التسامي أو التبخير
التسامي هو نوع من أنواع تغير الطور من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، دون وجود طور سائل وسيط. هذه هي نفس العملية التي يتحول بها الجليد الجاف إلى بخار دون أن يصبح سائلاً. تمتص المادة الطاقة بسرعة حيث لا توجد فرصة للذوبان. يتم تطبيق نفس المبدأ على القطع بالليزر، حيث يتم نقل كمية كبيرة من الطاقة إلى المادة في وقت قصير نسبيًا مما يتسبب في تغير طور المادة مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، مع أقل قدر ممكن من الذوبان.
يبدأ القطع بإنشاء ثقب مفتاح أولي أو شق. يوجد في الشق المزيد من الامتصاص مما يتسبب في تبخر المادة بسرعة أكبر. يؤدي هذا التبخر المفاجئ إلى إنشاء بخار مادة بضغط مرتفع يؤدي إلى تآكل جدران الشق بشكل أكبر أثناء إخراج المواد من القطع. يؤدي هذا إلى تعميق وتوسيع الثقب أو القطع الذي تم إجراؤه.
تعتبر هذه العملية مناسبة لقطع البلاستيك والمنسوجات والخشب والورق والرغوة، والتي تتطلب كميات صغيرة فقط من الطاقة لتبخيرها.
ذوبان
بالمقارنة مع التسامي، يتطلب الذوبان طاقة أقل لتحقيقه. الطاقة المطلوبة هي حوالي عُشر القطع بالليزر بالتسامي. في هذه العملية، يسخن شعاع الليزر المادة، مما يتسبب في ذوبانها. وبينما تذوب المادة، تطرد نفثة من الغاز من الفوهة المحورية مع شعاع الليزر المادة من القطع. الغازات المساعدة المستخدمة خاملة أو غير متفاعلة (على سبيل المثال، الهيليوم والأرجون والنيتروجين)، والتي تساعد فقط في القطع من خلال الوسائل الميكانيكية.
بسبب متطلباتها المنخفضة للطاقة يتم استخدامها لقطع المعادن غير المؤكسدة أو النشطة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم وسبائك الألومنيوم.
القطع بالليزر التفاعلي
في هذه العملية، يتم استخدام غاز تفاعلي لتوليد المزيد من الحرارة عن طريق التفاعل مع المادة. تبدأ العملية بإذابة المادة باستخدام شعاع الليزر. ومع ذوبان المادة، يخرج تيار من غاز الأكسجين من الفوهة المحورية، ويتفاعل مع المعدن المنصهر. التفاعل بين المعدن والأكسجين هو عملية طاردة للحرارة مما يعني إطلاق الحرارة. تساعد هذه الحرارة في ذوبان المادة، وهو ما يمثل حوالي 60٪ من إجمالي الطاقة المطلوبة لقطع المادة. يتم طرد أكاسيد المعدن المنصهر بواسطة ضغط نفث الأكسجين.
بصرف النظر عن الطاقة المنخفضة المطلوبة من شعاع الليزر، فإن سرعات القطع باستخدام الغازات التفاعلية أسرع من القطع بالليزر باستخدام الغازات الخاملة. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه العملية تعتمد على تفاعل كيميائي، فإن أكسيد المعدن المنصهر الذي لا يتم طرده بواسطة نفاثة الأكسجين يتشكل على طول حافة القطع. وهذا ينتج قطعًا أقل جودة من استخدام الغازات الخاملة.
تُستخدم هذه العملية لقطع الفولاذ الكربوني السميك، والفولاذ المصنوع من التيتانيوم، والمعادن الأخرى التي تتأكسد بسهولة.
كسر الإجهاد الحراري
تتضمن هذه العملية إدخال شق صغير على أعماق تبلغ حوالي ثلث سمك المادة باستخدام الليزر. ثم يستخدم الليزر لتحريض إجهادات موضعية. ويتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين بقعة صغيرة مما يخلق قوى ضغط حولها. وبعد مرور شعاع الليزر، تبرد المنطقة قليلاً، مما يخلق إجهادات حرارية. وفي بعض التصميمات، تُستخدم السوائل المبردة للمساعدة في توليد الإجهاد الحراري. وعندما تصل هذه الإجهادات المستحثة إلى مستويات الفشل، ينتشر الشق مما يسبب الانفصال.
تعمل حركة شعاع الليزر على توجيه هذا الفصل بطريقة محكومة. تتطلب هذه الطريقة عادةً طاقة أقل من التبخير بالليزر مع سرعات قطع أفضل. يتم إجراء التسخين الموضعي عادةً أسفل درجة حرارة انتقال الزجاج.
تُستخدم ليزرات ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في هذا التطبيق، حيث يُعد الضوء تحت الأحمر بطول موجي 10.6 ميكرومتر مثاليًا لقطع معظم المواد غير المعدنية. ومع ذلك، لا يمكن قطع جميع المواد بنوع واحد من الليزر، حيث تمتص المواد المختلفة الضوء بأطوال موجية مختلفة. تُستخدم كسور الإجهاد الحراري على نطاق واسع لقطع المواد الهشة مثل السيراميك والزجاج.
هناك طريقة أخرى أحدث تستخدم مبادئ كسر الإجهاد الحراري وهي Stealth Dicing. وهي تقنية قطع بالليزر طورتها في الأصل شركة Hamamatsu Photonics والتي تستخدم في قطع رقائق أشباه الموصلات وأجزاء من الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة أو MEMS. في هذا النوع من القطع، يتم إنشاء الشق الأولي عند نقطة داخلية داخل المادة. Stealth Dicing هي عملية قطع جافة حيث يكون القطع الناتج نظيفًا بدون رواسب منصهرة.