Süblimasyon veya Buharlaştırma
Süblimasyon, ara sıvı fazı olmadan katı halden gaz haline geçişin bir türüdür. Bu, kuru buzun sıvı olmadan buhara dönüşmesiyle aynı işlemdir. Malzeme, erimenin gerçekleşme şansının olmadığı bir şekilde hızla enerji emer. Aynı prensip, malzemeye nispeten kısa bir sürede yüksek miktarda enerji verildiği ve mümkün olduğunca az erimeyle malzemenin katı halden gaz haline doğrudan faz değişimine neden olan lazer kesime de uygulanır.
Kesim, başlangıçta bir anahtar deliği veya kerf oluşturarak başlar. Kerfte, malzemenin daha hızlı buharlaşmasına neden olan daha fazla emicilik vardır. Bu ani buharlaşma, kerfin duvarlarını daha fazla aşındırırken malzemeleri kesimden dışarı atan yüksek basınçlı bir malzeme buharı yaratır. Bu, yapılan deliği veya kesimi derinleştirir ve büyütür.
Bu işlem, buharlaştırmak için çok az miktarda enerji gerektiren plastik, tekstil, ahşap, kağıt ve köpük gibi malzemelerin kesimi için uygundur.
Erime
Süblimasyonla karşılaştırıldığında, eritme elde etmek için daha az enerji gerekir. Gereken enerji, süblimasyon lazer kesimlerinin yaklaşık onda biridir. Bu işlemde, lazer ışını malzemeyi ısıtır ve erimesine neden olur. Malzeme eridikçe, lazer ışınıyla birlikte koaksiyel nozülden gelen bir gaz jeti, malzemeyi kesimden dışarı atar. Kullanılan yardımcı gazlar, yalnızca mekanik yollarla kesmeye yardımcı olan inert veya tepkimeye girmeyen gazlardır (örneğin, helyum, argon ve nitrojen).
Düşük enerji ihtiyacı nedeniyle paslanmaz çelik, titanyum ve alüminyum alaşımları gibi oksitlenmeyen veya aktif metallerin kesilmesinde kullanılır.
Reaktif Lazer Kesim
Bu işlemde, malzemeyle reaksiyona girerek daha fazla ısı üretmek için reaktif bir gaz kullanılır. İşlem, malzemenin bir lazer ışınıyla eritilmesiyle başlar. Malzeme eridikçe, koaksiyel nozuldan bir oksijen gazı akışı çıkar ve erimiş metalle reaksiyona girer. Metal ve oksijen arasındaki reaksiyon, ısının açığa çıktığı anlamına gelen ekzotermik bir işlemdir. Bu ısı, malzemenin erimesine yardımcı olur ve bu da malzemeyi kesmek için gereken toplam enerjinin yaklaşık %60'ıdır. Erimiş metal oksitler, oksijen jetinin basıncıyla dışarı atılır.
Lazer ışınından daha düşük enerji gerektirmesinin yanı sıra, reaktif gazlar kullanılarak yapılan kesme hızları, inert gazlarla yapılan lazer kesiminden daha hızlıdır. Ancak, bu işlem kimyasal bir reaksiyona dayandığından, oksijen jeti tarafından dışarı atılmayan erimiş metal oksit, kesimin kenarı boyunca oluşur. Bu, inert gazlar kullanılarak yapılan kesimlerden daha düşük kaliteli kesimler üretir.
Bu işlem kalın karbonlu çeliklerin, titanyum çeliklerin ve diğer kolay oksitlenen metallerin kesilmesinde kullanılır.
Termal Stres Kırılması
Bu işlem, bir lazer kullanılarak malzemenin kalınlığının yaklaşık üçte biri derinliğinde küçük bir kerf oluşturulmasını içerir. Daha sonra lazer, yerelleştirilmiş gerilimler oluşturmak için kullanılır. Bu, etrafında sıkıştırma kuvvetleri oluşturan küçük bir noktanın ısıtılmasıyla elde edilir. Lazer ışınını geçtikten sonra, alan hafifçe soğur ve termal gerilimler oluşturur. Bazı tasarımlarda, termal gerilimin oluşturulmasına yardımcı olmak için soğutucular kullanılır. Bu oluşturulan gerilimler arıza seviyelerine ulaştığında, ayrılmaya neden olan bir çatlak yayılır.
Lazer ışınının hareketi bu ayrımı kontrollü bir şekilde yönlendirir. Bu yöntem genellikle daha iyi kesme hızlarıyla lazer buharlaştırmadan daha az güç gerektirir. Yerel ısıtma normalde cam geçiş sıcaklığının altında gerçekleştirilir.
CO₂ lazerler bu uygulama için yaygın olarak kullanılır çünkü 10,6 µm dalga boyuna sahip kızılötesi ışık çoğu metal olmayanı kesmek için idealdir. Ancak, farklı malzemeler farklı dalga boylarında ışık emdiği için tüm malzemeler tek bir lazer türüyle kesilemez. Seramik ve cam gibi kırılgan malzemeleri kesmek için termal gerilim kırıkları yaygın olarak kullanılır.
Termal stres kırılması prensiplerini kullanan bir diğer yeni yöntem ise Stealth Dicing'dir. Bu, başlangıçta Hamamatsu Photonics tarafından geliştirilen ve yarı iletken gofretleri ve mikroelektromekanik sistemlerin veya MEMS'lerin parçalarını kesmek için kullanılan bir lazer kesme teknolojisidir. Bu kesme türünde, ilk kerf, malzemenin içindeki bir iç noktada oluşturulur. Stealth dicing, üretilen kesimin erimiş tortular olmadan temiz olduğu kuru bir kesme işlemidir.