लेजर द्वारा काटना

लेजर द्वारा काटनाएक ऐसी तकनीक है जो का उपयोग करती हैलेज़रसामग्री को वाष्पीकृत करने के लिए, जिसके परिणामस्वरूप किनारा कट जाता है।जबकि आमतौर पर औद्योगिक विनिर्माण अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, अब इसका उपयोग स्कूलों, छोटे व्यवसायों, वास्तुकला और शौकीनों द्वारा किया जाता है।लेज़रकाट रहा हैआमतौर पर प्रकाशिकी के माध्यम से उच्च-शक्ति लेजर के आउटपुट को निर्देशित करके काम करता है।लेजर प्रकाशिकीऔरसीएनसी(कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण) का उपयोग लेजर बीम को सामग्री तक निर्देशित करने के लिए किया जाता है।सामग्री काटने के लिए एक वाणिज्यिक लेजर सीएनसी या का पालन करने के लिए एक गति नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करता हैजी कोडसामग्री पर काटे जाने वाले पैटर्न का।केंद्रित लेजर किरण को सामग्री पर निर्देशित किया जाता है, जो तब या तो पिघल जाती है, जल जाती है, वाष्पीकृत हो जाती है, या गैस के जेट द्वारा उड़ा दी जाती है, उच्च गुणवत्ता वाली सतह फिनिश के साथ एक किनारा छोड़ना।

इतिहास

1965 में, पहली उत्पादन लेजर कटिंग मशीन का उपयोग किया गया थाछेद करनामें छेदडायमंड मर जाता है.यह मशीन किसके द्वारा बनाई गई थी?वेस्टर्न इलेक्ट्रिक इंजीनियरिंग रिसर्च सेंटर.1967 में, अंग्रेजों ने धातुओं के लिए लेजर-सहायता प्राप्त ऑक्सीजन जेट कटिंग का बीड़ा उठाया।1970 के दशक की शुरुआत में, एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए टाइटेनियम को काटने के लिए इस तकनीक को उत्पादन में लगाया गया था।वहीं, सीओ₂लेजर को गैर-धातुओं को काटने के लिए अनुकूलित किया गया था, जैसे किकपड़ा, क्योंकि, उस समय, सीओ₂लेज़र इतने शक्तिशाली नहीं थे कि इस पर काबू पा सकेंऊष्मीय चालकताधातुओं का.

प्रक्रिया

लेजर बीम को आम तौर पर कार्य क्षेत्र पर उच्च गुणवत्ता वाले लेंस का उपयोग करके केंद्रित किया जाता है।बीम की गुणवत्ताफोकस्ड स्पॉट आकार पर सीधा प्रभाव पड़ता है।फोकस्ड बीम का सबसे संकीर्ण हिस्सा आमतौर पर व्यास में 0.0125 इंच (0.32 मिमी) से कम होता है।सामग्री की मोटाई के आधार पर,काटने का निशान0.004 इंच (0.10 मिमी) जितनी छोटी चौड़ाई संभव है। किनारे के अलावा कहीं और से काटना शुरू करने में सक्षम होने के लिए, प्रत्येक कट से पहले एक छेद किया जाता है।छेदने में आमतौर पर एक उच्च-शक्ति स्पंदित लेजर बीम शामिल होती है जो धीरे-धीरे सामग्री में एक छेद बनाती है, जिसमें 0.5-इंच-मोटी (13 मिमी) के लिए लगभग 5-15 सेकंड का समय लगता है।स्टेनलेस स्टील, उदाहरण के लिए।

लेज़र स्रोत से सुसंगत प्रकाश की समानांतर किरणें अक्सर 0.06–0.08 इंच (1.5–2.0 मिमी) व्यास के बीच गिरती हैं।इस किरण को आम तौर पर एक लेंस या दर्पण द्वारा लगभग 0.001 इंच (0.025 मिमी) के एक बहुत छोटे स्थान पर केंद्रित और तीव्र किया जाता है ताकि एक बहुत ही तीव्र लेजर किरण बन सके।समोच्च काटने के दौरान सबसे आसान संभव फिनिश प्राप्त करने के लिए, बीम की दिशाध्रुवीकरणइसे समोच्च वर्कपीस की परिधि के चारों ओर घूमते समय घुमाया जाना चाहिए।शीट मेटल कटिंग के लिए, फोकल लंबाई आमतौर पर 1.5-3 इंच (38-76 मिमी) होती है।

