लेजर काट्ने को परिचय

लेजर काट्ने एउटा प्रविधि हो जसले लेजरको प्रयोग गरी सामग्रीलाई वाष्पीकरण गर्छ, जसको परिणामस्वरूप काटिएको किनारा हुन्छ।सामान्यतया औद्योगिक उत्पादन अनुप्रयोगहरूको लागि प्रयोग गर्दा, यो अब स्कूलहरू, साना व्यवसायहरू, वास्तुकला, र hobbyists द्वारा प्रयोग गरिन्छ।लेजर काट्ने काम सामान्यतया अप्टिक्स मार्फत उच्च-शक्ति लेजरको आउटपुट निर्देशित गरेर।लेजर अप्टिक्स र सीएनसी (कम्प्युटर संख्यात्मक नियन्त्रण) लेजर किरणलाई सामग्रीमा निर्देशित गर्न प्रयोग गरिन्छ।सामग्री काट्नको लागि व्यावसायिक लेजरले सामग्रीमा काट्नको लागि ढाँचाको सीएनसी वा जी-कोड अनुसरण गर्न गति नियन्त्रण प्रणाली प्रयोग गर्दछ।फोकस गरिएको लेजर बीम सामग्रीमा निर्देशित हुन्छ, जुन कि त पग्लिन्छ, जल्छ, वाष्पीकरण हुन्छ, वा ग्यासको जेटले उडाउँछ, [१] उच्च गुणस्तरको सतह फिनिशको साथ किनार छोड्छ।

इतिहास
1965 मा, पहिलो उत्पादन लेजर काट्ने मेसिन हीराको मृत्युमा प्वालहरू ड्रिल गर्न प्रयोग गरिएको थियो।यो मेसिन पश्चिमी इलेक्ट्रिक इन्जिनियरिङ अनुसन्धान केन्द्र द्वारा बनाईएको थियो।1967 मा, ब्रिटिश अग्रगामी लेजर-सहायता अक्सिजन जेट धातु को काटने।प्रारम्भिक 1970 मा, यो प्रविधि एयरोस्पेस अनुप्रयोगहरूको लागि टाइटेनियम काट्न उत्पादनमा राखिएको थियो।एकै समयमा CO2 लेजरहरूलाई गैर-धातुहरू, जस्तै कपडाहरू काट्न अनुकूलित गरिएको थियो, किनभने, समय मा, CO2 लेजरहरू धातुहरूको थर्मल चालकता परास्त गर्न पर्याप्त शक्तिशाली थिएनन्। [5]

प्रक्रिया

सीएनसी इन्टरफेस मार्फत प्रोग्राम गरिएको काट्ने निर्देशनहरूको साथ इस्पातको औद्योगिक लेजर काटन
लेजर बीम सामान्यतया कार्य क्षेत्रमा उच्च-गुणस्तर लेन्स प्रयोग गरेर केन्द्रित छ।बीमको गुणस्तरले केन्द्रित स्थान आकारमा प्रत्यक्ष प्रभाव पार्छ।फोकस गरिएको बीमको साँघुरो भाग सामान्यतया ०.०१२५ इन्च (०.३२ मिमी) व्यास भन्दा कम हुन्छ।सामाग्री मोटाई मा निर्भर गर्दछ, 0.004 इन्च (0.10 मिमी) को रूप मा सानो केर्फ चौडाई सम्भव छ।किनारा बाहेक कतैबाट काट्न सुरु गर्न सक्षम हुनको लागि, प्रत्येक काट्नु अघि पियर्स गरिन्छ।छेड्दा सामान्यतया उच्च-शक्तिको स्पंदित लेजर बीम समावेश हुन्छ जसले बिस्तारै सामग्रीमा प्वाल बनाउँछ, उदाहरणका लागि, ०.५-इन्च-मोटो (१३ मिमी) स्टेनलेस स्टीलको लागि ५-१५ सेकेन्ड लाग्छ।

