Εξάχνωση ή Εξάτμιση
Η εξάχνωση είναι ένας τύπος αλλαγής φάσης από στερεά σε αέρια κατάσταση, χωρίς ενδιάμεση υγρή φάση. Αυτή είναι η ίδια διαδικασία για το πώς ο ξηρός πάγος μετατρέπεται σε ατμό χωρίς να γίνεται υγρό. Το υλικό απορροφά γρήγορα ενέργεια στην οποία δεν υπάρχει περίπτωση να συμβεί τήξη. Η ίδια αρχή εφαρμόζεται στην κοπή με λέιζερ, όπου μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας προσδίδεται στο υλικό σε σχετικά σύντομο χρόνο που προκαλεί άμεση αλλαγή φάσης του υλικού από στερεά σε αέρια κατάσταση, με όσο το δυνατόν μικρότερη τήξη.
Η κοπή ξεκινά με τη δημιουργία μιας αρχικής κλειδαρότρυπας ή κεφαλής. Στην κεφαλή, υπάρχει μεγαλύτερη απορροφητικότητα που κάνει το υλικό να εξατμίζεται πιο γρήγορα. Αυτή η ξαφνική εξάτμιση δημιουργεί έναν ατμό υλικού με υψηλή πίεση που διαβρώνει περαιτέρω τα τοιχώματα της κεφαλής ενώ τα υλικά εκτοξεύονται από την κοπή. Αυτό βαθαίνει και μεγαλώνει την τρύπα ή το κόψιμο που έχει γίνει.
Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για την κοπή πλαστικών, υφασμάτων, ξύλου, χαρτιού και αφρού, που απαιτεί μόνο μικρές ποσότητες ενέργειας για να εξατμιστεί.
Τήξη
Σε σύγκριση με την εξάχνωση, η τήξη απαιτεί λιγότερη ενέργεια για να επιτευχθεί. Η ενέργεια που απαιτείται είναι περίπου το ένα δέκατο των κοπών με λέιζερ εξάχνωσης. Σε αυτή τη διαδικασία, η ακτίνα λέιζερ θερμαίνει το υλικό, το οποίο προκαλεί την τήξη του. Καθώς το υλικό λιώνει, ένας πίδακας αερίου από το ομοαξονικό ακροφύσιο με τη δέσμη λέιζερ διώχνει το υλικό από την κοπή. Τα υποβοηθητικά αέρια που χρησιμοποιούνται είναι αδρανή ή δεν αντιδρούν (π.χ. ήλιο, αργό και άζωτο), γεγονός που βοηθά στην κοπή μόνο με μηχανικά μέσα.
Λόγω των χαμηλών ενεργειακών αναγκών του χρησιμοποιείται για την κοπή μη οξειδωτικών ή ενεργών μετάλλων όπως ανοξείδωτος χάλυβας, τιτάνιο και κράματα αλουμινίου.
Αντιδραστική κοπή με λέιζερ
Σε αυτή τη διαδικασία, ένα αντιδραστικό αέριο χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει περισσότερη θερμότητα αντιδρώντας με το υλικό. Η διαδικασία ξεκινά με την τήξη του υλικού με μια δέσμη λέιζερ. Καθώς το υλικό λιώνει, ένα ρεύμα αερίου οξυγόνου βγαίνει από το ομοαξονικό ακροφύσιο, αντιδρώντας με το λιωμένο μέταλλο. Η αντίδραση μεταξύ του μετάλλου και του οξυγόνου είναι μια εξώθερμη διαδικασία που σημαίνει ότι απελευθερώνεται θερμότητα. Αυτή η θερμότητα βοηθά στην τήξη του υλικού, που είναι περίπου το 60% της συνολικής ενέργειας που απαιτείται για την κοπή του υλικού. Τα τετηγμένα οξείδια μετάλλων αποβάλλονται από την πίεση του πίδακα οξυγόνου.
Εκτός από τη χαμηλότερη ενέργεια που απαιτείται από τη δέσμη λέιζερ, οι ταχύτητες κοπής που χρησιμοποιούν αντιδραστικά αέρια είναι μεγαλύτερες από την κοπή με λέιζερ με αδρανή αέρια. Ωστόσο, δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία βασίζεται σε μια χημική αντίδραση, το οξείδιο του τετηγμένου μετάλλου που δεν αποβάλλεται από τον πίδακα οξυγόνου σχηματίζεται κατά μήκος της άκρης της κοπής. Αυτό δημιουργεί κοπές χαμηλής ποιότητας σε σχέση με τη χρήση αδρανών αερίων.
Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για την κοπή χοντρών ανθρακούχων χάλυβων, χάλυβων τιτανίου και άλλων μετάλλων που οξειδώνονται εύκολα.
Θραύση θερμικής καταπόνησης
Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την εισαγωγή μιας μικρής κεφαλής σε βάθη περίπου του ενός τρίτου του πάχους του υλικού χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ. Στη συνέχεια, το λέιζερ χρησιμοποιείται για την πρόκληση τοπικών τάσεων. Αυτό επιτυγχάνεται με τη θέρμανση ενός μικρού σημείου που δημιουργεί συμπιεστικές δυνάμεις γύρω του. Αφού περάσει η δέσμη λέιζερ, η περιοχή ψύχεται ελαφρώς, δημιουργώντας θερμικές τάσεις. Σε ορισμένα σχέδια, χρησιμοποιούνται ψυκτικά για να βοηθήσουν στη δημιουργία θερμικής καταπόνησης. Όταν αυτές οι επαγόμενες τάσεις φτάσουν σε επίπεδα αστοχίας, διαδίδεται μια ρωγμή που προκαλεί διαχωρισμό.
Η κίνηση της δέσμης λέιζερ κατευθύνει αυτόν τον διαχωρισμό με ελεγχόμενο τρόπο. Αυτή η μέθοδος απαιτεί συνήθως λιγότερη ισχύ από την εξάτμιση με λέιζερ με καλύτερες ταχύτητες κοπής. Η τοπική θέρμανση πραγματοποιείται συνήθως κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού.
Τα λέιζερ CO2 χρησιμοποιούνται ευρέως για αυτήν την εφαρμογή, καθώς το υπέρυθρο φως με μήκος κύματος 10,6 μm είναι ιδανικό για την κοπή των περισσότερων μη μετάλλων. Ωστόσο, δεν μπορούν να κοπούν όλα τα υλικά με έναν τύπο λέιζερ, καθώς διαφορετικά υλικά απορροφούν φως σε διαφορετικά μήκη κύματος. Οι θραύσεις θερμικής καταπόνησης χρησιμοποιούνται ευρέως για την κοπή εύθραυστων υλικών όπως τα κεραμικά και το γυαλί.
Μια άλλη νεότερη μέθοδος που χρησιμοποιεί τις αρχές της θραύσης θερμικής καταπόνησης είναι το Stealth Dicing. Πρόκειται για μια τεχνολογία κοπής με λέιζερ που αναπτύχθηκε αρχικά από τη Hamamatsu Photonics, η οποία χρησιμοποιείται στην κοπή γκοφρετών ημιαγωγών και εξαρτημάτων μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων ή MEMS. Σε αυτό το είδος κοπής, η αρχική κεφαλή δημιουργείται σε ένα εσωτερικό σημείο μέσα στο υλικό. Η κρυφή κοπή σε κύβους είναι μια διαδικασία ξηρής κοπής όπου το κόψιμο που παράγεται είναι καθαρό χωρίς λιωμένα ιζήματα.