लेज़र कटिंग के फायदेयांत्रिक कटाईइसमें काम को आसान बनाए रखना और वर्कपीस का कम संदूषण शामिल है (क्योंकि इसमें कोई कटिंग एज नहीं है जो सामग्री से दूषित हो सकती है या सामग्री को दूषित कर सकती है)।परिशुद्धता बेहतर हो सकती है क्योंकि लेजर बीम प्रक्रिया के दौरान घिसती नहीं है।जिस सामग्री को काटा जा रहा है, उसके विकृत होने की संभावना भी कम हो जाती है, क्योंकि लेजर सिस्टम में एक छोटा सा हिस्सा होता हैगर्मी प्रभावित क्षेत्र.कुछ सामग्रियों को अधिक पारंपरिक तरीकों से काटना भी बहुत कठिन या असंभव है।

धातुओं के लिए लेजर कटिंग में प्लाज्मा कटिंग की तुलना में यह लाभ होता है कि यह अधिक सटीक होती है और शीट धातु को काटते समय कम ऊर्जा का उपयोग करती है;हालाँकि, अधिकांश औद्योगिक लेज़र प्लाज्मा की तुलना में अधिक धातु की मोटाई को नहीं काट सकते हैं।उच्च शक्ति (6000 वॉट, प्रारंभिक लेजर कटिंग मशीनों की 1500 वॉट रेटिंग के विपरीत) पर काम करने वाली नई लेजर मशीनें मोटी सामग्री को काटने की क्षमता में प्लाज्मा मशीनों के करीब पहुंच रही हैं, लेकिन ऐसी मशीनों की पूंजीगत लागत इससे कहीं अधिक है प्लाज्मा कटिंग मशीनें स्टील प्लेट जैसी मोटी सामग्री को काटने में सक्षम हैं।

प्रकार

लेज़र कटिंग में तीन मुख्य प्रकार के लेज़रों का उपयोग किया जाता है।सीओ2लेज़रकाटने, बोरिंग और उत्कीर्णन के लिए उपयुक्त है।Neodymium(एनडी) और नियोडिमियमयेट्रियम-एल्यूमीनियम-गार्नेट(दूसरा:YAG) लेज़र शैली में समान होते हैं और केवल अनुप्रयोग में भिन्न होते हैं।एनडी का उपयोग बोरिंग के लिए किया जाता है और जहां उच्च ऊर्जा लेकिन कम पुनरावृत्ति की आवश्यकता होती है।एनडी: वाईएजी लेजर का उपयोग वहां किया जाता है जहां बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है और बोरिंग और उत्कीर्णन के लिए।दोनों सीओ2और एनडी/एनडी:YAG लेजर का उपयोग किया जा सकता हैवेल्डिंग.

सीओ2लेज़रों को आमतौर पर गैस मिश्रण (डीसी-उत्तेजित) के माध्यम से करंट प्रवाहित करके या रेडियो फ्रीक्वेंसी ऊर्जा (आरएफ-उत्तेजित) का उपयोग करके "पंप" किया जाता है।आरएफ विधिनया है और अधिक लोकप्रिय हो गया है।चूंकि डीसी डिज़ाइनों को गुहा के अंदर इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है, इसलिए वे इलेक्ट्रोड क्षरण और इलेक्ट्रोड सामग्री की परत का सामना कर सकते हैंकांच के बने पदार्थऔरप्रकाशिकी.चूंकि आरएफ रेज़ोनेटर में बाहरी इलेक्ट्रोड होते हैं, इसलिए वे उन समस्याओं से ग्रस्त नहीं होते हैं।सीओ2लेजर का उपयोग टाइटेनियम, स्टेनलेस स्टील, माइल्ड स्टील, एल्युमीनियम, प्लास्टिक, लकड़ी, इंजीनियर्ड लकड़ी, मोम, कपड़े और कागज सहित कई सामग्रियों की औद्योगिक कटाई के लिए किया जाता है।YAG लेजर का उपयोग मुख्य रूप से धातुओं और चीनी मिट्टी की चीज़ें काटने और लिखने के लिए किया जाता है।