लेजर स्रोतबाट सुसंगत प्रकाशको समानान्तर किरणहरू प्रायः ०.०६–०.०८ इन्च (१.५–२.० मिमी) व्यासको बीचमा हुन्छन्।यो किरण सामान्यतया केन्द्रित र एक धेरै तीव्र लेजर बीम सिर्जना गर्न लगभग 0.001 इन्च (0.025 मिमी) को धेरै सानो स्थानमा लेन्स वा ऐना द्वारा तीव्र हुन्छ।कन्टूर काट्ने क्रममा सकेसम्म सहज फिनिश प्राप्त गर्नको लागि, बीम ध्रुवीकरणको दिशा घुमाउनुपर्छ किनभने यो कन्टोर गरिएको वर्कपीसको परिधिको वरिपरि जान्छ।पाना धातु काटन को लागी, फोकल लम्बाई सामान्यतया 1.5-3 इन्च (38-76 मिमी) हो। [7]

मेकानिकल काटनमा लेजर काट्ने फाइदाहरूमा सजिलो कार्य होल्डिंग र वर्कपीसको कम प्रदूषण समावेश छ (किनकि त्यहाँ कुनै अत्याधुनिक किनारा छैन जुन सामग्रीले दूषित हुन सक्छ वा सामग्रीलाई दूषित गर्न सक्छ)।परिशुद्धता राम्रो हुन सक्छ, किनकि लेजर बीम प्रक्रियाको समयमा लगाउँदैन।लेजर प्रणाली एक सानो गर्मी-प्रभावित क्षेत्र भएकोले, काटिएको सामग्री warping को एक कम मौका पनि छ।केही सामग्रीहरू पनि धेरै गाह्रो वा अधिक परम्परागत माध्यमहरू द्वारा काट्न असम्भव छन्।

धातुका लागि लेजर काट्ने प्लाज्मा काट्ने भन्दा बढी सटीक [९] र शीट धातु काट्दा कम ऊर्जा प्रयोग गर्ने फाइदाहरू छन्;यद्यपि, धेरैजसो औद्योगिक लेजरहरूले प्लाज्माले गर्न सक्ने ठूलो धातु मोटाईलाई काट्न सक्दैनन्।उच्च शक्तिमा काम गर्ने नयाँ लेजर मेसिनहरू (6000 वाट, प्रारम्भिक लेजर काट्ने मेसिनको 1500 वाट मूल्याङ्कनसँग विपरित) तिनीहरूको बाक्लो सामग्रीहरू काट्ने क्षमतामा प्लाज्मा मेसिनहरू नजिक आउँदैछन्, तर त्यस्ता मेसिनहरूको पूँजी लागत प्लाज्माको भन्दा धेरै बढी छ। स्टील प्लेट जस्तै मोटो सामग्री काट्न सक्षम काटने मेसिन। [10]

प्रकारहरू

4000 वाट CO2 लेजर कटर
लेजर काटनमा प्रयोग हुने तीन मुख्य प्रकारका लेजरहरू छन्।CO2 लेजर काटन, बोरिङ, र उत्कीर्णन को लागी उपयुक्त छ।neodymium (Nd) र neodymium yttrium-aluminium-garnet (Nd:YAG) लेजरहरू शैलीमा समान छन् र प्रयोगमा मात्र फरक छन्।Nd बोरिङको लागि प्रयोग गरिन्छ र जहाँ उच्च ऊर्जा तर कम पुनरावृत्ति आवश्यक हुन्छ।Nd:YAG लेजर प्रयोग गरिन्छ जहाँ धेरै उच्च शक्ति चाहिन्छ र बोरिंग र उत्कीर्णन को लागी।दुबै CO2 र Nd/Nd: YAG लेजरहरू वेल्डिंगको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ। [11]

