Kevytleikkausprosessi jaetaan seuraaviin osiin:
1. Höyryleikkaus:
Suuritehoisen tiheyslasersäteen kuumennettaessa materiaalin pintalämpötila nousee nopeasti kiehumispisteeseen, mikä on riittävä estämään lämmönjohtavuuden aiheuttaman sulamisen. Tämän seurauksena osa materiaalista höyrystyy höyryksi ja häviää, kun taas osa puhalletaan pois leikkaussauman pohjalta purkautuvina kappaleina apukaasun virtauksen mukana.
2. Sulatusleikkaus:
Kun tulevan lasersäteen tehotiheys ylittää tietyn arvon, säteen säteilypisteen sisällä oleva materiaali alkaa haihtua ja muodostaa reikiä. Kun tämä pieni reikä on muodostunut, se toimii mustana kappaleena, joka absorboi kaiken tulevan säteen energian. Pieni reikä on ympäröity sulalla metalliseinämällä, ja säteen kanssa koaksiaalinen apuvirtaus kuljettaa sulan materiaalin pois reiän ympäriltä. Työkappaleen liikkuessa pieni reikä liikkuu synkronisesti vaakasuunnassa leikkaussuunnassa muodostaen leikkaussauman. Lasersäde jatkaa loistamista tämän sauman etureunaa pitkin, ja sula materiaali puhalletaan jatkuvasti tai sykkivästi pois sauman sisältä.
3. Hapettumissulatusleikkaus:
Sulatusleikkauksessa käytetään yleensä inerttejä kaasuja. Jos käytetään happea tai muita aktiivisia kaasuja, materiaali syttyy lasersäteen vaikutuksesta, ja hapen kanssa tapahtuu voimakas kemiallinen reaktio, joka tuottaa uuden lämmönlähteen. Tätä kutsutaan oksidatiiviseksi sulatusleikkaukseksi. Tarkempi kuvaus on seuraava:
(1) Materiaalin pinta kuumennetaan nopeasti syttymislämpötilaan lasersäteen säteilytyksen alaisena, minkä jälkeen se palamisreaktioissa hapen kanssa vapautuu suuri määrä lämpöä. Tämän lämmön vaikutuksesta materiaalin sisään muodostuu pieniä höyryllä täytettyjä reikiä, joita ympäröivät sulan metallin seinämät.
(2) Palamisaineiden siirtyminen kuonaan säätelee hapen ja metallin palamisnopeutta, ja myös nopeus, jolla happi diffundoituu kuonan läpi sytytysrintamaan, vaikuttaa merkittävästi palamisnopeuteen. Mitä suurempi hapen virtausnopeus on, sitä nopeampi on palamiskemiallinen reaktio ja kuonan poistonopeus. Mitä suurempi hapen virtausnopeus on, sitä parempi, koska liian nopea virtausnopeus voi aiheuttaa reaktiotuotteiden, nimittäin metallioksidien, nopean jäähtymisen leikkaussauman ulostulossa, mikä on myös haitallista leikkauksen laadulle.
(3) Hapetus-sulatusleikkauksessa on ilmeisesti kaksi lämmönlähdettä: lasersäteilyenergia ja hapen ja metallin välisen kemiallisen reaktion tuottama lämpöenergia. On arvioitu, että teräksen leikkauksen aikana hapetusreaktiossa vapautuva lämpö muodostaa noin 60 % leikkaukseen tarvittavasta kokonaisenergiasta. On selvää, että hapen käyttö apukaasuna voi saavuttaa suurempia leikkausnopeuksia verrattuna inertteihin kaasuihin.
(4) Kahdella lämmönlähteellä tehtävässä hapetussulatusleikkausprosessissa, jos hapen palamisnopeus on suurempi kuin lasersäteen liikenopeus, leikkaussauma näyttää leveältä ja karkealta. Jos lasersäteen liikenopeus on suurempi kuin hapen palamisnopeus, syntyvä rako on kapea ja sileä. [1]
4. Murtuman leikkaamisen hallinta:
Lämpövaurioille alttiiden hauraiden materiaalien kohdalla lasersäteellä tehtävää nopeaa ja hallittavaa leikkausta kutsutaan hallituksi murtumisleikkaukseksi. Tämän leikkausprosessin päätarkoituksena on lämmittää pieni alue haurasta materiaalia lasersäteellä, mikä aiheuttaa suuren lämpögradienttia ja voimakasta mekaanista muodonmuutosta kyseisellä alueella, mikä johtaa halkeamien muodostumiseen materiaaliin. Niin kauan kuin tasapainoinen lämmitysgradientti säilyy, lasersäde voi ohjata halkeamien syntymistä mihin tahansa haluttuun suuntaan.
Julkaisun aika: 09.09.2025