Η κοπή με λέιζερ είναι μια τεχνολογία θερμικής επεξεργασίας που βασίζεται στον ακριβή διαχωρισμό που επιτυγχάνεται μέσω της αλληλεπίδρασης μιας δέσμης λέιζερ υψηλής-ενέργειας και των υλικών. Η βασική της αρχή έγκειται στην ελεγχόμενη μετατροπή της φωτεινής και θερμικής ενέργειας, με αποτέλεσμα το εντοπισμένο υλικό του τεμαχίου να λιώσει, να εξατμιστεί ή να φτάσει στο σημείο ανάφλεξής του. Με τη βοήθεια μιας βοηθητικής ροής αερίου, αφαιρείται το λιωμένο ή εξατμισμένο υλικό, σχηματίζοντας έτσι μια συνεχή και καθαρή κεφαλή. Αυτή η τεχνολογία ενσωματώνει γνώσεις από πολλούς κλάδους όπως η οπτική, η θερμοδυναμική, η επιστήμη των υλικών και ο αυτόματος έλεγχος, επιτρέποντας την κοπή υψηλής{4}}ακρίβειας, υψηλής{5}}ταχύτητας τόσο μεταλλικών όσο και μη-μεταλλικών υλικών.
Η παραγωγή λέιζερ προέρχεται από την αρχή της διεγερμένης εκπομπής. Σε ένα λέιζερ, το μέσο εργασίας (όπως οπτική ίνα, αέριο CO2 ή στερεός κρύσταλλος) υφίσταται αναστροφή πληθυσμού υπό τη διέγερση μιας πηγής αντλίας, σχηματίζοντας μια περιοχή απολαβής. Όταν τα φωτόνια διαδίδονται εμπρός και πίσω μέσα στην κοιλότητα συντονισμού και προκαλούν την εκπομπή περισσότερων φωτονίων της ίδιας συχνότητας, φάσης και κατεύθυνσης, δημιουργείται μια δέσμη λέιζερ υψηλής- φωτεινότητας, υψηλής κατεύθυνσης και υψηλής συνοχής. Αφού διαμορφωθεί και εστιαστεί από ένα οπτικό σύστημα, η δέσμη λέιζερ μπορεί να συμπιεστεί σε ένα εξαιρετικά λεπτό σημείο με διάμετρο δεκάδων έως εκατοντάδων μικρομέτρων, δημιουργώντας έτσι μια εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.
Κατά τη διαδικασία κοπής, η εστιασμένη δέσμη λέιζερ προβάλλεται κατακόρυφα ή λοξά στην επιφάνεια του υλικού. Η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται γρήγορα σε θερμική ενέργεια, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία της πληγείσας περιοχής να ανέλθει στο σημείο τήξης του υλικού ή ακόμα και στο σημείο βρασμού σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το μεταλλικό υλικό λιώνει ή εξατμίζεται και ορισμένα υλικά υφίστανται επίσης χημικές αντιδράσεις με το υποβοηθητικό αέριο (όπως η εξώθερμη οξείδωση του ανθρακούχου χάλυβα σε μια ατμόσφαιρα οξυγόνου), ενισχύοντας περαιτέρω την εισροή ενέργειας. Το υποβοηθητικό αέριο (συνήθως οξυγόνο, άζωτο ή πεπιεσμένος αέρας) εκτοξεύεται με υψηλή ταχύτητα μέσω ενός ομοαξονικού ακροφυσίου. Αυτό εξυπηρετεί δύο σκοπούς: πρώτον, διοχετεύει το λιωμένο ή εξατμισμένο υλικό από την κεφαλή, αποτρέποντας την επαν-συμπύκνωση της σκωρίας στην τομή. Δεύτερον, παρέχει πρόσθετη χημική ενέργεια σε περιβάλλον οξειδωτικού αερίου, αυξάνοντας τον ρυθμό κοπής.
Η ποιότητα και η απόδοση κοπής εξαρτώνται από τη συντονισμένη αντιστοίχιση της ισχύος λέιζερ, της ποιότητας της δέσμης, της θέσης του εστιακού σημείου, της ταχύτητας κοπής και του τύπου και της πίεσης του υποβοηθούμενου αερίου. Η ισχύς καθορίζει τη συνολική εισροή ενέργειας ανά μονάδα χρόνου, ενώ η ταχύτητα επηρεάζει τη διάρκεια της ενεργειακής αλληλεπίδρασης με το υλικό. και τα δύο ελέγχουν από κοινού την εισροή θερμότητας στο αυλάκι. Η θέση του εστιακού σημείου επηρεάζει το μέγεθος του σημείου και την κατανομή της ενεργειακής πυκνότητας, καθορίζοντας έτσι τη διείσδυση κοπής και τη μορφολογία διατομής. Η ορμή του βοηθητικού αερίου απομακρύνει τη σκωρία και σχηματίζει μια προστατευτική ατμόσφαιρα, αποτρέποντας την οξείδωση, τον αποχρωματισμό ή τη μόλυνση του τεμαχίου.
Ολόκληρη η επεξεργασία ελέγχεται με ακρίβεια από ένα σύστημα CNC, το οποίο ελέγχει με ακρίβεια την τροχιά της κεφαλής λέιζερ και τις παραμέτρους διαδικασίας, επιτυγχάνοντας παρακολούθηση υψηλής ακρίβειας σύνθετων-δισδιάστατων ή τρισδιάστατων-περιγραμμάτων. Ο σύγχρονος εξοπλισμός κοπής λέιζερ μπορεί επίσης να ενσωματώσει αισθητήρες για την παρακολούθηση της μετατόπισης εστιακών σημείων, των διακυμάνσεων ισχύος και των αλλαγών της πίεσης αερίου σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας έλεγχο κλειστού-βρόχου για έγκαιρη διόρθωση και διασφάλιση συνέπειας στην επεξεργασία παρτίδων.
Συνοπτικά, η αρχή λειτουργίας της κοπής με λέιζερ βασίζεται σε μια δέσμη λέιζερ υψηλής-ενέργειας-πυκνότητας ως βασική κινητήρια δύναμη. Μέσω της σύζευξης πολλαπλών-πεδίων φωτός, θερμότητας και δύναμης, επιτυγχάνει ταχεία, τοπική αφαίρεση υλικού και ολοκληρώνει τη διαμόρφωση υψηλής-ακρίβειας υπό έξυπνο έλεγχο. Αυτή η αρχή προσδίδει στην κοπή με λέιζερ ευρεία προσαρμοστικότητα υλικού και εξαιρετική ευελιξία επεξεργασίας, καθιστώντας την αναντικατάστατη στην κατασκευή-υψηλού επιπέδου, στα όργανα ακριβείας και στην προσαρμοσμένη παραγωγή μεγάλης- κλίμακας.