CO2 लेजरहरू सामान्यतया ग्यास मिक्स (DC-उत्तेजित) वा रेडियो फ्रिक्वेन्सी ऊर्जा (RF-उत्तेजित) प्रयोग गरेर करेन्ट पास गरेर "पम्प" गरिन्छ।RF विधि नयाँ छ र अधिक लोकप्रिय भएको छ।किनकि DC डिजाइनहरूलाई गुफा भित्र इलेक्ट्रोड चाहिन्छ, तिनीहरूले इलेक्ट्रोड क्षरण र ग्लासवेयर र अप्टिक्समा इलेक्ट्रोड सामग्रीको प्लेटिङ सामना गर्न सक्छन्।आरएफ रेजोनेटरहरूसँग बाह्य इलेक्ट्रोडहरू भएकाले तिनीहरू ती समस्याहरूको लागि प्रवण हुँदैनन्।CO2 लेजरहरू टाइटेनियम, स्टेनलेस स्टील, हल्का स्टील, एल्युमिनियम, प्लास्टिक, काठ, इन्जिनियर गरिएको काठ, मोम, कपडा, र कागज सहित धेरै सामग्रीको औद्योगिक काटनको लागि प्रयोग गरिन्छ।YAG लेजरहरू मुख्य रूपमा धातुहरू र सिरेमिकहरू काट्ने र स्क्राइबिंगका लागि प्रयोग गरिन्छ। [12]

पावर स्रोतको अतिरिक्त, ग्याँस प्रवाहको प्रकारले प्रदर्शनलाई पनि असर गर्न सक्छ।CO2 लेजरहरूको साझा भेरियन्टहरूमा द्रुत अक्षीय प्रवाह, ढिलो अक्षीय प्रवाह, ट्रान्सभर्स प्रवाह, र स्ल्याब समावेश छन्।द्रुत अक्षीय प्रवाह रेजोनेटरमा, कार्बन डाइअक्साइड, हेलियम र नाइट्रोजनको मिश्रण टर्बाइन वा ब्लोअरद्वारा उच्च गतिमा परिचालित हुन्छ।ट्रान्सभर्स फ्लो लेजरहरूले कम वेगमा ग्यास मिक्सलाई परिचालित गर्दछ, जसलाई सरल ब्लोअर चाहिन्छ।स्ल्याब वा डिफ्युजन कूल्ड रेजोनेटरहरूमा स्थिर ग्यास क्षेत्र हुन्छ जसलाई कुनै दबाब वा कांचका सामानहरू आवश्यक पर्दैन, जसले प्रतिस्थापन टर्बाइनहरू र गिलासका सामानहरूमा बचत गर्दछ।

लेजर जेनेरेटर र बाह्य अप्टिक्स (फोकस लेन्स सहित) लाई चिसो चाहिन्छ।प्रणालीको आकार र कन्फिगरेसनमा निर्भर गर्दै, अपशिष्ट तापलाई शीतलक वा सिधै हावामा स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ।पानी सामान्यतया प्रयोग हुने शीतलक हो, सामान्यतया चिलर वा तातो स्थानान्तरण प्रणाली मार्फत परिचालित हुन्छ।

लेजर माइक्रोजेट एक पानी-जेट निर्देशित लेजर हो जसमा एक स्पंदित लेजर बीम कम-दबावको पानी जेटमा जोडिन्छ।यो लेजर काट्ने कार्यहरू प्रदर्शन गर्न प्रयोग गरिन्छ जबकि लेजर बीमलाई मार्गदर्शन गर्न वाटर जेट प्रयोग गर्दा, अप्टिकल फाइबर जस्तै, कुल आन्तरिक प्रतिबिम्ब मार्फत।यसका फाइदाहरू यो हो कि पानीले मलबे पनि हटाउँछ र सामग्रीलाई चिसो बनाउँछ।पारंपरिक "सुक्खा" लेजर काटने मा अतिरिक्त लाभ उच्च dicing गति, समानांतर kerf, र सर्वदिशात्मक काटने हो। [13]

फाइबर लेजरहरू ठोस राज्य लेजरको एक प्रकार हो जुन धातु काटन उद्योग भित्र द्रुत रूपमा बढिरहेको छ।CO2 को विपरीत, फाइबर टेक्नोलोजीले ग्यास वा तरल पदार्थको विपरीत, ठोस लाभ माध्यमको प्रयोग गर्दछ।"बीज लेजर" ले लेजर बीम उत्पादन गर्छ र त्यसपछि एक गिलास फाइबर भित्र प्रवर्धित हुन्छ।केवल 1064 न्यानोमिटरको तरंग दैर्ध्यका साथ फाइबर लेजरहरूले अत्यन्तै सानो स्पट साइज (CO2 को तुलनामा 100 गुणा सानो) उत्पादन गर्दछ जसले यसलाई परावर्तित धातु सामग्री काट्नको लागि आदर्श बनाउँछ।यो CO2 को तुलनामा फाइबर को मुख्य लाभ मध्ये एक हो। [14]

