Lazerli kesishning dizayn printsipi optika, termodinamika va materialshunoslik kesishmasida qurilgan tizimli jarayon asosidir. Uning asosiy qismi boshqariladigan yuqori{1}}energiyali-zichlikdagi lazer nurining material bilan oʻzaro taʼsiri orqali materiallarni aniq olib tashlash va shakllantirishdir. Ushbu tamoyilni amalga oshirish uchta o'lchovni ko'rib chiqishni talab qiladi: lazer ishlab chiqarish va uzatish, energiya o'zaro ta'sir mexanizmlari va jarayon parametrlarini moslashtirish, "energiya manbai" dan "qayta ishlash natijasi" ga qadar to'liq mantiqiy zanjirni shakllantirish.
Lazer ishlab chiqarish dizaynning boshlang'ich nuqtasidir. Joriy sanoat ilovalarida tolali lazerlar, CO₂ lazerlar va qattiq{1}}holatli lazerlar qozonish muhiti va qo‘zg‘alish usullaridagi farqlar tufayli turli nur xususiyatlarini namoyon qiladi: tolali lazerlar qozonish vositasi sifatida kamdan-kam{2}}yer{3}}qo‘shilgan optik tolalardan foydalanadi va yuqori elektro-optik konversiya samaradorligiga (3% yoki undan ko‘proq) erishadi. yarimo'tkazgichli nasos yordamida, yaqin{6}}infraqizil diapazonda (taxminan 1070nm) uzluksiz yoki impulsli nurlarni chiqarish, mukammal nur sifati (M² 1 ga yaqin), ixcham tuzilish va texnik xizmat ko'rsatmasdan-ishlash kabi afzalliklarga ega; CO₂ lazerlari CO₂ gaz aralashmasidan daromad muhiti sifatida foydalanadi va zaryadsizlanish qo'zg'alishi orqali uzoq infraqizil (10,6 mkm) nur hosil qiladi, garchi elektro{12}}optik samaradorlik nisbatan past (taxminan 10%) bo'lsa-da, lekin-metall bo'lmaganlar va qalin metallar uchun yutilish darajasi yuqoriroq; Qattiq holatdagi lazerlar (masalan, Nd:YAG) qozonish vositasi sifatida kristallardan foydalanadi va mikro{18}}ishlov berish stsenariylari uchun mos qisqa{16}}impuls yoki ultraqisqa-impulsli lazerlarni hosil qilishi mumkin. Lazerni tanlash materialning to'lqin uzunligi bo'yicha yutilish xususiyatlarini (masalan, mis va alyuminiy 10,6 mkm CO₂ lazerlarga nisbatan yuqori aks ettirish qobiliyatiga ega, bu ularni tolali lazerlar uchun ko'proq moslashtiradi), ishlov berishning talab qilinadigan qalinligi va aniqligiga asoslangan bo'lishi kerak. Bu dizayndagi "energiya manbalariga moslashish" tamoyilining asosiy timsolidir.
Lazerni uzatish va fokuslash energiyani aniq etkazib berish uchun juda muhimdir. Lazer rezonans bo'shlig'idan chiqadigan nurni kolimatsiya qiluvchi nometall va aks ettiruvchi nometall kabi optik elementlar orqali ishlov berish boshiga o'tkazish kerak. Keyin fokuslovchi oyna (odatda qavariq linzalar) diversion nurni diametri o'ndan yuzlab mikrometrgacha bo'lgan nuqtaga birlashtiradi. Dog'ning diametri (d), fokus uzunligi (f) va tushayotgan nur diametri (D) o'rtasidagi bog'liqlik linzalarni tasvirlash formulasiga (d≈f·th, bu erda th - nurlanish burchagi) to'g'ridan-to'g'ri energiya zichligini aniqlaydi (E=P/(pd²/4), bu erda P - lazer kuchi, kichikroq nuqta)- energiya zichligi qanchalik baland bo'lsa va yuqori{6}}aniqlikdagi kesishga erishish shunchalik oson bo'ladi. Dizayn qayta ishlash maydoni va aniqlik talablari asosida fokus uzunligini tanlashni talab qiladi (qisqa fokus uzunligi kichik fokusli nuqtaga olib keladi, lekin sayoz chuqurlik, nozik plitalarni aniq kesish uchun mos keladi; uzoq fokus uzunligi qalin plitalarni barqaror qayta ishlash uchun mos keladigan katta fokus chuqurligiga ega). Dinamik fokuslash texnologiyasi (masalan, ishlov berish boshining Z{9}}oʻqi boʻylab fokus nuqtasi oʻrnini plastinkaning sirt toʻlqinlarini kuzatib borish uchun avtomatik ravishda sozlash) plastinkadagi notekislik natijasida yuzaga kelgan energiyaning susayishining oʻrnini qoplash, harakat sohasida energiya bir xilligini taʼminlash uchun ishlatiladi.
