लेजर कटिंग के तरीके

उर्ध्वपातन या वाष्पीकरण

ऊर्ध्वपातन ठोस अवस्था से गैसीय अवस्था में चरण परिवर्तन का एक प्रकार है, जिसमें कोई मध्यवर्ती द्रव चरण नहीं होता है। यह वही प्रक्रिया है जिसमें सूखी बर्फ बिना द्रव बने वाष्प में बदल जाती है। सामग्री जल्दी से ऊर्जा को अवशोषित कर लेती है जिसमें पिघलने की कोई संभावना नहीं होती है। यही सिद्धांत लेजर कटिंग पर भी लागू होता है, जिसमें अपेक्षाकृत कम समय में सामग्री में उच्च मात्रा में ऊर्जा प्रदान की जाती है जो सामग्री के ठोस से गैसीय अवस्था में सीधे चरण परिवर्तन का कारण बनती है, जिसमें जितना संभव हो उतना कम पिघलना होता है।

कट की शुरुआत एक प्रारंभिक कीहोल या केर्फ बनाने से होती है। केर्फ में, अधिक अवशोषण क्षमता होती है जिसके कारण सामग्री अधिक तेज़ी से वाष्पीकृत हो जाती है। यह अचानक वाष्पीकरण उच्च दबाव के साथ एक सामग्री वाष्प बनाता है जो कट से सामग्री को बाहर निकालते समय केर्फ की दीवारों को और अधिक नष्ट कर देता है। यह छेद या कट को गहरा और बड़ा करता है।

यह प्रक्रिया प्लास्टिक, कपड़ा, लकड़ी, कागज और फोम को काटने के लिए उपयुक्त है, जिन्हें वाष्पीकृत करने के लिए केवल थोड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

गलन

ऊर्ध्वपातन की तुलना में, पिघलने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऊर्ध्वपातन लेजर कट की तुलना में आवश्यक ऊर्जा लगभग दसवां हिस्सा होती है। इस प्रक्रिया में, लेजर बीम सामग्री को गर्म करती है, जिससे वह पिघल जाती है। जैसे ही सामग्री पिघलती है, लेजर बीम के साथ समाक्षीय नोजल से गैस का एक जेट कट से सामग्री को बाहर निकाल देता है। उपयोग की जाने वाली सहायक गैसें निष्क्रिय या गैर-प्रतिक्रियाशील होती हैं (जैसे, हीलियम, आर्गन और नाइट्रोजन), जो केवल यांत्रिक साधनों के माध्यम से काटने में सहायता करती हैं।

इसकी कम ऊर्जा आवश्यकता के कारण इसका उपयोग गैर-ऑक्सीकरण या सक्रिय धातुओं जैसे स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को काटने के लिए किया जाता है।

रिएक्टिव लेजर कटिंग

इस प्रक्रिया में, सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करके अधिक गर्मी उत्पन्न करने के लिए एक प्रतिक्रियाशील गैस का उपयोग किया जाता है। प्रक्रिया लेजर बीम के साथ सामग्री को पिघलाने से शुरू होती है। जैसे ही सामग्री पिघलती है, ऑक्सीजन गैस की एक धारा समाक्षीय नोजल से बाहर निकलती है, पिघली हुई धातु के साथ प्रतिक्रिया करती है। धातु और ऑक्सीजन के बीच की प्रतिक्रिया एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है जिसका अर्थ है कि गर्मी निकलती है। यह गर्मी सामग्री को पिघलाने में सहायता करती है, जो सामग्री को काटने के लिए आवश्यक कुल ऊर्जा का लगभग 60% है। पिघली हुई धातु के ऑक्साइड ऑक्सीजन जेट के दबाव से बाहर निकल जाते हैं।

लेजर बीम से कम ऊर्जा की आवश्यकता के अलावा, प्रतिक्रियाशील गैसों का उपयोग करके काटने की गति निष्क्रिय गैसों के साथ लेजर कटिंग की तुलना में तेज़ होती है। हालाँकि, चूँकि यह प्रक्रिया एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर निर्भर करती है, इसलिए पिघली हुई धातु ऑक्साइड जिसे ऑक्सीजन जेट द्वारा बाहर नहीं निकाला जाता है, कट के किनारे पर बन जाती है। यह निष्क्रिय गैसों का उपयोग करने की तुलना में कम गुणवत्ता वाले कट का उत्पादन करता है।

इस प्रक्रिया का उपयोग मोटे कार्बन स्टील, टाइटेनियम स्टील और अन्य आसानी से ऑक्सीकृत होने वाली धातुओं को काटने के लिए किया जाता है।

थर्मल स्ट्रेस फ्रैक्चर

इस प्रक्रिया में लेजर का उपयोग करके सामग्री की मोटाई के लगभग एक तिहाई की गहराई पर एक छोटा सा कट लगाना शामिल है। फिर लेजर का उपयोग स्थानीय तनाव को प्रेरित करने के लिए किया जाता है। यह एक छोटे से स्थान को गर्म करके प्राप्त किया जाता है जो इसके चारों ओर संपीड़न बल बनाता है। लेजर बीम से गुजरने के बाद, क्षेत्र थोड़ा ठंडा हो जाता है, जिससे थर्मल तनाव पैदा होता है। कुछ डिज़ाइनों में, थर्मल तनाव पैदा करने में सहायता के लिए शीतलक का उपयोग किया जाता है। जब ये प्रेरित तनाव विफलता के स्तर तक पहुँच जाते हैं, तो एक दरार फैल जाती है जो अलगाव का कारण बनती है।

लेजर बीम की गति इस पृथक्करण को नियंत्रित तरीके से निर्देशित करती है। इस विधि में आमतौर पर लेजर वाष्पीकरण की तुलना में कम शक्ति की आवश्यकता होती है और काटने की गति बेहतर होती है। स्थानीयकृत हीटिंग आमतौर पर ग्लास संक्रमण तापमान से नीचे की जाती है।

इस अनुप्रयोग के लिए CO₂ लेज़र का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि 10.6 µm की तरंगदैर्घ्य वाली अवरक्त प्रकाश अधिकांश अधातुओं को काटने के लिए आदर्श है। हालाँकि, सभी सामग्रियों को एक प्रकार के लेज़र द्वारा नहीं काटा जा सकता है क्योंकि विभिन्न सामग्रियाँ अलग-अलग तरंगदैर्घ्य पर प्रकाश को अवशोषित करती हैं। सिरेमिक और कांच जैसी भंगुर सामग्रियों को काटने के लिए थर्मल स्ट्रेस फ्रैक्चर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

थर्मल स्ट्रेस फ्रैक्चर के सिद्धांतों का उपयोग करने वाली एक और नई विधि स्टील्थ डाइसिंग है। यह मूल रूप से हमामात्सु फोटोनिक्स द्वारा विकसित एक लेजर कटिंग तकनीक है जिसका उपयोग सेमीकंडक्टर वेफर्स और माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम या एमईएमएस के भागों को काटने में किया जाता है। इस प्रकार की कटिंग में, प्रारंभिक कट सामग्री के भीतर एक आंतरिक बिंदु पर बनाया जाता है। स्टील्थ डाइसिंग एक सूखी कटिंग प्रक्रिया है जहाँ उत्पादित कट साफ होता है और इसमें कोई पिघला हुआ जमाव नहीं होता है।