फाइबर लेजर कटरका फाइदाहरू समावेश छन्: -

द्रुत प्रशोधन समय।
कम ऊर्जा खपत र बिलहरू - अधिक दक्षताको कारण।
ठूलो विश्वसनीयता र प्रदर्शन - समायोजन गर्न वा पङ्क्तिबद्ध गर्न कुनै अप्टिक्स छैन र प्रतिस्थापन गर्न कुनै बत्ती छैन।
न्यूनतम मर्मतसम्भार।
तामा र पीतल जस्ता अत्यधिक प्रतिबिम्बित सामग्रीहरू प्रशोधन गर्ने क्षमता
उच्च उत्पादकता - कम परिचालन लागत आफ्नो लगानी मा एक ठूलो प्रतिफल प्रदान गर्दछ।

विधिहरू
लेजरहरू प्रयोग गरेर काट्ने धेरै फरक तरिकाहरू छन्, विभिन्न प्रकारका विभिन्न सामग्रीहरू काट्न प्रयोग गरिन्छ।केही विधिहरू वाष्पीकरण, पिघल र ब्लो, मेल्ट ब्लो एन्ड बर्न, थर्मल स्ट्रेस क्र्याकिंग, स्क्राइबिङ, कोल्ड कटिङ र बर्निङ स्टेबलाइज्ड लेजर कटिङ हुन्।

वाष्पीकरण काटन
वाष्पीकरण काट्दा फोकस गरिएको बीमले सामग्रीको सतहलाई फ्ल्यासपोइन्टमा तताउँछ र किहोल उत्पन्न गर्दछ।किहोलले चाँडै प्वाललाई गहिरो बनाउँदै अवशोषण क्षमतामा अचानक वृद्धि गराउँछ।प्वाल गहिरो हुँदै जाँदा र सामाग्री उमाल्दै जाँदा, उत्पन्न हुने बाफले पग्लिएको पर्खाललाई बाहिर निस्कन्छ र प्वाललाई अझ ठूलो बनाउँछ।काठ, कार्बन र थर्मोसेट प्लास्टिक जस्ता न पिघ्ने सामग्री सामान्यतया यो विधि द्वारा काटिन्छ।
पिघल्नुहोस् र उडाउनुहोस्
पिघल्नु र झटका वा फ्यूजन काट्ने क्षेत्रबाट पग्लिएको सामग्री उडाउन उच्च-दबाव ग्यास प्रयोग गर्दछ, जसले पावर आवश्यकतालाई धेरै कम गर्छ।पहिले सामग्रीलाई पिघलने बिन्दुमा तताइन्छ त्यसपछि ग्यास जेटले पग्लिएको सामग्रीलाई केर्फबाट बाहिर निकाल्छ र सामग्रीको तापक्रम बढाउन आवश्यक पर्दैन।यस प्रक्रियासँग काटिएका सामग्रीहरू सामान्यतया धातुहरू हुन्।

थर्मल तनाव क्र्याकिंग
भंगुर सामग्रीहरू थर्मल फ्र्याक्चरको लागि विशेष रूपमा संवेदनशील हुन्छन्, थर्मल तनाव क्र्याकिंगमा शोषण गरिएको विशेषता।स्थानीय ताप र थर्मल विस्तारको कारण सतहमा बीम केन्द्रित हुन्छ।यसले क्र्याकमा परिणाम दिन्छ जुन त्यसपछि बीम सारेर निर्देशित गर्न सकिन्छ।दरार m/s को क्रममा सार्न सकिन्छ।यो सामान्यतया गिलास काट्न प्रयोग गरिन्छ।

