กระบวนการหลักเครื่องตัดเลเซอร์

1. การตัดการระเหย
ในกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์เพื่อผลิตก๊าซ อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุจะเพิ่มขึ้นถึงจุดเดือดอย่างรวดเร็ว ซึ่งเพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงการหลอมละลายที่เกิดจากการนำความร้อน ดังนั้น วัสดุบางส่วนจึงระเหยเป็นไอและหายไป และส่วนหนึ่งของวัสดุจะถูกพัดออกไปจากด้านล่างของช่องโดยการไหลของก๊าซเสริมเป็นสารที่พุ่งออกมา ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้พลังงานเลเซอร์ที่สูงมาก
เพื่อป้องกันไม่ให้ไอของวัสดุควบแน่นบนผนังช่อง ความหนาของวัสดุจะต้องไม่เกินเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์มากเกินไป ดังนั้น การประมวลผลจึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องหลีกเลี่ยงการแยกวัสดุที่หลอมละลายออกไปเท่านั้น การประมวลผลนี้ใช้เฉพาะในพื้นที่ใช้งานขนาดเล็กมากสำหรับโลหะผสมเหล็กเท่านั้น
กระบวนการนี้ไม่สามารถใช้กับวัสดุ เช่น ไม้ และเซรามิกบางชนิด ที่ไม่มีสถานะการหลอมเหลว จึงไม่น่าจะทำให้ไอของวัสดุควบแน่นได้อีก นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้มักต้องมีรอยบากที่หนาขึ้น ในการตัดด้วยแก๊สซิฟิเคชันด้วยเลเซอร์ การโฟกัสลำแสงที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุและคุณภาพของลำแสง กำลังเลเซอร์และความร้อนจากแก๊สซิฟิเคชันมีอิทธิพลเพียงบางส่วนต่อตำแหน่งโฟกัสที่เหมาะสมที่สุด ในกรณีที่แผ่นมีความหนาเท่าใด ความเร็วในการตัดสูงสุดจะแปรผกผันกับอุณหภูมิแก๊สซิฟิเคชันของวัสดุ ความหนาแน่นของกำลังเลเซอร์ที่ต้องการจะมากกว่า 108W/cm2 และขึ้นอยู่กับวัสดุ ความลึกของการตัด และตำแหน่งโฟกัสลำแสง ในกรณีที่แผ่นมีความหนาเท่าใด โดยถือว่ามีกำลังเลเซอร์เพียงพอ ความเร็วในการตัดสูงสุดจะถูกจำกัดด้วยความเร็วของเจ็ทแก๊ส
2. การหลอมและการตัด
ในการตัดด้วยเลเซอร์ ชิ้นงานจะถูกหลอมละลายบางส่วนและวัสดุที่หลอมละลายจะถูกพ่นออกไปด้วยความช่วยเหลือของกระแสลม เนื่องจากการถ่ายโอนวัสดุเกิดขึ้นในสถานะของเหลวเท่านั้น กระบวนการนี้จึงเรียกว่าการตัดด้วยเลเซอร์หลอมละลาย
ลำแสงเลเซอร์จับคู่กับก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อผลักวัสดุที่หลอมละลายออกจากรอยแยก ในขณะที่ก๊าซนั้นไม่เกี่ยวข้องในการตัด การตัดด้วยเลเซอร์หลอมเหลวสามารถให้ความเร็วในการตัดที่สูงกว่าการตัดด้วยแก๊สซิฟิเคชัน พลังงานที่จำเป็นสำหรับแก๊สมักจะสูงกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการหลอมเหลวของวัสดุ ในการตัดด้วยเลเซอร์ฟิวชัน ลำแสงเลเซอร์จะถูกดูดซับเพียงบางส่วนเท่านั้น ความเร็วในการตัดสูงสุดจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของกำลังเลเซอร์ และจะลดลงเกือบจะตรงกันข้ามตามการเพิ่มขึ้นของความหนาของแผ่นและอุณหภูมิการหลอมเหลวของวัสดุ ในกรณีของกำลังเลเซอร์บางค่า ปัจจัยจำกัดคือแรงดันอากาศที่รอยแยกและการนำความร้อนของวัสดุ การตัดด้วยเลเซอร์ฟิวชันสำหรับวัสดุเหล็กและโลหะไททาเนียมสามารถทำได้โดยไม่ต้องมีการตัดออกซิเดชัน ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ที่ทำให้เกิดการหลอมเหลวแต่ต่ำกว่าแก๊สซิฟิเคชันอยู่ระหว่าง 104W/cm2 และ 105W/cm2 สำหรับวัสดุเหล็ก
3. การตัดด้วยการหลอมออกซิเดชัน (การตัดด้วยเปลวไฟเลเซอร์)
การตัดแบบหลอมเหลวโดยทั่วไปจะใช้ก๊าซเฉื่อย หากถูกแทนที่ด้วยออกซิเจนหรือก๊าซออกฤทธิ์อื่น วัสดุจะถูกจุดไฟภายใต้การฉายรังสีของลำแสงเลเซอร์ และปฏิกิริยาเคมีเข้มข้นกับออกซิเจนจะผลิตแหล่งความร้อนอีกแหล่งหนึ่ง ทำให้วัสดุได้รับความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งเรียกว่า การตัดแบบหลอมเหลวออกซิเดชัน
เนื่องจากผลกระทบนี้ สำหรับเหล็กโครงสร้างที่มีความหนาเท่ากัน อัตราการตัดที่ได้จากวิธีนี้จึงสูงกว่าการตัดด้วยการหลอม ในทางกลับกัน วิธีนี้อาจมีคุณภาพการตัดที่แย่กว่าการตัดด้วยการหลอม ในความเป็นจริงแล้ว วิธีการนี้ทำให้ได้รอยแยกที่กว้างขึ้น ความหยาบที่เห็นได้ชัด พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพิ่มขึ้น และคุณภาพขอบที่แย่ลง การตัดด้วยเปลวไฟด้วยเลเซอร์ไม่เหมาะสำหรับการตัดแบบจำลองที่มีความแม่นยำและมุมคม (มีความเสี่ยงที่มุมคมจะไหม้) โหมดพัลส์ของเลเซอร์สามารถใช้เพื่อจำกัดผลกระทบจากความร้อน และกำลังของเลเซอร์จะกำหนดความเร็วในการตัด ในกรณีที่มีกำลังเลเซอร์หนึ่งๆ ปัจจัยจำกัดคือการจ่ายออกซิเจนและการนำความร้อนของวัสดุ
4. ควบคุมการตัดแตกหัก
สำหรับวัสดุเปราะบางที่เสียหายได้ง่ายจากความร้อน การตัดด้วยความเร็วสูงและควบคุมได้โดยใช้ความร้อนจากลำแสงเลเซอร์เรียกว่าการตัดแบบควบคุมการแตกหัก เนื้อหาหลักของกระบวนการตัดนี้คือ ลำแสงเลเซอร์จะให้ความร้อนกับวัสดุเปราะบางในพื้นที่เล็กๆ ทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อนในปริมาณมากและการเสียรูปทางกลอย่างรุนแรงในพื้นที่ดังกล่าว ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวในวัสดุ ตราบใดที่รักษาการไล่ระดับความร้อนให้สมดุล ลำแสงเลเซอร์ก็สามารถนำทางรอยแตกร้าวไปในทิศทางที่ต้องการได้