מהו חיתוך בלייזר?

חיתוך לייזר הוא שיטת חיתוך תרמית המשתמשת בקרן לייזר ממוקדת בצפיפות הספק גבוהה כדי להקרין את חומר העבודה. זה גורם לחומר המוקרן להינמס, להתאדות, להתפרק או להגיע לנקודת ההצתה שלו במהירות. בינתיים, זרימת אוויר במהירות גבוהה הקואקסיאלית לקרן הלייזר נושבת את החומר המותך, ובכך חותכת דרך חומר העבודה.

סיווג ומאפיינים של חיתוך לייזר

ניתן לחלק חיתוך בלייזר לארבעה סוגים: חיתוך באידוי בלייזר, חיתוך היתוך בלייזר, חיתוך חמצן בלייזר, וחיתוך בלייזר ושבר מבוקר.

חיתוך אידוי בלייזר

היא משתמשת בקרן לייזר בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה כדי לחמם את חומר העבודה, ומעלה את הטמפרטורה שלו במהירות לנקודת הרתיחה של החומר תוך זמן קצר ביותר, מה שגורם לחומר להתאדות וליצור אדים. האדים נפלטים במהירות גבוהה, ויוצרים חתך בחומר כשהוא בורח. מכיוון שלרוב החומרים יש חום אידוי גבוה, חיתוך באידוי בלייזר דורש הספק וצפיפות הספק משמעותיים.

חיתוך לייזר היתוך

בחיתוך היתוך בלייזר, הלייזר מחמם ומתיך את חומר המתכת. לאחר מכן, גז שאינו מחמצן (כגון Ar, He, N וכו') נשאב דרך זרבובית קואקסיאלית עם קרן הלייזר. הלחץ הגבוה של הגז פולט את המתכת המותכת ויוצר חיתוך. בניגוד לחיתוך באידוי, שיטה זו אינה דורשת אידוי מלא של החומר וצורכת רק 1/10 מהאנרגיה הדרושה לחיתוך באידוי. היא משמשת בעיקר לחיתוך מתכות שאינן ניתנות לחמצון או ריאקטיביות, כולל נירוסטה, טיטניום, אלומיניום וסגסוגותיהן.

חיתוך חמצן בלייזר

עקרון חיתוך החמצן בלייזר דומה לחיתוך אוקסיאצטילן. הלייזר משמש כמקור חום לחימום מוקדם, בעוד שגזים פעילים (כגון חמצן) משמשים כגז חיתוך. מצד אחד, הגז המנופח מגיב עם המתכת הנחתכת, ומפעיל תגובת חמצון המשחררת כמות גדולה של חום חמצון. מצד שני, הוא נושף תחמוצות מותכות ונמסות מאזור התגובה, ויוצרות חיתוך במתכת. תגובת החמצון במהלך החיתוך מייצרת חום משמעותי, כך שחיתוך חמצן בלייזר דורש רק חצי מהאנרגיה של חיתוך היתוך, בעוד שמהירות החיתוך שלו מהירה בהרבה מזו של אידוי וחיתוך היתוך. הוא מיושם בעיקר על חומרי מתכת הניתנים לחמצון כמו פלדת פחמן, פלדת טיטניום ופלדה שעברה טיפול בחום.

חריטה בלייזר ושבר מבוקר

חריטה בלייזר משתמשת בלייזר בעל צפיפות אנרגיה גבוהה כדי לסרוק את פני השטח של חומרים שבירים, תוך אידוי חריץ קטן. הפעלת כמות מסוימת של לחץ גורמת לחומר השביר להישבר לאורך החריץ. לייזרים בעלי מיתוג Q ולייזרי CO₂ משמשים בדרך כלל לחריצה בלייזר. שבר מבוקר ממנף את פיזור הטמפרטורה התלול הנוצרת במהלך חריצת הלייזר כדי ליצור מאמץ תרמי מקומי בחומרים שבירים, מה שגורם להם להישבר לאורך החריץ המחורץ.

יישומים של חיתוך לייזר

רוב מכונות חיתוך הלייזר מופעלות באמצעות תוכניות בקרה נומריות (NC) או מוגדרות כרובוטים לחיתוך. כשיטת עיבוד מדויקת, חיתוך בלייזר יכול לחתוך כמעט את כל החומרים, כולל חיתוך דו-ממדי או תלת-ממדי של יריעות מתכת דקות. בתחום התעופה והחלל, טכנולוגיית חיתוך לייזר משמשת בעיקר לחיתוך חומרים מיוחדים לחלל כגון סגסוגות טיטניום, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות ניקל, סגסוגות כרום, נירוסטה, תחמוצת בריליום, חומרים מרוכבים, פלסטיק, קרמיקה וקוורץ. רכיבי התעופה והחלל המעובדים באמצעות חיתוך לייזר כוללים צינורות להבת מנוע, מעטפות מסגסוגת טיטניום דקות דופן, שלדות מטוסים, מעטפות מסגסוגת טיטניום, קורות כנף, לוחות כנף זנב, רוטורים ראשיים של מסוקים ואריחי בידוד קרמיים של מעבורות חלל.