सिलिकन वेफर्सको स्टेल्थ डाइसिङ
थप जानकारी: वेफर डाइसिंग
सिलिकन वेफर्सबाट सेमीकन्डक्टर उपकरण निर्माणमा तयार पारिएको माइक्रोइलेक्ट्रोनिक चिप्सको विभाजन तथाकथित स्टेल्थ डाइसिङ प्रक्रियाद्वारा गर्न सकिन्छ, जुन पल्स्ड Nd:YAG लेजरसँग सञ्चालन हुन्छ, जसको तरंग लम्बाइ (1064 nm) इलेक्ट्रोनिकसँग राम्रोसँग अनुकूल छ। सिलिकनको ब्यान्ड ग्याप (1.11 eV वा 1117 nm)।

प्रतिक्रियात्मक काटन
यसलाई "बर्निङ स्टेबलाइज्ड लेजर ग्यास काट्ने", "फ्लेम कटिङ" पनि भनिन्छ।प्रतिक्रियात्मक काटन अक्सिजन टर्च काट्ने जस्तै हो तर इग्निशन स्रोतको रूपमा लेजर बीमको साथ।प्रायः १ मिमी भन्दा बढी मोटाईमा कार्बन स्टील काट्न प्रयोग गरिन्छ।यो प्रक्रिया अपेक्षाकृत थोरै लेजर शक्ति संग धेरै बाक्लो स्टील प्लेटहरू काट्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

सहिष्णुता र सतह समाप्त
लेजर कटर 10 माइक्रोमिटर को स्थिति सटीकता र 5 micrometers को दोहोरिने योग्यता छ।

स्ट्यान्डर्ड रफनेस Rz पानाको मोटाई संग बढ्छ, तर लेजर पावर र काट्ने गति संग घट्छ।800 W को लेजर पावरको साथ कम कार्बन स्टील काट्दा, मानक रफनेस Rz 1 mm को पाना मोटाईको लागि 10 μm, 3 mm को लागि 20 μm, र 6 mm को लागि 25 μm हुन्छ।

{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
जहाँ: {\displaystyle S=}S= स्टील शीट मोटाई मिमीमा;{\displaystyle P=}P= kW मा लेजर पावर (केही नयाँ लेजर कटरमा 4 kW लेजर पावर हुन्छ);{\displaystyle V=}V= मिटर प्रति मिनेटमा काट्ने गति।[16]

यो प्रक्रिया प्रायः 0.001 इन्च (0.025 मिमी) भित्र धेरै नजिक सहिष्णुताहरू समात्न सक्षम छ।भाग ज्यामिति र मेसिनको मेकानिकल सुदृढताले सहिष्णुता क्षमताहरूसँग धेरै काम गर्दछ।लेजर बीम काटने को परिणामस्वरूप विशिष्ट सतह समाप्त 125 देखि 250 माइक्रो-इन्च (0.003 मिमी देखि 0.006 मिमी) को दायरा हुन सक्छ। [11]

मेसिन कन्फिगरेसनहरू

दोहोरो प्यालेट उडान अप्टिक्स लेजर

फ्लाइङ अप्टिक्स लेजर हेड
त्यहाँ सामान्यतया औद्योगिक लेजर काट्ने मेसिनहरूको तीन फरक कन्फिगरेसनहरू छन्: चलिरहेको सामग्री, हाइब्रिड, र उडान अप्टिक्स प्रणालीहरू।यसले लेजर बीमलाई काट्न वा प्रशोधन गर्न सामग्रीमाथि सारिएको तरिकालाई जनाउँछ।यी सबैको लागि, गतिको अक्षहरू सामान्यतया X र Y अक्षहरू नामित हुन्छन्।यदि काट्ने टाउको नियन्त्रण गर्न सकिन्छ भने, यसलाई Z-अक्षको रूपमा तोकिएको छ।

मुभिङ मटेरियल लेजरहरूसँग स्थिर काट्ने टाउको हुन्छ र त्यसको मुनि सामाग्री सार्नुहोस्।यस विधिले लेजर जेनेरेटरबाट वर्कपीसमा निरन्तर दूरी प्रदान गर्दछ र एकल बिन्दु जसबाट काट्ने फोहोर हटाउन सकिन्छ।यसलाई कम अप्टिक्स चाहिन्छ, तर workpiece सार्न आवश्यक छ।यस शैलीको मेसिनमा सबैभन्दा कम बीम डेलिभरी अप्टिक्स हुन्छ, तर सबैभन्दा ढिलो पनि हुन्छ।

