Сублімація або випаровування
Сублімація — це тип переходу фази з твердого стану в газоподібний без проміжної рідкої фази. Це той самий процес, коли сухий лід перетворюється на пару, не стаючи рідиною. Матеріал швидко поглинає енергію, в якому немає шансів відбутися плавлення. Той самий принцип застосовується до лазерного різання, коли велика кількість енергії передається в матеріал за відносно короткий час, що спричиняє пряму фазову зміну матеріалу з твердого стану в газоподібний, з якомога меншим плавленням.
Розріз починається зі створення початкової замкової щілини або пропилу. У пропилу є більша поглинаюча здатність, що призводить до того, що матеріал швидше випаровується. Це раптове випаровування створює пару матеріалу під високим тиском, який ще більше роз’їдає стінки пропилу, викидаючи матеріали з розрізу. Це поглиблює та збільшує зроблений отвір або розріз.
Цей процес підходить для різання пластику, текстилю, дерева, паперу та пінопласту, для випаровування якого потрібна невелика кількість енергії.
плавлення
У порівнянні з сублімацією, для плавлення потрібно менше енергії. Необхідна енергія становить приблизно одну десяту від сублімаційного лазерного розрізу. У цьому процесі лазерний промінь нагріває матеріал, що викликає його плавлення. Коли матеріал плавиться, струмінь газу з коаксіального сопла з лазерним променем виштовхує матеріал з розрізу. Використовувані допоміжні гази є інертними або не реагують (наприклад, гелій, аргон і азот), що лише сприяє різанню механічними засобами.
Через низькі потреби в енергії використовується для різання неокислюючих або активних металів, таких як нержавіюча сталь, титан і алюмінієві сплави.
Реактивне лазерне різання
У цьому процесі реакційноздатний газ використовується для отримання додаткового тепла шляхом реакції з матеріалом. Процес починається з розплавлення матеріалу лазерним променем. Коли матеріал плавиться, з коаксіального сопла виходить потік кисню, який реагує з розплавленим металом. Реакція між металом і киснем є екзотермічним процесом, який означає виділення тепла. Це тепло сприяє плавленню матеріалу, що становить приблизно 60% від загальної енергії, необхідної для різання матеріалу. Розплавлені оксиди металу викидаються під тиском струменя кисню.
Окрім меншої енергії, необхідної для лазерного променя, швидкість різання з використанням реактивних газів є вищою, ніж лазерне різання з використанням інертних газів. Однак, оскільки цей процес залежить від хімічної реакції, розплавлений оксид металу, який не витісняється струменем кисню, утворюється вздовж краю розрізу. Це призводить до низької якості різання, ніж використання інертних газів.
Цей процес використовується для різання товстої вуглецевої сталі, титанової сталі та інших металів, які легко окислюються.
Термічний руйнування
Цей процес передбачає введення невеликого пропилу на глибині приблизно однієї третини товщини матеріалу за допомогою лазера. Потім лазер використовується для індукування локалізованих напруг. Це досягається шляхом нагрівання невеликої точки, що створює навколо неї сили стиснення. Після проходження лазерного променя ділянка трохи охолоджується, створюючи термічні напруги. У деяких конструкціях охолоджуючі рідини використовуються для сприяння створенню термічної напруги. Коли ці викликані напруги досягають рівня руйнування, поширюється тріщина, яка викликає відрив.
Рух лазерного променя керує цим розділенням контрольованим чином. Цей метод зазвичай вимагає меншої потужності, ніж лазерна вапоризація з кращою швидкістю різання. Місцеве нагрівання зазвичай здійснюється нижче температури склування.
CO₂-лазери широко використовуються для цього застосування, оскільки інфрачервоне світло з довжиною хвилі 10,6 мкм ідеально підходить для різання більшості неметалів. Однак не всі матеріали можна різати одним типом лазера, оскільки різні матеріали поглинають світло на різних довжинах хвиль. Термічні руйнування широко використовуються для різання крихких матеріалів, таких як кераміка та скло.
Інший новітній метод, який використовує принципи руйнування від термічної напруги, — Stealth Dicing. Це технологія лазерного різання, спочатку розроблена Hamamatsu Photonics, яка використовується для різання напівпровідникових пластин і частин мікроелектромеханічних систем або MEMS. У цьому типі різання початковий розріз створюється у внутрішній точці матеріалу. Стелс-нарізка — це процес сухого різання, при якому отриманий зріз є чистим, без розплавлених відкладень.