लेजर कटिंग टेक्नोलॉजी: सिद्धांतों, प्रक्रियाओं और अनुप्रयोगों का व्यापक विश्लेषण

लेजर कटिंग एक उन्नत विनिर्माण तकनीक है जो गैर-संपर्क सामग्री प्रसंस्करण करने के लिए सीएनसी उपकरण के साथ मिलकर उच्च {0} शक्ति {{1} घनत्व वाले लेजर बीम का उपयोग करती है। प्रौद्योगिकी की उत्पत्ति 1965 में हुई, जब हीरे की डाई ड्रिलिंग के लिए पहली लेजर कटिंग मशीन का उपयोग किया गया था, यूनाइटेड किंगडम ने 1967 में धातुओं की पहली लेजर-सहायता प्राप्त ऑक्सीजन कटिंग हासिल की थी। 1970 के दशक के दौरान, लेजर कटिंग तकनीक ने एयरोस्पेस क्षेत्र में प्रवेश करना शुरू कर दिया था, और 1980 के दशक में CO₂ लेजर के व्यापक रूप से अपनाने के बाद, इसने पारंपरिक प्लाज्मा कटिंग प्रक्रियाओं को उत्तरोत्तर प्रतिस्थापित कर दिया।

थर्मल कटिंग विधि के रूप में, लेजर कटिंग को बेहतर कट गुणवत्ता, उच्च दक्षता और असाधारण लचीलेपन द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है, जो एकल {{0}यूनिट कस्टम जॉब से लेकर उच्च {{1}वॉल्यूम विनिर्माण तक उत्पादन को सक्षम बनाता है।

1.1 लेजर उत्पादन और बीम विशेषताएँ

लेजर (विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन) उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से एक अत्यधिक सुसंगत, मोनोक्रोमैटिक किरण उत्पन्न करता है। एक लेज़र प्रणाली में तीन मूलभूत घटक होते हैं: एक सक्रिय माध्यम (ठोस, तरल या गैस), एक ऊर्जा स्रोत (पंपिंग तंत्र), और एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर। जब सक्रिय माध्यम सक्रिय होता है, तो यह फोटॉन उत्सर्जित करता है; अनुनादक इन फोटॉनों को माध्यम के माध्यम से आगे और पीछे परावर्तित करता है, प्रकाश तरंगों को प्रवर्धित और संरेखित करता है और अंततः एक उच्च {2}ऊर्जा{{3}घनत्व वाली लेजर किरण उत्पन्न करता है।

लेज़र किरणें सामान्य प्रकाश से कई महत्वपूर्ण पहलुओं में भिन्न होती हैं: उच्च तीव्रता, अत्यंत संकीर्ण आवृत्ति सीमा (मोनोक्रोमैटिकिटी), तीव्र संरेखण, और उच्च सुसंगतता।

1.2 भौतिक कटिंग तंत्र
लेजर कटिंग प्रक्रिया में एक साथ दो ऑपरेशन शामिल होते हैं:

सामग्री का ताप और चरण परिवर्तन: एक केंद्रित, उच्च {{0} शक्ति {{1} घनत्व वाली लेजर किरण वर्कपीस की सतह को विकिरणित करती है, जिससे विकिरणित क्षेत्र में तेजी से तापमान में वृद्धि होती है, जिससे सामग्री तेजी से पिघलती है, वाष्पीकृत होती है, नष्ट होती है, या प्रज्वलित होती है।

पिघला हुआ इजेक्शन: एक उच्च वेग सहायक गैस, बीम के साथ समाक्षीय, केर्फ़ से पिघली हुई सामग्री को उड़ा देती है, जिससे सामग्री अलग हो जाती है। यह गैस धारा एक साथ फोकसिंग ऑप्टिक्स को वाष्प और छींटे संदूषण से बचाती है।

1.3 परिशुद्धता और प्रक्रिया पैरामीटर
लेज़र कटिंग से ±0.05 मिमी की आयामी सटीकता, 0.10–0.20 मिमी की केर्फ़ चौड़ाई और दसियों माइक्रोन के क्रम पर सतह खुरदरापन प्राप्त होता है। कट गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले प्रमुख मापदंडों में शामिल हैं:

लेजर शक्ति और शक्ति घनत्व: प्राप्त सामग्री की मोटाई और काटने की गति निर्धारित करें

बीम फोकल स्थिति: केर्फ़ की चौड़ाई और ऊर्ध्वाधरता को प्रभावित करती है

गैस के प्रकार और दबाव में सहायता: पिघले हुए इजेक्शन दक्षता को निर्धारित करता है

नोजल व्यास: आमतौर पर 0.8 मिमी से 3 मिमी तक होता है, जिसे सामग्री और मोटाई के आधार पर चुना जाता है

यह ध्यान देने योग्य है कि तांबे और एल्यूमीनियम जैसी अत्यधिक परावर्तक सामग्री विशिष्ट लेजर तरंग दैर्ध्य के लिए बेहद कम अवशोषण दर प्रदर्शित करती है, जो महत्वपूर्ण प्रसंस्करण चुनौतियां पेश करती है।

लेजर कटिंग प्रक्रियाओं को सामग्री हटाने के तंत्र के आधार पर चार प्रमुख प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है:

