1. Verdampfungsschneiden
Während des Laservergasungsschneidprozesses steigt die Oberflächentemperatur des Materials so schnell auf die Siedetemperatur, dass es ausreicht, um ein Schmelzen durch Wärmeleitung zu vermeiden, sodass ein Teil des Materials zu Dampf verdampft und verschwindet, und ein Teil des Materials wird durch das Hilfsgas aus der Unterseite des Schlitzes ausgestoßen. Die Strömung bläst weg. Dabei sind sehr hohe Laserleistungen erforderlich.
Um zu verhindern, dass Materialdampf an den Schnittfugenwänden kondensiert, darf die Materialdicke den Durchmesser des Laserstrahls nicht wesentlich überschreiten. Dieses Verfahren eignet sich daher nur für Anwendungen, bei denen ein Austrag von Schmelze vermieden werden muss. Diese Bearbeitung wird praktisch nur in kleinen Einsatzbereichen für Eisenbasislegierungen eingesetzt.
Dieses Verfahren kann nicht für Materialien wie Holz und bestimmte Keramiken verwendet werden, die keinen geschmolzenen Zustand haben und daher weniger wahrscheinlich eine Rekondensation des Materialdampfs zulassen. Außerdem erreichen diese Materialien typischerweise dickere Schnitte. Beim Laserdampfschneiden hängt die optimale Strahlfokussierung von der Materialstärke und der Strahlqualität ab. Laserleistung und Verdampfungswärme haben nur einen gewissen Einfluss auf die optimale Fokuslage. Bei konstanter Plattendicke ist die maximale Schnittgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Vergasungstemperatur des Materials. Die erforderliche Laserleistungsdichte ist größer als 108 W/cm2 und hängt von Material, Schnitttiefe und Strahlfokusposition ab. Bei einer bestimmten Dicke der Platte wird bei ausreichender Laserleistung die maximale Schnittgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit des Gasstrahls begrenzt.
2. Schmelzen und Schneiden
Beim Laserschmelzschneiden wird das Werkstück angeschmolzen und das geschmolzene Material mittels Luftstrom herausgeschleudert. Da die Übertragung des Materials nur im flüssigen Zustand erfolgt, wird das Verfahren als Laserschmelzschneiden bezeichnet.
Der mit hochreinem inerten Schneidgas gekoppelte Laserstrahl treibt das geschmolzene Material aus der Schnittfuge, das Gas selbst nimmt jedoch nicht am Schneiden teil. Das Laserschmelzschneiden kann eine höhere Schnittgeschwindigkeit erreichen als das Vergasungsschneiden. Die für die Vergasung benötigte Energie ist im Allgemeinen höher als die zum Schmelzen des Materials benötigte. Beim Laserschmelzschneiden wird der Laserstrahl nur teilweise absorbiert. Die maximale Schnittgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Laserleistung und nimmt nahezu umgekehrt proportional zur Erhöhung der Blechdicke und der Materialschmelztemperatur ab. Bei einer bestimmten Laserleistung ist der Luftdruck an der Schnittfuge und die Wärmeleitfähigkeit des Materials der limitierende Faktor. Laserschmelzschneiden kann oxidationsfreie Schnitte für Eisenwerkstoffe und Titanmetalle erzielen. Die Laserleistungsdichte, die ein Schmelzen, aber weniger als eine Vergasung erzeugt, liegt zwischen 104 W/cm2und 105W/cm2für Stahlwerkstoffe.
3. Oxidationsschmelzschneiden (Laserbrennschneiden)
Beim Schmelzschneiden wird im Allgemeinen Schutzgas verwendet. Wenn es durch Sauerstoff oder ein anderes aktives Gas ersetzt wird, wird das Material unter der Bestrahlung mit dem Laserstrahl gezündet, und eine heftige chemische Reaktion mit Sauerstoff tritt auf, um eine weitere Wärmequelle zu erzeugen, die das Material weiter erhitzt, was als Oxidationsschmelzschneiden bezeichnet wird. .
Aufgrund dieses Effekts können mit diesem Verfahren höhere Schnittgeschwindigkeiten erzielt werden als beim Schmelzschneiden bei gleicher Baustahldicke. Andererseits kann dieses Verfahren eine schlechtere Schnittqualität aufweisen als das Schmelzschneiden. Es erzeugt tatsächlich breitere Schnittfugen, spürbare Rauheit, eine vergrößerte Wärmeeinflusszone und eine schlechtere Kantenqualität. Laserbrennschneiden ist schlecht für Präzisionsmodelle und scharfe Ecken (Gefahr des Abbrennens scharfer Ecken). Laser im gepulsten Modus können verwendet werden, um thermische Effekte zu begrenzen, und die Leistung des Lasers bestimmt die Schnittgeschwindigkeit. Bei einer bestimmten Laserleistung sind die Sauerstoffzufuhr und die Wärmeleitfähigkeit des Materials die limitierenden Faktoren.
4. Frakturschnitt kontrollieren
Bei spröden Materialien, die leicht durch Hitze beschädigt werden, wird ein schnelles und kontrollierbares Schneiden durch Laserstrahlerwärmung durchgeführt, das als kontrolliertes Bruchschneiden bezeichnet wird. Der Hauptinhalt dieses Schneidprozesses besteht darin, dass der Laserstrahl einen kleinen Bereich aus sprödem Material erhitzt, was zu einem großen thermischen Gradienten und einer starken mechanischen Verformung in diesem Bereich führt, was zur Bildung von Rissen im Material führt. Solange ein gleichmäßiger Erwärmungsgradient aufrechterhalten wird, kann der Laserstrahl Risse in jede gewünschte Richtung lenken.