Główny proces maszyny do cięcia laserowego

1. Cięcie parowe.
W procesie cięcia gazyfikacją laserową temperatura powierzchni materiału wzrasta do temperatury wrzenia tak szybko, że wystarcza to, aby uniknąć stopienia spowodowanego przewodzeniem ciepła, więc część materiału odparowuje w parę i znika, a część materiału jest wydmuchiwana z dna szczeliny przez pomocniczy przepływ gazu jako wyrzut. W tym przypadku wymagana jest bardzo duża moc lasera.
Aby zapobiec kondensacji pary materiału na ścianie szczeliny, grubość materiału nie może znacznie przekraczać średnicy wiązki laserowej. Obróbka jest zatem odpowiednia tylko do zastosowań, w których należy unikać wykluczenia stopionego materiału. Obróbka jest w rzeczywistości stosowana tylko w bardzo małych obszarach zastosowań stopów na bazie żelaza.
Procesu nie można stosować w przypadku materiałów, takich jak drewno i niektóre materiały ceramiczne, które nie mają stanu topnienia i dlatego mało prawdopodobne jest, aby pozwoliły na ponowną kondensację pary materiału. Ponadto materiały te zwykle muszą uzyskać grubsze nacięcia. W cięciu z gazyfikacją laserową optymalne skupienie wiązki zależy od grubości materiału i jakości wiązki. Moc lasera i ciepło gazyfikacji mają tylko pewien wpływ na optymalną pozycję ogniskowania. W przypadku określonej grubości płyty maksymalna prędkość cięcia jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury gazyfikacji materiału. Wymagana gęstość mocy lasera jest większa niż 108 W/cm2 i zależy od materiału, głębokości cięcia i pozycji ogniskowania wiązki. W przypadku określonej grubości płyty, zakładając, że moc lasera jest wystarczająca, maksymalna prędkość cięcia jest ograniczona przez prędkość strumienia gazu.
2. Topienie i cięcie.
W cięciu laserowym metodą topienia, obrabiany przedmiot jest częściowo topiony, a stopiony materiał jest rozpylany za pomocą przepływu powietrza. Ponieważ przenoszenie materiału następuje tylko w stanie ciekłym, proces ten nazywa się cięciem laserowym metodą topienia.
Wiązka laserowa jest sparowana z gazem obojętnym o wysokiej czystości, aby odepchnąć stopiony materiał od szczeliny, podczas gdy sam gaz nie bierze udziału w cięciu. Cięcie przez topienie laserowe może uzyskać wyższą prędkość cięcia niż cięcie przez gazyfikację. Energia wymagana do gazyfikacji jest zwykle wyższa niż ta wymagana do stopienia materiału. W cięciu przez fuzję laserową wiązka laserowa jest tylko częściowo absorbowana. Maksymalna prędkość cięcia wzrasta wraz ze wzrostem mocy lasera i maleje niemal odwrotnie wraz ze wzrostem grubości płyty i temperatury topnienia materiału. W przypadku określonej mocy lasera czynnikiem ograniczającym jest ciśnienie powietrza przy szczelinie i przewodność cieplna materiału. Cięcie przez fuzję laserową materiałów żelaznych i tytanu można uzyskać bez nacięcia utleniającego. Gęstość mocy lasera, która powoduje topienie, ale mniejszą niż gazyfikacja, wynosi od 104 W/cm2 do 105 W/cm2 dla materiałów stalowych.
3. Cięcie przez topienie utleniające (cięcie płomieniowe laserem).
Cięcie strumieniem stopionego metalu zazwyczaj odbywa się przy użyciu gazu obojętnego, który jeśli zostanie zastąpiony tlenem lub innymi gazami aktywnymi, materiał ulega zapłonowi pod wpływem promieniowania wiązki laserowej, a intensywna reakcja chemiczna z tlenem wytwarza kolejne źródło ciepła, dzięki czemu materiał ulega dalszemu nagrzaniu. Proces ten nazywa się cięciem utleniająco-topliwym.
Z powodu tego efektu, przy tej samej grubości stali konstrukcyjnej, szybkość cięcia uzyskana tą metodą jest wyższa niż w przypadku cięcia przez topienie. Z drugiej strony, ta metoda może mieć gorszą jakość cięcia niż cięcie przez topienie. W rzeczywistości powoduje szerszą szczelinę, znaczną chropowatość, zwiększoną strefę wpływu ciepła i gorszą jakość krawędzi. Cięcie płomieniem laserowym nie jest dobre w przypadku obróbki precyzyjnych modeli i ostrych narożników (istnieje ryzyko wypalenia ostrych narożników). Tryb impulsowy lasera może być używany do ograniczenia efektu termicznego, a moc lasera określa prędkość cięcia. W przypadku określonej mocy lasera, czynnikiem ograniczającym jest dostarczanie tlenu i przewodność cieplna materiału.
4. Kontrola cięcia pęknięć.
W przypadku kruchych materiałów, które łatwo ulegają uszkodzeniu pod wpływem ciepła, szybkie i kontrolowane cięcie poprzez nagrzewanie wiązką laserową nazywa się kontrolowanym cięciem pęknięć. Główna treść tego procesu cięcia jest następująca: wiązka laserowa nagrzewa mały obszar kruchego materiału, powodując duży gradient cieplny i poważne odkształcenia mechaniczne w tym obszarze, co skutkuje powstawaniem pęknięć w materiale. O ile zachowany jest zrównoważony gradient nagrzewania, wiązka laserowa może prowadzić pęknięcie w dowolnym pożądanym kierunku.