให้ความร้อนด้วยลำแสงเลเซอร์จะเรียกว่าการตัดการแตกหักแบบควบคุม เนื้อหาหลักของกระบวนการตัดนี้คือลำแสงเลเซอร์ให้ความร้อนกับวัสดุที่เปราะบางในพื้นที่เล็กๆ ทำให้เกิดการไล่ระดับจากความร้อนขนาดใหญ่และการเสียรูปทางกลอย่างรุนแรงในบริเวณนี้ ส่งผลให้เกิดรอยแตกในวัสดุ ลำแสงเลเซอร์สามารถกำหนดทิศทางรอยแตกในทิศทางที่ต้องการได้ตราบเท่าที่ยังคงรักษาระดับความร้อนที่สม่ำเสมอ