Energiya va material o'rtasidagi o'zaro ta'sir mexanizmi kesish jarayonining fizik tabiatini belgilaydi. Lazer nurlari material yuzasini nurlantirganda, energiya so'riladi va issiqlikka aylanadi, bu esa mahalliy haroratning erish nuqtasiga yoki hatto qaynash nuqtasiga tez ko'tarilishiga olib keladi (ko'pchilik metall materiallarning erish nuqtasi 1000 darajadan yuqori va qaynash nuqtasi 3000 darajaga yetishi mumkin). Issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan materiallar uchun (masalan, zanglamaydigan po'latdan) issiqlik tez erishni ta'minlovchi nuqta maydoniga to'planadi; yuqori darajada aks ettiruvchi materiallar (alyuminiy va mis kabi) uchun energiya yutilishini kuchaytirish uchun lazer kuchini oshirish yoki impulsli rejimdan foydalanish (eng yuqori quvvat bilan aks ettirish chegarasini buzish orqali) kerak. Eritilgan metall yordamchi gaz (kislorod, azot yoki siqilgan havo) bilan yorliqdan puflanadi: kislorod temir bilan ekzotermik reaksiyaga kirishadi (oksidlanish), uglerod po'lati kabi oson oksidlanadigan materiallarni yuqori-tezlikda kesish uchun mos keladigan qo'shimcha kesish energiyasini beradi; azot inert gaz sifatida faqat kinetik energiya yordamida cürufni olib tashlaydi, oksidlanishdan qochadi va natijada zanglamaydigan po'lat va alyuminiy qotishmalari kabi yuqori sirt sifatini talab qiluvchi ilovalar uchun mos bo'lgan yuqori-sifatli, rangi o'zgarib ketadi. Dizayn materialning issiqlik o'tkazuvchanligi, o'ziga xos issiqlik sig'imi va oksidlanish xususiyatlariga asoslanib, yordamchi gazning turi va bosimiga mos kelishi kerak-juda past bosim shlak qoldiqlariga olib keladi, juda yuqori bosim esa haddan tashqari keng jarlikka yoki materialning yo'qolishiga olib kelishi mumkin. Raqamli simulyatsiyalar (masalan, gaz oqimi maydonini hisoblash suyuqlik dinamikasi (CFD) tahlili) optik yo'lga aralashmasdan shlaklarni samarali olib tashlashni ta'minlash uchun nozul tuzilishini va havo oqimi yo'nalishini optimallashtirish uchun kerak.
Jarayon parametrlarining muvofiqlashtirilgan dizayni barqaror kesishga erishishning asosidir. Lazer quvvati (P), kesish tezligi (v), impuls chastotasi (f) va ish aylanishi (ē) mos kelishi kerak: quvvat vaqt birligi uchun umumiy energiya sarfini aniqlaydi, tezlik energiya davomiyligiga ta'sir qiladi (uzunlik birligiga energiya=E/v) va ikkalasi birgalikda materialning to'liq eritilgan/bug'langanligini aniqlaydi. Impulsli rejimda chastota va ish sikli doimiy isitish natijasida hosil bo'ladigan issiqlik to'planishining oldini olish uchun bir-puls energiyasini (E_pulse=P × ē/f) va impulslar oralig'ini nazorat qiladi (masalan, qalin plastinka kesish, past chastotali va yuqori ish aylanishi issiqlik ta'sir zonasining kengligini kamaytirishi mumkin-). Dizaynda “material{10}}qalinligi-parametrlari” ma’lumotlar bazasini yaratish uchun ortogonal eksperimental dizayn yoki mashinani o‘rganish algoritmlaridan foydalanish kerak. Masalan, 3 mm qalinlikdagi 304 zanglamaydigan po'lat uchun parametrlar kombinatsiyasini 1200 Vt quvvat, 2 m/min tezlik va 0,8 MPa azot bosimiga optimallashtirish 12,5 mkm dan kam yoki unga teng bo'lgan kesma pürüzlülüğü- bilan yuqori sifatli kesishga erishish mumkin.
Xulosa qilib aytganda, lazerni kesishning dizayn printsipi ko'p o'lchovli "energiya manbasi xususiyatlari, optik yo'l uzatish, materiallarning o'zaro ta'siri va parametrlarni moslashtirish" ning ko'p o'lchovli sinergiyasidir. Asosan, u lazerning fizik xossalari va material xatti-harakatlarini aniq nazorat qilish orqali mavhum “yorug‘lik energiyasini” boshqariladigan “qayta ishlash kuchiga” aylantiradi va natijada murakkab konturlarning samarali va yuqori{2}}aniqlikdagi shakllanishiga erishadi. Ushbu printsipning uzluksiz rivojlanishi (masalan, termal diffuziyani bostirish uchun ultratezkor lazerlarda femtosekund/pikosoniyali impulslar va aqlli algoritmlar yordamida real{4}}vaqt parametrlarini optimallashtirish) doimiy ravishda lazerni kesishning qo'llanilish chegaralarini kengaytirib, uni ilg'or ishlab chiqarishda ajralmas asosiy texnologiyaga aylantirmoqda.
