औद्योगिक लेजर काटने की मशीन

एक लेज़र कटर एक बहुत छोटे व्यास, उच्च-ऊर्जा प्रकाश किरण को एक शीट या सामग्री की प्लेट पर लंबवत रूप से निर्देशित करके काम करता है ताकि लेज़र को X और Y दिशाओं में ले जाकर इसे 2-आयामी प्रोफ़ाइल में काटा जा सके। मशीन बिस्तर. यह किरण जी-कोड नामक कंप्यूटर-जनित निर्देशों के एक सेट द्वारा निर्धारित पैटर्न में सामग्री को पिघलाती या जलाती है। कभी-कभी काटी जाने वाली सामग्री के तल से पिघली हुई सामग्री को बाहर निकालने के लिए गैस की उच्च दबाव वाली धारा का उपयोग किया जाता है। यह प्रक्रिया इसलिए की जाती है ताकि अपशिष्ट पदार्थ कटे हुए स्थान पर न रह जाए और बीम के आगे बढ़ने के बाद जम न जाए। अन्य मामलों में, लेज़र किरण केवल सामग्री को वाष्पित कर देती है। लेजर बीम उत्पन्न करने की विधि अलग-अलग प्रौद्योगिकियों में भिन्न है, लेकिन सिद्धांत रूप में, वे सभी नीचे सूचीबद्ध चरणों का पालन करते हैं:

चरण 1: जी-कोड फ़ाइल का निर्माण
किसी भी कटिंग को करने से पहले, कटिंग कार्य के लिए जी-कोड तैयार करना आवश्यक होता है। जी-कोड मशीन-पठनीय निर्देशों का एक सेट है जो मशीन को बताता है कि लेजर कटिंग हेड को कहां ले जाना है। ऑपरेटर सरल आकृतियों के लिए हाथ से निर्देश तैयार कर सकता है। अधिक-जटिल आकृतियों को आपूर्ति की गई CAD (कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन) फ़ाइल से इस जी-कोड को स्वचालित रूप से उत्पन्न करने के लिए CAM (कंप्यूटर-एडेड विनिर्माण) सॉफ़्टवेयर की आवश्यकता होती है। फिर यह जी-कोड वाई-फाई कनेक्शन या यूएसबी ड्राइव का उपयोग करके मशीन पर भेजा जाना चाहिए।

चरण 2: लेजर बीम जनरेशन
लेजर किरण अनुनादक के अंदर उत्पन्न होती है। विभिन्न लेज़र प्रौद्योगिकियाँ लेज़र उत्पन्न करने के लिए विभिन्न माध्यमों का उपयोग करती हैं। हालाँकि, विभिन्न लेजर प्रौद्योगिकियों के लिए बीम पीढ़ी की भौतिकी समान है।
जब एक इलेक्ट्रॉन को फोटॉन द्वारा उत्तेजित किया जाता है तो यह उच्च ऊर्जा अवस्था में जाने के लिए अपनी ऊर्जा को अवशोषित करता है। एक इलेक्ट्रॉन को एक विशिष्ट ऊर्जा अवस्था में सक्रिय करने के लिए फोटॉन से ऊर्जा की सटीक मात्रा की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया को उत्तेजित अवशोषण के रूप में जाना जाता है।

बहुत कम समय के बाद इलेक्ट्रॉन एक निचली कक्षा में क्षय हो जाएगा। यह क्षय क्वांटम वैक्यूम में छोटे उतार-चढ़ाव के कारण होता है जिसके कारण यह कम ऊर्जा अवस्था में वापस आ जाता है। क्षय होने पर, यह एक फोटॉन उत्सर्जित करेगा। इस प्रक्रिया को सहज उत्सर्जन के रूप में जाना जाता है।

एक फोटॉन के सहज उत्सर्जन का उपयोग लेजर बीम बनाने के लिए नहीं किया जा सकता है क्योंकि उत्सर्जित फोटॉन असंगत होंगे क्योंकि वे यादृच्छिक दिशाओं में आगे बढ़ेंगे। वे बहुत जल्दी जमीनी स्तर पर भी गिर जायेंगे। लेज़र मेटास्टेबल स्थिति वाली सामग्रियों का उपयोग करके इस समस्या से निपटते हैं। सहज उत्सर्जन (यानी मिलीसेकंड बनाम नैनोसेकंड) से जुड़े समयमान की तुलना में यह प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन को अर्ध-उत्तेजित अवस्था में लंबे समय तक रहने की अनुमति देती है।