हाइब्रिड लेजरहरूले एउटा तालिका प्रदान गर्दछ जुन एक अक्ष (सामान्यतया X-अक्ष) मा सर्छ र टाउकोलाई छोटो (Y) अक्षमा सार्दछ।यसले फ्लाइङ अप्टिक मेसिनको तुलनामा धेरै स्थिर बीम डेलिभरी पथ लम्बाइमा परिणाम दिन्छ र एक सरल बीम वितरण प्रणालीलाई अनुमति दिन सक्छ।यसले डिलिवरी प्रणालीमा कम पावर हानि र फ्लाइंग अप्टिक्स मेसिनहरू भन्दा प्रति वाट बढी क्षमताको परिणाम हुन सक्छ।

फ्लाइङ अप्टिक्स लेजरहरूले स्थिर तालिका र काट्ने टाउको (लेजर बीमको साथ) को सुविधा दिन्छ जुन दुबै तेर्सो आयामहरूमा वर्कपीसमा सर्छ।फ्लाइङ अप्टिक्स कटरहरूले वर्कपीसलाई प्रशोधन गर्दा स्थिर राख्छन् र प्रायः सामग्री क्ल्याम्पिङको आवश्यकता पर्दैन।गतिशील मास स्थिर छ, त्यसैले गतिशीलता workpiece को आकार फरक द्वारा प्रभावित हुँदैन।फ्लाइंग अप्टिक्स मेसिनहरू सबैभन्दा छिटो प्रकारका हुन्छन्, जुन पातलो वर्कपीस काट्दा फाइदाजनक हुन्छ। [१७]

फ्लाइङ अप्टिक मेसिनहरूले नजिकको क्षेत्र (रेजोनेटरको नजिक) काट्ने क्षेत्र (रेजोनेटरबाट टाढा) काट्ने बिमको लम्बाइलाई ध्यानमा राख्न केही विधि प्रयोग गर्नुपर्छ।यसलाई नियन्त्रण गर्नका लागि सामान्य विधिहरूमा कोलिमिसन, अनुकूली अप्टिक्स वा स्थिर बीम लम्बाइ अक्षको प्रयोग समावेश छ।

पाँच र छ-अक्ष मेशिनहरूले गठन गरिएको वर्कपीसहरू काट्न अनुमति दिन्छ।थप रूपमा, लेजर बीमलाई आकारको वर्कपीसमा अभिमुखीकरण गर्ने, उचित फोकस दूरी कायम राख्ने र नोजल स्ट्यान्डअफ आदि विभिन्न विधिहरू छन्।

पल्सिङ
पल्स्ड लेजरहरू जसले छोटो अवधिको लागि उच्च-शक्तिको उर्जा प्रदान गर्दछ, केही लेजर काट्ने प्रक्रियाहरूमा धेरै प्रभावकारी हुन्छन्, विशेष गरी छेड्ने, वा धेरै सानो प्वाल वा धेरै कम काट्ने गति आवश्यक पर्दा, किनकि यदि स्थिर लेजर बीम प्रयोग गरिएको थियो भने, तातो काटिएको सम्पूर्ण टुक्रा पग्लने बिन्दुमा पुग्न सक्छ।

धेरैजसो औद्योगिक लेजरहरूसँग NC (संख्यात्मक नियन्त्रण) कार्यक्रम नियन्त्रण अन्तर्गत CW (निरन्तर तरंग) पल्स वा काट्ने क्षमता हुन्छ।

डबल पल्स लेजरहरूले सामग्री हटाउने दर र प्वाल गुणस्तर सुधार गर्न पल्स जोडीहरूको श्रृंखला प्रयोग गर्दछ।अनिवार्य रूप से, पहिलो पल्स सतहबाट सामग्री हटाउँछ र दोस्रो छेद या काटने को छेउमा पालन गर्न से ejecta रोक्छ। [18]