Sublimando o Vaporizando
La sublimación es un tipo de cambio de fase de un estado sólido a un estado gaseoso, sin fase líquida intermedia. Este es el mismo proceso por el cual el hielo seco se convierte en vapor sin convertirse en líquido. El material absorbe rápidamente la energía, por lo que no hay posibilidad de que se derrita. El mismo principio se aplica al corte por láser, en el que se imparte una gran cantidad de energía al material en un tiempo relativamente corto, lo que provoca un cambio de fase directo del material de estado sólido a gaseoso, con la menor fusión posible.
El corte comienza creando un orificio o ranura inicial. En la ranura hay más capacidad de absorción, lo que hace que el material se vaporice más rápidamente. Esta vaporización repentina crea un vapor de material con alta presión que erosiona aún más las paredes de la ranura mientras expulsa materiales del corte. Esto profundiza y agranda el orificio o corte realizado.
Este proceso es adecuado para cortar plásticos, textiles, madera, papel y espuma, y requiere sólo pequeñas cantidades de energía para vaporizarse.
Derritiendo
En comparación con la sublimación, la fusión requiere menos energía para lograrse. La energía requerida es aproximadamente una décima parte de los cortes láser de sublimación. En este proceso, el rayo láser calienta el material, lo que hace que se funda. A medida que el material se funde, un chorro de gas de la boquilla coaxial con el rayo láser expulsa el material del corte. Los gases auxiliares utilizados son inertes o no reactivos (por ejemplo, helio, argón y nitrógeno), que solo ayudan al corte a través de medios mecánicos.
Debido a su bajo requerimiento energético se utiliza para cortar metales no oxidantes o activos como acero inoxidable, titanio y aleaciones de aluminio.
Corte por láser reactivo
En este proceso se utiliza un gas reactivo para generar más calor al reaccionar con el material. El proceso comienza fundiendo el material con un rayo láser. A medida que el material se funde, sale una corriente de gas oxígeno de la boquilla coaxial, que reacciona con el metal fundido. La reacción entre el metal y el oxígeno es un proceso exotérmico, lo que significa que se libera calor. Este calor ayuda a fundir el material, lo que supone aproximadamente el 60% de la energía total necesaria para cortar el material. Los óxidos metálicos fundidos son expulsados por la presión del chorro de oxígeno.
Aparte de la menor energía requerida por el rayo láser, las velocidades de corte con gases reactivos son más rápidas que con el corte láser con gases inertes. Sin embargo, dado que este proceso depende de una reacción química, el óxido metálico fundido que no es expulsado por el chorro de oxígeno se forma a lo largo del borde del corte. Esto produce cortes de menor calidad que con gases inertes.
Este proceso se utiliza para cortar aceros al carbono gruesos, aceros de titanio y otros metales que se oxidan fácilmente.
Fractura por estrés térmico
Este proceso implica la introducción de una pequeña ranura a profundidades de aproximadamente un tercio del espesor del material mediante un láser. A continuación, el láser se utiliza para inducir tensiones localizadas. Esto se consigue calentando un pequeño punto que crea fuerzas de compresión a su alrededor. Después de pasar el rayo láser, el área se enfría ligeramente, lo que crea tensiones térmicas. En algunos diseños, se utilizan refrigerantes para ayudar a generar tensiones térmicas. Cuando estas tensiones inducidas alcanzan niveles de fallo, se propaga una grieta que provoca la separación.
El movimiento del haz láser dirige esta separación de forma controlada. Este método suele requerir menos potencia que la vaporización láser y ofrece mejores velocidades de corte. El calentamiento localizado se realiza normalmente por debajo de la temperatura de transición vítrea.
Los láseres de CO₂ se utilizan ampliamente para esta aplicación, ya que la luz infrarroja con una longitud de onda de 10,6 µm es ideal para cortar la mayoría de los no metales. Sin embargo, no todos los materiales se pueden cortar con un tipo de láser, ya que los diferentes materiales absorben la luz en diferentes longitudes de onda. Las fracturas por tensión térmica se utilizan ampliamente para cortar materiales frágiles como la cerámica y el vidrio.
Otro método más nuevo que utiliza los principios de la fractura por tensión térmica es el Stealth Dicing. Se trata de una tecnología de corte por láser desarrollada originalmente por Hamamatsu Photonics que se utiliza para cortar obleas de semiconductores y partes de sistemas microelectromecánicos o MEMS. En este tipo de corte, la ranura inicial se crea en un punto interno dentro del material. El Stealth Dicing es un proceso de corte en seco en el que el corte producido es limpio y no deja depósitos fundidos.