روش های برش لیزری

تصعید یا تبخیر

تصعید نوعی تغییر فاز از حالت جامد به حالت گازی بدون فاز مایع میانی است. این همان فرآیند تبدیل یخ خشک به بخار بدون تبدیل شدن به مایع است. این ماده به سرعت انرژی را جذب می کند که در آن هیچ شانسی برای ذوب شدن وجود ندارد. همین اصل برای برش لیزری نیز اعمال می‌شود، که در آن مقدار زیادی انرژی در زمان نسبتاً کوتاهی به ماده منتقل می‌شود که باعث تغییر فاز مستقیم ماده از حالت جامد به گاز و با کمترین ذوب شدن ممکن می‌شود.

برش با ایجاد یک سوراخ کلید یا یک سوراخ اولیه آغاز می شود. در کرف، قابلیت جذب بیشتری وجود دارد که باعث می شود مواد سریعتر تبخیر شوند. این تبخیر ناگهانی بخار ماده ای با فشار بالا ایجاد می کند که در حالی که مواد را از برش بیرون می اندازد، دیواره های پوسته را بیشتر فرسایش می دهد. این سوراخ یا برش ایجاد شده را عمیق و بزرگ می کند.

این فرآیند برای برش پلاستیک، منسوجات، چوب، کاغذ و فوم مناسب است که تنها به مقدار کمی انرژی برای تبخیر شدن نیاز دارد.

ذوب شدن

در مقایسه با تصعید، ذوب برای رسیدن به انرژی کمتری نیاز دارد. انرژی مورد نیاز حدود یک دهم برش های لیزری تصعید کننده است. در این فرآیند پرتو لیزر مواد را گرم می کند که باعث ذوب شدن آن می شود. با ذوب شدن مواد، یک جت گاز از نازل کواکسیال با پرتو لیزر، مواد را از برش خارج می کند. گازهای کمکی مورد استفاده بی اثر یا بدون واکنش هستند (به عنوان مثال، هلیوم، آرگون و نیتروژن)، که فقط از طریق ابزارهای مکانیکی به برش کمک می کند.

به دلیل نیاز کم به انرژی برای برش فلزات غیر اکسید کننده یا فعال مانند فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود.

برش لیزری واکنشی

در این فرآیند از یک گاز واکنش پذیر برای تولید گرمای بیشتر از طریق واکنش با ماده استفاده می شود. این فرآیند با ذوب مواد با پرتو لیزر آغاز می شود. با ذوب شدن مواد، جریانی از گاز اکسیژن از نازل کواکسیال خارج می شود و با فلز مذاب واکنش می دهد. واکنش بین فلز و اکسیژن یک فرآیند گرمازا است که به معنای آزاد شدن گرما است. این گرما به ذوب شدن مواد کمک می کند که حدود 60 درصد از کل انرژی مورد نیاز برای برش مواد است. اکسیدهای فلز مذاب با فشار جت اکسیژن دفع می شوند.

جدای از انرژی کمتر مورد نیاز پرتو لیزر، سرعت برش با استفاده از گازهای راکتیو سریعتر از برش لیزری با گازهای بی اثر است. با این حال، از آنجایی که این فرآیند بر یک واکنش شیمیایی متکی است، اکسید فلز مذاب که توسط جت اکسیژن خارج نمی‌شود در امتداد لبه برش تشکیل می‌شود. این باعث ایجاد برش های با کیفیت پایین نسبت به استفاده از گازهای بی اثر می شود.

این فرآیند برای برش فولادهای کربنی ضخیم، فولادهای تیتانیوم و سایر فلزات به راحتی اکسید شده استفاده می شود.

شکستگی استرس حرارتی

این فرآیند شامل وارد کردن یک کرف کوچک در عمق حدود یک سوم ضخامت ماده با استفاده از لیزر است. سپس از لیزر برای القای تنش های موضعی استفاده می شود. این امر با گرم کردن یک نقطه کوچک که نیروهای فشاری در اطراف آن ایجاد می کند به دست می آید. پس از عبور از پرتو لیزر، ناحیه کمی خنک می شود و تنش های حرارتی ایجاد می کند. در برخی از طرح ها، خنک کننده ها برای کمک به ایجاد تنش حرارتی استفاده می شوند. هنگامی که این تنش های القا شده به سطوح شکست می رسند، شکافی منتشر می شود که باعث جدا شدن می شود.

حرکت پرتو لیزر این جداسازی را به صورت کنترل شده هدایت می کند. این روش معمولاً به توان کمتری نسبت به تبخیر لیزری با سرعت برش بهتر نیاز دارد. گرمایش موضعی معمولاً زیر دمای انتقال شیشه ای انجام می شود.

لیزرهای CO2 به طور گسترده برای این کاربرد استفاده می شود زیرا نور مادون قرمز با طول موج 10.6 میکرومتر برای برش بیشتر غیر فلزات ایده آل است. با این حال، همه مواد را نمی توان با یک نوع لیزر برش داد زیرا مواد مختلف نور را در طول موج های مختلف جذب می کنند. شکستگی های تنش حرارتی به طور گسترده برای برش مواد شکننده مانند سرامیک و شیشه استفاده می شود.

روش جدیدتر دیگری که از اصول شکست تنش حرارتی استفاده می کند، Dicing مخفیانه است. این یک فناوری برش لیزری است که در اصل توسط Hamamatsu Photonics توسعه یافته و در برش ویفرهای نیمه هادی و قطعات سیستم های میکروالکترومکانیکی یا MEMS استفاده می شود. در این نوع برش، کرف اولیه در یک نقطه داخلی از مواد ایجاد می شود. تاس مخفیانه یک فرآیند برش خشک است که در آن برش تولید شده تمیز و بدون رسوبات مذاب است.