जब एक फोटॉन अपनी मेटास्टेबल अवस्था में पहले से ही उत्तेजित इलेक्ट्रॉन के साथ संपर्क करता है, तो यह इलेक्ट्रॉन को कम ऊर्जा कक्ष में वापस गिरने का कारण बन सकता है। जब इलेक्ट्रॉन ऐसा करता है, तो एक फोटॉन फोटॉन के समान गुणों के साथ जारी होता है जिसने शुरू में इसे परेशान किया था (यानी समान आवृत्ति, चरण और ध्रुवीकरण)। इस प्रक्रिया को उत्तेजित उत्सर्जन कहा जाता है और यह लेजर बीम बनाने के लिए उपयोग किया जाने वाला तंत्र है। एक बार जब प्रक्रिया शुरू हो जाती है, तो यह फोटॉनों के एक समूह को जारी करने का कारण बनता है जो फिर ट्यूब से नीचे चला जाता है।

चरण 3: लेजर प्रवर्धन
जब सहज उत्सर्जन का प्रारंभिक चरण होता है, तो फोटॉन यादृच्छिक दिशाओं में निकल जाएंगे। हालाँकि, कुछ लेजर माध्यम के दोनों छोर पर दो दर्पणों के लंबवत होंगे। यह स्थिति दो प्रकाश तरंगें बनाती है (एक बायीं ओर यात्रा करती है और एक माध्यम में दाहिनी ओर यात्रा करती है) जो रचनात्मक और विनाशकारी हस्तक्षेप से युक्त एक स्थायी तरंग बनाती है। जब ये खड़ी तरंगें उत्पन्न होती हैं, तो इसे अनुनाद कहा जाता है। प्रकाश की तीव्रता उस बिंदु तक बढ़ जाती है जहां अर्ध-परावर्तक दर्पण इसके माध्यम से कुछ प्रकाश की अनुमति देगा, जिससे लेजर ऊर्जा की एक सुसंगत किरण उत्पन्न होगी। फोटॉन के उत्तेजित उत्सर्जन को जारी रखने के लिए शेष प्रकाश लेजर माध्यम में प्रतिबिंबित होता रहता है। विभिन्न लेजर प्रौद्योगिकियां विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ लेजर का उत्पादन करती हैं।

चरण 4: बीम दिशा और फोकसिंग
जैसे ही किरण प्रवर्धन के बाद लेजर माध्यम से बाहर निकलती है, इसे या तो फाइबर ऑप्टिक केबल (फाइबर लेजर के मामले में) या दर्पणों की एक श्रृंखला (सीओ2 और एनडी: वाईएजी लेजर के लिए) के माध्यम से निर्देशित किया जाता है। किरण को एक लेंस के माध्यम से शीट सामग्री में नीचे निर्देशित किया जाता है जो स्थानीयकृत उच्च-ऊर्जा बिंदु बनाने के लिए लेजर ऊर्जा को एक बहुत छोटे व्यास में केंद्रित करता है। ध्यान दें कि लेज़र में उच्च तीव्रता का केवल एक ही फोकस बिंदु होता है; संपूर्ण बीम में काटने की तीव्रता समान नहीं है। तीव्रता में अंतर यही कारण है कि लेजर कटर उस सामग्री की मोटाई में सीमित होते हैं जिसे वे काट सकते हैं, क्योंकि लेजर की तीव्रता फोकस बिंदु के ऊपर और नीचे कम हो जाती है।

चरण 5: सामग्री काटना
एक बार जब बीम पर ध्यान केंद्रित किया जाता है, तो यह सामग्री को पिघलाना या वाष्पीकृत करना शुरू कर देगा। लकड़ी जैसी गैर-पिघलने वाली सामग्री के मामले में, लेजर सामग्री को जला देगा। धातुओं के साथ, लेजर बीम सामग्री को पिघला देगी, और गैस का एक उच्च दबाव जेट पिघली हुई सामग्री को कट से दूर उड़ा देगा। गैस या तो अक्रिय नाइट्रोजन या आर्गन हो सकती है या यह ऑक्सीजन हो सकती है जिसका उपयोग स्टील की काटने की प्रक्रिया को तेज करने के लिए किया जाता है।