Основний процес машини для лазерного різання
1. Вапоризаційне різання
Під час процесу лазерного газифікаційного різання температура поверхні матеріалу підвищується до температури кипіння настільки швидко, що цього достатньо, щоб уникнути плавлення, спричиненого теплопровідністю, тому частина матеріалу випаровується в пару та зникає, а частина матеріалу викидається з дна щілини допоміжним газом. Потік здуває. У цьому випадку потрібна дуже висока потужність лазера.
Щоб запобігти конденсації парів матеріалу на стінках пропилу, товщина матеріалу не повинна значно перевищувати діаметр лазерного променя. Таким чином, цей процес підходить лише для застосувань, де слід уникати викиду розплавленого матеріалу. Ця механічна обробка практично використовується лише в невеликих областях використання сплавів на основі заліза.
Цей процес не можна використовувати для таких матеріалів, як деревина та певна кераміка, які не перебувають у розплавленому стані і, отже, мають меншу ймовірність повторної конденсації парів матеріалу. Крім того, ці матеріали зазвичай забезпечують більш товсті розрізи. У лазерному паровому різанні оптимальне фокусування променя залежить від товщини матеріалу та якості променя. Лазерна потужність і теплота пароутворення лише певним чином впливають на оптимальне положення фокуса. Коли товщина пластини постійна, максимальна швидкість різання обернено пропорційна температурі газифікації матеріалу. Необхідна щільність потужності лазера перевищує 108 Вт/см2 і залежить від матеріалу, глибини різання та положення фокусу променя. У разі певної товщини пластини, за умови достатньої потужності лазера, максимальна швидкість різання обмежена швидкістю струменя газу.
2. Плавне різання
Під час лазерного різання оплавленням заготовка частково розплавляється, а розплавлений матеріал викидається за допомогою повітряного потоку. Оскільки перенесення матеріалу відбувається лише в його рідкому стані, процес називається лазерним різанням.
Лазерний промінь у поєднанні з інертним газом високої чистоти виводить розплавлений матеріал із пропилу, але сам газ не бере участі в різанні. Лазерне плавлення дозволяє досягти вищої швидкості різання, ніж газифікаційне різання. Енергія, необхідна для газифікації, як правило, вища, ніж необхідна для плавлення матеріалу. При лазерному різанні оплавленням лазерний промінь поглинається лише частково. Максимальна швидкість різання зростає зі збільшенням потужності лазера і зменшується майже обернено пропорційно збільшенню товщини листа і температури плавлення матеріалу. У разі певної потужності лазера лімітуючим фактором є тиск повітря на пропилі та теплопровідність матеріалу. Лазерне різання плавленням дозволяє отримати безокислювальні зрізи для залізних матеріалів і титанових металів. Густина потужності лазера, яка викликає плавлення, але менше, ніж газифікацію, становить від 104 Вт/см2 до 105 Вт/см2 для сталевих матеріалів.
3. Окислювальне плавлення (лазерне різання полум'ям)
Для різання плавленням зазвичай використовується інертний газ. Якщо його замінити киснем або іншим активним газом, матеріал запалюється під опроміненням лазерним променем, і з киснем відбувається бурхлива хімічна реакція з утворенням іншого джерела тепла, яке додатково нагріває матеріал, що називається різанням окислювальним плавленням. .
Завдяки цьому ефекту можна отримати вищі швидкості різання за допомогою цього методу, ніж за допомогою різання плавленням для такої ж товщини конструкційної сталі. З іншого боку, цей метод може мати гіршу якість різання, ніж різання оплавленням. Це фактично створює ширші пропили, помітну шорсткість, збільшену зону термічного впливу та нижчу якість краю. Лазерне різання полум'ям погано підходить для точних моделей і гострих кутів (небезпека обпалити гострі кути). Лазери в імпульсному режимі можна використовувати для обмеження теплових ефектів, а потужність лазера визначає швидкість різання. У разі певної потужності лазера лімітуючими факторами є подача кисню і теплопровідність матеріалу.
4. Контрольна розрізка зламу
Для крихких матеріалів, які легко пошкоджуються нагріванням, високошвидкісне та контрольоване різання виконується нагріванням лазерним променем, яке називається різанням з контрольованим руйнуванням. Основний зміст цього процесу різання полягає в тому, що лазерний промінь нагріває невелику ділянку крихкого матеріалу, викликаючи великий температурний градієнт і сильну механічну деформацію в цій області, що призводить до утворення тріщин у матеріалі. Поки підтримується рівномірний градієнт нагрівання, лазерний промінь може направляти тріщини в будь-якому бажаному напрямку.