शक्ति स्रोत के अलावा, गैस प्रवाह का प्रकार भी प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है।CO के सामान्य रूप2लेज़रों में तेज़ अक्षीय प्रवाह, धीमा अक्षीय प्रवाह, अनुप्रस्थ प्रवाह और स्लैब शामिल हैं।तेज़ अक्षीय प्रवाह गुंजयमान यंत्र में, कार्बन डाइऑक्साइड, हीलियम और नाइट्रोजन का मिश्रण टरबाइन या ब्लोअर द्वारा उच्च वेग से प्रसारित होता है।अनुप्रस्थ प्रवाह लेजर गैस मिश्रण को कम वेग से प्रसारित करते हैं, जिसके लिए एक सरल ब्लोअर की आवश्यकता होती है।स्लैब या डिफ्यूजन-कूल्ड रेज़ोनेटर में एक स्थिर गैस क्षेत्र होता है जिसके लिए किसी दबाव या कांच के बर्तन की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे प्रतिस्थापन टर्बाइन और कांच के बर्तन पर बचत होती है।

लेजर जनरेटर और बाहरी प्रकाशिकी (फोकस लेंस सहित) को शीतलन की आवश्यकता होती है।सिस्टम के आकार और कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, अपशिष्ट गर्मी को शीतलक द्वारा या सीधे हवा में स्थानांतरित किया जा सकता है।पानी आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला शीतलक है, जिसे आमतौर पर चिलर या हीट ट्रांसफर सिस्टम के माध्यम से प्रसारित किया जाता है।

एलेजर माइक्रोजेटएक वॉटर-जेट-निर्देशित हैलेज़रजिसमें एक स्पंदित लेजर किरण को कम दबाव वाले पानी के जेट में जोड़ा जाता है।इसका उपयोग लेजर कटिंग कार्यों को करने के लिए किया जाता है, जबकि लेजर बीम का मार्गदर्शन करने के लिए वॉटर जेट का उपयोग किया जाता है, ऑप्टिकल फाइबर की तरह, कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से।इसका लाभ यह है कि पानी मलबा भी हटा देता है और सामग्री को ठंडा कर देता है।पारंपरिक "सूखी" लेजर कटिंग की तुलना में अतिरिक्त लाभ उच्च डाइसिंग गति, समानांतर हैंकाटने का निशान, और सर्वदिशात्मक कटिंग।

फाइबर लेजरएक प्रकार के सॉलिड-स्टेट लेजर हैं जो धातु काटने के उद्योग में तेजी से बढ़ रहे हैं।सीओ के विपरीत₂, फ़ाइबर तकनीक गैस या तरल के विपरीत, एक ठोस लाभ माध्यम का उपयोग करती है।"बीज लेजर" लेजर बीम का उत्पादन करता है और फिर इसे ग्लास फाइबर के भीतर प्रवर्धित किया जाता है।केवल 1064 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ फ़ाइबर लेज़र एक अत्यंत छोटे स्पॉट आकार का उत्पादन करते हैं (CO की तुलना में 100 गुना तक छोटा)₂) इसे परावर्तक धातु सामग्री को काटने के लिए आदर्श बनाता है।यह CO की तुलना में फाइबर के मुख्य लाभों में से एक है₂.

फाइबर लेजर कटर के लाभों में शामिल हैं:-

• तीव्र प्रसंस्करण समय.
• कम ऊर्जा खपत और बिल - अधिक दक्षता के कारण।
• बेहतर विश्वसनीयता और प्रदर्शन - समायोजित या संरेखित करने के लिए कोई प्रकाशिकी नहीं और बदलने के लिए कोई लैंप नहीं।
• न्यूनतम रखरखाव.
• तांबे और पीतल जैसी अत्यधिक परावर्तक सामग्री को संसाधित करने की क्षमता
• उच्च उत्पादकता - कम परिचालन लागत आपके निवेश पर अधिक रिटर्न प्रदान करती है।

