Verdampfungsschneiden
Beim Erhitzen durch einen Laserstrahl mit hoher Leistungsdichte steigt die Oberflächentemperatur des Materials so schnell bis zum Siedepunkt, dass ein durch Wärmeleitung verursachtes Schmelzen vermieden wird. Ein Teil des Materials verdampft zu Dampf und verschwindet, während ein Teil des Materials durch den Hilfsgasstrom als Auswurf vom Boden des Schlitzes weggeblasen wird. Einige Materialien, die nicht geschmolzen werden können, wie Holz, Kohlenstoffmaterialien und einige Kunststoffe, werden mit dieser Verdampfungsschneidmethode geschnitten und geformt.
Beim Verdampfungsschneidvorgang nimmt der Dampf die geschmolzenen Partikel mit und spült die Rückstände weg, sodass Löcher entstehen. Beim Verdampfungsprozess verwandeln sich etwa 40 % des Materials in Dampf und verschwinden, während 60 % des Materials in Form geschmolzener Tröpfchen durch den Luftstrom weggetrieben werden.
Schmelzschneiden
Wenn die Leistungsdichte des einfallenden Laserstrahls einen bestimmten Wert überschreitet, beginnt das Material im Bestrahlungspunkt des Strahls zu verdampfen und ein Loch zu bilden. Sobald dieses kleine Loch gebildet ist, absorbiert es als schwarzer Körper die gesamte Energie des einfallenden Strahls. Das kleine Loch ist von der Wand aus geschmolzenem Metall umgeben, und dann saugt der Hilfsluftstrom, der koaxial zum Strahl verläuft, das geschmolzene Material um das Loch herum weg. Während sich das Werkstück bewegt, bewegt sich das kleine Loch synchron in Schnittrichtung, um einen Schlitz zu bilden. Der Laserstrahl strahlt weiter entlang der Vorderkante des Schlitzes, und das geschmolzene Material wird kontinuierlich oder pulsierend vom Schlitz weggeblasen.
Oxidationsschmelzen
Beim Schmelzschneiden wird im Allgemeinen Inertgas verwendet. Wenn es durch Sauerstoff oder andere aktive Gase ersetzt wird, wird das Material unter der Bestrahlung des Laserstrahls entzündet und es kommt zu einer heftigen chemischen Reaktion mit Sauerstoff, um eine weitere Wärmequelle zu erzeugen, die als Oxidationsschmelzschneiden bezeichnet wird. Die spezifische Beschreibung lautet wie folgt:
⑴ Die Oberfläche des Materials wird durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl schnell auf die Zündtemperatur erhitzt. Anschließend kommt es zu einer heftigen Verbrennungsreaktion mit Sauerstoff, bei der große Wärmemengen freigesetzt werden. Unter der Einwirkung dieser Wärme bilden sich im Inneren des Materials kleine, mit Dampf gefüllte Löcher, die von Wänden aus geschmolzenem Metall umgeben sind.
⑵ Die Umwandlung des brennenden Materials in Schlacke steuert die Verbrennungsrate von Sauerstoff und Metall. Gleichzeitig hat auch die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff durch die Schlacke zur Zündfront diffundiert, einen großen Einfluss auf die Verbrennungsrate. Je höher die Sauerstoffdurchflussrate, desto schneller ist die chemische Verbrennungsreaktion und die Entfernung der Schlacke. Natürlich ist es besser, je höher die Sauerstoffdurchflussrate ist, denn eine zu schnelle Durchflussrate führt zu einer schnellen Abkühlung des Reaktionsprodukts, nämlich des Metalloxids, am Auslass des Schlitzes, was sich ebenfalls nachteilig auf die Schnittqualität auswirkt.
⑶ Offensichtlich gibt es beim Oxidationsschmelzschneidprozess zwei Wärmequellen, nämlich die Laserbestrahlungsenergie und die Wärmeenergie, die durch die chemische Reaktion von Sauerstoff und Metall erzeugt wird. Es wird geschätzt, dass beim Schneiden von Stahl die durch die Oxidationsreaktion freigesetzte Wärme etwa 60 % der gesamten zum Schneiden benötigten Energie ausmacht.
Offensichtlich kann durch die Verwendung von Sauerstoff als Hilfsgas eine höhere Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zu Schutzgas erreicht werden.
⑷ Wenn beim Oxidationsschmelzschneidverfahren mit zwei Wärmequellen die Brenngeschwindigkeit des Sauerstoffs höher ist als die Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls, erscheint der Schlitz breit und rau. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls höher ist als die Brenngeschwindigkeit des Sauerstoffs, ist der entstehende Schlitz schmal und glatt.
Kontrollierter Bruch
Bei spröden Materialien, die durch Hitze leicht beschädigt werden, wird das schnelle und kontrollierbare Schneiden durch Laserstrahlerhitzung als kontrolliertes Bruchschneiden bezeichnet. Der Hauptinhalt dieses Schneideprozesses ist: Der Laserstrahl erhitzt einen kleinen Bereich des spröden Materials, wodurch ein großer thermischer Gradient und eine starke mechanische Verformung in dem Bereich entstehen, was zu Rissen im Material führt. Solange der Erwärmungsgradient ausgeglichen ist, kann der Laserstrahl den Riss in jede gewünschte Richtung lenken.
Es ist zu beachten, dass dieser kontrollierte Bruchschnitt nicht zum Schneiden scharfer Winkel und Eckschlitze geeignet ist. Auch das Schneiden besonders großer geschlossener Formen ist nicht einfach. Kontrollieren Sie die Bruchschnittgeschwindigkeit schnell und verwenden Sie keine zu hohe Leistung, da sonst die Werkstückoberfläche schmilzt und die Schlitzkante beschädigt wird. Die wichtigsten Kontrollparameter sind Laserleistung und Punktgröße.
