Trudno uwierzyć, że high-tech nie potrafi usprawnić tak prostej z pozoru czynności jak cięcie. I rzeczywiście-potrafi. Można do tego wykorzystać laser.

Każdy, kto kiedykolwiek usiłował przeciąć twardy metal, łatwo się przekonał, że jest to czynność kłopotliwa. Niezależnie od sposobu cięcia i materiału - czy to metalu, szkła, kamienia, drewna czy tworzyw sztucznych - pozostają nierówne krawędzie, które trzeba poddać obróbce. Czasem brzegi odkształcają się, czasem pękają. Blacha oksydowana lub cynkowana zostaje "skaleczona" i łatwo ulega korozji. Ponadto potrzebna jest duża energia mechaniczna, maszyna o potężnej masie jako część dużego "centrum obróbczego" itd. Wymyślono więc cięcie gazowe; ale tu z kolei mamy do czynienia ze złym wpływem wysokiej temperatury, niską dokładnością. Może więc cięcie wodą? Są już do dyspozycji takie agregaty! Ale czy wszędzie woda jest pożądana?


SIĘGNĄĆ PO LASER

Jego przydatność do cięcia wynika z samej zasady działania. Następuje tu koncentracja energii spolaryzowanego światła na niezwykle małej powierzchni. Gęstość mocy wiązki laserowej stosowanej do cięcia wynosi 104-106 W/cm2. Wiązkę promieni da się zogniskować do średnicy 0,025 mm. Łatwo sobie wyobrazić, czego może dokonać tak cienkie ostrze o tak wielkiej energii. Dzięki tzw. jednomodowemu rozkładowi mocy wiązki taka "plamka" promieniowania, przesuwając się wzdłuż wyznaczonej linii rozkroju materiału, jest źródłem energii o stałym natężeniu. Materiał na drodze tego laserowego oczka ulega stopieniu i zostaje wydmuchany przez strumień jednocześnie podawanego gazu. Powstaje równa, szlachetna linia cięcia. Najczęściej stosuje się lasery gazowe CO2 oraz lasery na krysztale i szkle (Nd:YAG i Nd:Glass). Całość energii cieplnej dopiero wtedy zamienia się na energię cięcia, gdy metal się stopi i zacznie parować.

SPRAWNOŚĆ I PRECYZJA CIĘCIA

Zależy ona nie tylko od absorpcji energii przez dany materiał, ale także od rodzaju polaryzacji wiązki światła laserowego. Optymalna dla cięcia jest polaryzacja liniowa dająca taką samą jakość rozkroju, niezależnie od kierunku.
Światło laserowe może mieć wiele różnych cech, jak gęstość mocy wiązki, długość ogniskowej, prędkość cięcia, moc, czas impulsu i jego częstotliwość, rodzaj gazu wspomagającego i osłonowego itd. Precyzyjne sterowanie nimi pozwala osiągnąć najlepszą jakość cięcia. Jako gaz wydmuchujący metal najczęściej stosuje się powietrze, tlen, azot i argon. Tlen i powietrze reagują z materiałem w wysokiej temperaturze, pogarszają więc jakość powierzchni cięcia. Do wyjątków należą stale węglowe i niskostopowe, gdzie cięcie tlenem daje najlepsze efekty. Argonu używa się przy cięciu m.in. stali reaktywnych i niskotopli-wych, azotu - do stali odpornych na korozję oraz takich metali jak aluminium i nikiel.
Podobnie jak przy cięciu palnikiem gazowym, gdzie ogniskujemy płomień na styku z powierzchnią materiału, także i w przypadku lasera wiązka powinna być zogniskowana na powierzchni. Szerokość szczeliny, długość ogniskowej i głębokość ogniska muszą być tu jednak regulowane znacznie bardziej precyzyjnie, tak aby szerokość szczeliny była jak najmniejsza, co zwiększa dokładność cięcia. Dlatego proces jest z reguły zautomatyzowany lub prowadzi go robot przemysłowy. Prędkość cięda zależy od gęstości mocy wiązki i grubości ciętego materiału. Wycinanie otworów wymaga nieco większej gęstości mocy - powyżej 105 W/cm2, dlatego w tym wypadku stosuje się krótsze odległości ogniskowe. Głębokość, na jaką jest odparowywany metal, równa się w przybliżeniu sześciokrotnej średnicy wiązki. W razie większej grubości, otwór jest pogłębiany kolejnymi impulsami energetycznymi.
Sterowanie głowicą lasera pozwala na uzyskiwanie przestrzennego kształtu rozkroju. Można ciąć przedmioty o skomplikowanych kształtach przestrzennych i docierać do miejsc trudno dostępnych. Bardzo wysoka energia i koncentracja wiązki pozwala ciąć materiały o tak różnych właściwościach, jak szkło i tytan, porcelana i tkaniny, metale szlachetne i kamienie. Nowoczesne przecinarki są całkowicie zautomatyzowane i skomputeryzowane.

POWTARZALNOŚĆ

Dzięki temu uzyskuje się wysoką powtarzalność czynności - można operować bardzo długimi seriami drobnych przedmiotów i prowadzić bardzo skomplikowane linie cięcia lub grawerunku. Głowica robocza niema kontaktu z przedmiotem, nie występuje nacisk mechaniczny. Uzyskane cięcie niewymaga dalszej obróbki.
Dokładność i precyzja uzyskana metodą cięcia laserowego. Łatwo się domyślić zastosowań tej techniki jest ona znakomita w mechanice precyzyjnej, zegarmistrzostwie (wiele firm szwajcarskich stosuje obróbkę laserową),rzemiosłach artystycznych, jubilerstwie,elektronice, przemyśle odzieżowym, obuwniczym, zabawkarsko-pamiątkarskim itp. Niebywałe efekty daje np. w grawerstwie; laserowo da się wygrawerować przestrzenne kształty np. wewnątrz szkła. Ciągle są odkrywane nowe możliwości zastosowań, nowe, coraz bardziej precyzyj ne urządzenia do cięcia. Ta metoda ma wielką przyszłość. Mikro- i nano-technologie będą sięgać coraz częściej po laserowe narzędzia. Tetechnologie są już dostępne w Polsce, w Warszawie, w Centrum Techniki Laserowej.