तरीकों

लेज़रों का उपयोग करके काटने के कई अलग-अलग तरीके हैं, विभिन्न सामग्रियों को काटने के लिए विभिन्न प्रकारों का उपयोग किया जाता है।कुछ विधियाँ हैं वाष्पीकरण, पिघलाना और उड़ाना, पिघलाना और जलाना, थर्मल स्ट्रेस क्रैकिंग, स्क्रिबिंग, कोल्ड कटिंग और बर्निंग स्टेबलाइज्ड लेजर कटिंग।

वाष्पीकरण काटना

वाष्पीकरण काटने में, केंद्रित किरण सामग्री की सतह को फ्लैशपॉइंट तक गर्म करती है और एक कीहोल उत्पन्न करती है।कीहोल से अचानक वृद्धि होती हैनिगलने को योग्यताछेद को तेजी से गहरा करना।जैसे-जैसे छेद गहरा होता है और सामग्री उबलती है, उत्पन्न वाष्प पिघली हुई दीवारों को नष्ट कर देती है और बाहर निकल जाती है और छेद को और बड़ा कर देती है।लकड़ी, कार्बन और थर्मोसेट प्लास्टिक जैसी गैर-पिघलने वाली सामग्री को आमतौर पर इस विधि से काटा जाता है।

पिघलो और उड़ाओ

मेल्ट एंड ब्लो या फ्यूजन कटिंग में कटिंग क्षेत्र से पिघली हुई सामग्री को उड़ाने के लिए उच्च दबाव वाली गैस का उपयोग किया जाता है, जिससे बिजली की आवश्यकता काफी कम हो जाती है।सबसे पहले, सामग्री को पिघलने बिंदु तक गर्म किया जाता है, फिर एक गैस जेट पिघली हुई सामग्री को केर्फ़ से बाहर निकाल देता है, जिससे सामग्री का तापमान और बढ़ाने की आवश्यकता नहीं होती है।इस प्रक्रिया से काटी गई सामग्रियां आमतौर पर धातुएं होती हैं।

थर्मल स्ट्रेस क्रैकिंग

भंगुर सामग्री विशेष रूप से थर्मल फ्रैक्चर के प्रति संवेदनशील होती है, थर्मल स्ट्रेस क्रैकिंग में इस विशेषता का उपयोग किया जाता है।एक किरण सतह पर केंद्रित होती है जिससे स्थानीय ताप और तापीय विस्तार होता है।इसके परिणामस्वरूप एक दरार बन जाती है जिसे बीम को हिलाकर निर्देशित किया जा सकता है।दरार को मैसर्स के क्रम में खिसकाया जा सकता है।इसका प्रयोग आमतौर पर कांच काटने में किया जाता है।

सिलिकॉन वेफर्स की गुप्त डाइसिंग

का पृथक्करणशास्त्रीयचिप्स जैसे तैयार किये गये हैंअर्धचालक उपकरण निर्माणसेसिलिकॉन वेफ़र्सयह तथाकथित स्टील्थ डाइसिंग प्रक्रिया द्वारा किया जा सकता है, जो एक स्पंदन के साथ संचालित होता हैएनडी: YAG लेजर, जिसकी तरंग दैर्ध्य (1064 एनएम) इलेक्ट्रॉनिक के लिए अच्छी तरह से अनुकूलित हैऊर्जा अंतरालकासिलिकॉन(1.11ई.वीया 1117 एनएम)।

प्रतिक्रियाशील काटना

रिएक्टिव कटिंग को "बर्निंग स्टैबलाइज्ड लेजर गैस कटिंग" और "फ्लेम कटिंग" भी कहा जाता है।रिएक्टिव कटिंग ऑक्सीजन टॉर्च कटिंग की तरह है लेकिन इग्निशन स्रोत के रूप में लेजर बीम के साथ।अधिकतर 1 मिमी से अधिक मोटाई में कार्बन स्टील काटने के लिए उपयोग किया जाता है।इस प्रक्रिया का उपयोग अपेक्षाकृत कम लेजर शक्ति के साथ बहुत मोटी स्टील प्लेटों को काटने के लिए किया जा सकता है।