2.1 लेजर वाष्पीकरण काटना
एक उच्च {{0}ऊर्जा-घनत्व वाली लेजर किरण वर्कपीस को गर्म करती है, तेजी से सामग्री के क्वथनांक तक पहुंचती है और सीधे वाष्पीकरण का कारण बनती है। उच्च-वेग वाष्प निष्कासन एक साथ केर्फ़ बनाता है।

Power density requirement: Typically >10⁸ डब्ल्यू/सेमी²

लागू सामग्री: अत्यधिक पतली धातुएं और गैर-{0}}धातु सामग्री (कागज, कपड़ा, लकड़ी, प्लास्टिक, रबर, आदि)

विशेषताएं: उच्च ऊर्जा मांग; पिघले हुए अवशेषों से बचने की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त

2.2 लेज़र मेल्टिंग कटिंग
लेजर हीटिंग सामग्री को पिघला देती है, और एक गैर-ऑक्सीकरण सहायक गैस (Ar, He, N₂, आदि) उच्च दबाव के माध्यम से पिघली हुई धातु को बाहर निकालकर केर्फ़ बनाती है।

ऊर्जा दक्षता: वाष्पीकरण काटने के लिए केवल 1/10 ऊर्जा की आवश्यकता होती है

लागू सामग्री: स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम, एल्युमीनियम और उनकी मिश्र धातुएँ -ऑक्सीकरण या प्रतिक्रियाशील धातुओं के प्रति प्रतिरोधी सामग्री

प्रक्रिया लाभ: उच्च धार गुणवत्ता के साथ ऑक्साइड मुक्त कट किनारों का उत्पादन करता है

2.3 लेजर ऑक्सीजन कटिंग (फ्लेम कटिंग)
ऑक्सीएसिटिलीन कटिंग के अनुरूप, यह प्रक्रिया लेजर को प्रीहीटिंग हीट स्रोत के रूप में और ऑक्सीजन को काटने वाली गैस के रूप में नियोजित करती है। ऑक्सीजन धातु के साथ ऊष्माक्षेपी रूप से प्रतिक्रिया करती है, साथ ही पिघले हुए ऑक्साइड को बाहर निकालती है।

ऊर्जा दक्षता: पिघलने की कटाई के लिए केवल 1/2 ऊर्जा की आवश्यकता होती है; काटने की गति वाष्पीकरण और पिघलने की कटाई दोनों से काफी अधिक है

लागू सामग्री: कार्बन स्टील, टाइटेनियम स्टील, और गर्मी से उपचारित स्टील्स {{1}ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील धातुएँ

प्रक्रिया की सीमाएँ: चौड़ी परिधि, बड़ा ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र, कोने में जलने की संवेदनशीलता, और अपेक्षाकृत कम किनारे की गुणवत्ता

2.4 लेजर स्क्रिबिंग और नियंत्रित फ्रैक्चर
लेज़र स्क्राइबिंग भंगुर सामग्री की सतह को स्कैन करने के लिए एक उच्च {{0}ऊर्जा -घनत्व वाले लेज़र का उपयोग करता है, थर्मल वाष्पीकरण के माध्यम से एक उथले खांचे को वाष्पीकृत करता है, इसके बाद खांचे के साथ सामग्री को फ्रैक्चर करने के लिए यांत्रिक बल का उपयोग करता है। नियंत्रित फ्रैक्चर भंगुर सामग्री में स्थानीय थर्मल तनाव पैदा करने के लिए लेजर ग्रूविंग द्वारा उत्पन्न खड़ी थर्मल ग्रेडिएंट का उपयोग करता है, जिससे ग्रूव के साथ अलगाव होता है।

लागू सामग्री: सिरेमिक, अर्धचालक, और अन्य भंगुर सामग्री

विशिष्ट लेज़र: Q-स्विच्ड लेज़र, CO₂ लेज़र

लेजर कटिंग तकनीक ने कई महत्वपूर्ण औद्योगिक क्षेत्रों में प्रवेश कर लिया है:

ऑटोमोटिव विनिर्माण: बॉडी फ्रेम, एयरबैग घटक, आंतरिक पैनल

एयरोस्पेस: इंजन घटक, टाइटेनियम मिश्र धातु नलिकाएं, धड़ त्वचा स्टिफ़नर

इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण: परिशुद्ध सूक्ष्म अवयव, सर्किट बोर्ड, कनेक्टर

चिकित्सा उपकरण: कोरोनरी स्टेंट, सर्जिकल उपकरण, माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण

शीट मेटल फैब्रिकेशन: पारंपरिक तरीकों को विस्थापित करते हुए प्रमुख प्रक्रिया बन गई है

एक मुख्य विनिर्माण तकनीक के रूप में, लेजर कटिंग उच्च परिशुद्धता, उच्च दक्षता और असाधारण लचीलेपन के अपने संयुक्त लाभों के माध्यम से औद्योगिक परिवर्तन को आगे बढ़ाती रहती है। वाष्पीकरण कटिंग से लेकर ऑक्सीजन-सहायक कटिंग तक, और CO₂ लेजर से फाइबर लेजर तक, निरंतर तकनीकी विकास ने लेजर कटिंग की अनुप्रयोग सीमाओं का विस्तार किया है, जिससे सामग्रियों और मोटाई की एक विस्तृत श्रृंखला में उच्च गुणवत्ता, कुशल प्रसंस्करण संभव हो सका है।

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