Různé metody řezání laserového řezacího stroje.

Řezání laserem je bezkontaktní metoda zpracování s vysokou energií a dobrou ovladatelností hustoty. Laserový paprsek je zaostřen tak, aby vytvořil světelnou skvrnu s vysokou hustotou energie, která má mnoho charakteristik při aplikaci na řezání. Existují hlavně čtyři různé metody řezání pro řezání laserem, aby bylo možné řešit různé situace.

Laserový řezací stroj s kyvadlovým stolem	Jednostolový laserový řezací stroj	Stroj na řezání trubek laserem

Fúzní řezání

Při laserovém tavení a řezání se obrobek částečně nataví a roztavený materiál je rozstřikován pomocí proudění vzduchu. Protože k přenosu materiálu dochází pouze v kapalném stavu, nazývá se proces tavení a řezání laserem.

Laserový paprsek je spárován s vysoce čistým inertním řezným plynem, aby odháněl roztavený materiál od zářezu, a samotný plyn se neúčastní řezání. Laserové tavné řezání může dosáhnout vyšší řezné rychlosti než řezání zplyňováním. Energie potřebná ke zplynování je obvykle vyšší než energie potřebná k roztavení materiálu. Při laserovém tavení a řezání je laserový paprsek absorbován pouze částečně. Maximální řezná rychlost se zvyšuje s rostoucím výkonem laseru a klesá téměř nepřímo s rostoucí tloušťkou plechu a zvyšováním teploty tavení materiálu. V případě určitého výkonu laseru je limitujícím faktorem tlak vzduchu na štěrbině a tepelná vodivost materiálu. Laserové tavení a řezání může získat řezy bez oxidace pro železné materiály a titanové kovy. Hustota výkonu laseru, který způsobuje tavení, ale nikoli zplyňování, je mezi 104 W/cm2-105W/cm2 pro ocelové materiály.

Odpařované řezání

Při procesu řezání laserovým zplyňováním je rychlost nárůstu povrchové teploty materiálu na teplotu bodu varu tak rychlá, že stačí zabránit tavení způsobenému vedením tepla, takže se část materiálu odpaří na páru a zmizí a část materiál je rozstřikován ze spodní části štěrbiny pomocným plynem Proud odfukuje. V tomto případě je vyžadován velmi vysoký výkon laseru.

Aby se zabránilo kondenzaci par materiálu na stěně štěrbiny, nesmí tloušťka materiálu výrazně přesáhnout průměr laserového paprsku. Tento proces je proto vhodný pouze pro aplikace, kde je třeba se vyhnout odstraňování roztaveného materiálu. Toto zpracování se ve skutečnosti používá pouze v oblastech, kde jsou slitiny na bázi železa velmi malé.

Tento proces nelze použít pro materiály, jako je dřevo a určitá keramika, které nejsou v roztaveném stavu, a proto je nepravděpodobné, že by umožnily opětovné kondenzaci par materiálu. Navíc tyto materiály obvykle vyžadují silnější řezy. Při řezání laserovým zplyňováním závisí optimální zaostření paprsku na tloušťce materiálu a kvalitě paprsku. Výkon laseru a výparné teplo mají jen určitý vliv na optimální polohu zaostření. V případě určité tloušťky plechu je maximální řezná rychlost nepřímo úměrná teplotě odpařování 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 paprsku plynu.

Řízené řezání zlomenin

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: laserový paprsek ohřeje malou oblast křehkého materiálu, což způsobí velký teplotní gradient a silnou mechanickou deformaci v této oblasti, což vede ke vzniku trhlin v materiálu. Dokud je zachován rovnoměrný gradient ohřevu, může laserový paprsek vést trhliny v libovolném požadovaném směru.

Řezání oxidačním tavením (řezání laserovým plamenem)

Tavení a řezání obecně používají inertní plyn. Pokud je nahrazen kyslíkem nebo jinými aktivními plyny, materiál se zapálí ozářením laserového paprsku a dojde k prudké chemické reakci s kyslíkem, aby se vytvořil další zdroj tepla k dalšímu ohřevu materiálu, což se nazývá oxidační tavení a řezání.

V důsledku tohoto efektu je u konstrukční oceli stejné tloušťky řezná rychlost, kterou lze tímto způsobem získat, vyšší než řezná rychlost tavného řezání. Na druhou stranu může mít tato metoda horší kvalitu řezu ve srovnání s tavným řezáním. Ve skutečnosti vytvoří širší zářez, zjevnou drsnost, zvýšenou tepelně ovlivněnou oblast a horší kvalitu ostří. Řezání laserem plamenem není dobré, když propuštění přesných modelů a ostrých rohů (hrozí nebezpečí popálení ostrých rohů). K omezení tepelného vlivu lze použít pulzní laser a výkon laseru určuje rychlost řezání. V případě určitého výkonu laseru je limitujícím faktorem přívod kyslíku a tepelná vodivost materiálu.