Hlavní proces laserového řezacího stroje

1. Řezání odpařováním
Během procesu řezání laserovým zplyňováním stoupá povrchová teplota materiálu na teplotu bodu varu tak rychle, že stačí zabránit roztavení způsobenému vedením tepla, takže část materiálu se odpaří na páru a zmizí a část materiálu je vymrštěn ze dna štěrbiny pomocným plynem Proud odfoukne. V tomto případě jsou vyžadovány velmi vysoké výkony laseru.
Aby se zabránilo kondenzaci par materiálu na stěnách zářezu, nesmí tloušťka materiálu výrazně přesáhnout průměr laserového paprsku. Tento proces je proto vhodný pouze pro aplikace, kde je třeba zabránit vypouštění roztaveného materiálu. Toto obrábění se používá prakticky jen v malých oblastech použití u slitin na bázi železa.
Tento proces nelze použít pro materiály, jako je dřevo a určitá keramika, které nemají roztavený stav, a proto je méně pravděpodobné, že umožní opětovné kondenzaci par materiálu. Navíc tyto materiály obvykle dosahují silnějších řezů. Při laserovém řezání párou závisí optimální zaostření paprsku na tloušťce materiálu a kvalitě paprsku. Výkon laseru a výparné teplo mají jen určitý vliv na optimální polohu zaostření. Když je tloušťka desky konstantní, je maximální řezná rychlost nepřímo úměrná teplotě zplyňování materiálu. Požadovaná hustota výkonu laseru je větší než 108 W/cm2 a závisí na materiálu, hloubce řezu a poloze zaostření paprsku. V případě určité tloušťky plechu, za předpokladu dostatečného výkonu laseru, je maximální řezná rychlost omezena rychlostí proudu plynu.
2. Řezání tavením
Při laserovém tavném řezání je obrobek částečně roztaven a roztavený materiál je vyhazován pomocí proudu vzduchu. Protože k přenosu materiálu dochází pouze v jeho kapalném stavu, proces se nazývá laserové tavné řezání.
Laserový paprsek spojený s vysoce čistým inertním řezným plynem vytlačuje roztavený materiál ze zářezu, ale samotný plyn se na řezání nepodílí. Laserové tavné řezání může dosáhnout vyšší řezné rychlosti než řezání zplyňováním. Energie potřebná pro zplyňování je obecně vyšší než energie potřebná k roztavení materiálu. Při laserovém tavném řezání je laserový paprsek absorbován pouze částečně. Maximální řezná rychlost se zvyšuje se zvyšujícím se výkonem laseru a klesá téměř nepřímo úměrně s nárůstem tloušťky plechu a teploty tavení materiálu. V případě určitého výkonu laseru je limitujícím faktorem tlak vzduchu v řezu a tepelná vodivost materiálu. Laserové řezání tavením může získat řezy bez oxidace pro železné materiály a titanové kovy. Hustota výkonu laseru, která produkuje tavení, ale méně než zplyňování, je u ocelových materiálů mezi 104 W/cm2 a 105 W/cm2.
3. Oxidační tavné řezání (řezání laserovým plamenem)
Tavné řezání obecně používá inertní plyn. Pokud je nahrazen kyslíkem nebo jiným aktivním plynem, materiál se pod ozářením laserového paprsku zapálí a dojde k prudké chemické reakci s kyslíkem za vzniku dalšího zdroje tepla, který materiál dále zahřívá, čemuž se říká oxidační tavné řezání. .
Díky tomuto efektu lze touto metodou dosáhnout vyšších řezných rychlostí než tavným řezáním pro stejnou tloušťku konstrukční oceli. Na druhou stranu může mít tato metoda horší kvalitu řezu než tavné řezání. Ve skutečnosti vytváří širší zářezy, znatelnou drsnost, zvýšenou tepelně ovlivněnou oblast a horší kvalitu hran. Laserové řezání plamenem je špatné pro přesné modely a ostré rohy (nebezpečí popálení ostrých rohů). Lasery v pulzním režimu lze použít k omezení tepelných účinků a výkon laseru určuje rychlost řezání. V případě určitého výkonu laseru jsou limitujícími faktory přívod kyslíku a tepelná vodivost materiálu.
4. Kontrolní lomové řezání
U křehkých materiálů, které se snadno poškodí teplem, se provádí vysokorychlostní a kontrolovatelné řezání ohřevem laserovým paprskem, kterému se říká řízené lomové řezání. Hlavní náplní tohoto procesu řezání je to, že laserový paprsek ohřeje malou oblast křehkého materiálu, což způsobí velký teplotní gradient a silné mechanické deformace v této oblasti, což má za následek vznik trhlin v materiálu. Dokud je zachován rovnoměrný gradient ohřevu, může laserový paprsek směrovat trhliny v libovolném požadovaném směru.