Laser kesim makinaları 3 kısımdan oluşmaktadır.
Lazer ışınının üretildiği Rezonator (Işın kaynağı),
Makine gövdesi ve hareketli eksenler,
Işının kesim kafasına kadar iletildiği optik sistem.

 

1.Rezonatör (Işın kaynağı)

LASER, “Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation” (uyarılmış ışık yayımı ile ışının kuvvetlendirilmesi) tanımının baş harflerinden oluşmaktadır. İlk etapta tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı paralel dalgalar halinde genliği yüksek, güçlü bir ışık demeti olarak tanımlanır.

Metal kesiminde kullanılan lazer çeşitleri içinde en yaygın olan karbondioksit lazerdir. Bu lazerin çalışma prensibi He-Ne lazerin kine oldukça benzemektedir. Burada karbondioksit molekülleri lazer ışınının oluşmasını sağlarken nitrojen de karbondioksitin tersine birikmesini sağlamaktadır. Yani helyum atomlarının görevi karbondioksit atomlarının göreviyle, neon atomlarının görevi de nitrojen atomlarının göreviyle eşleşmektedir. Bu tip lazerlerde 10 kW değerinde enerjiler sürekli olarak sağlanabilmektedir. Buna rağmen çok kısa şoklarda bile bu değerin kat kat üstünde değerlerle enerji üretilebilmektedir.

Bu tip lazerlerin en büyük tehlikelerinden biri görünmez oluşudur, ışınlarının elektromanyetik spektrumunun kızılötesi bölgesinde yer aldığından dolayı bunlar ısı ışınları diye de adlandırılırlar.

Endüstriyel lazerlerin birçoğunda, lazer ışınının oluşabilmesi için özel gazların kullanılması gereklidir. Gazın kalitesi ve seçimi, lazerin güvenilirliğini ve işlemin verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Lazer gazları genellikle, yüksek saflıkta özel gazlardır. Lazer gazları, makineye ayrı ayrı tüplerde ya da önceden belli oranlarda karıştırılmış olarak verilmektedir. Bu ön karıştırma ya da gazların ayrı tüplerde verilmesindeki işlem parametreleri (gaz debisi, basınç saflığı vb.) her lazer makinası üreticisi tarafından belirlenir ve o şartlarda makinaya verilmektedir.

Karbondioksit lazerini oluşturan gazlar; Karbondioksit, Azot ve Helyumdur. Bazı lazer gazları 4 ya da 5 bileşen içerebilir (Ortama ; CO2, N2 ve Helyumun dışında CO, H2 ve Ne eklenebilir)

Laser kesim tezgahlarında 3 tip lazer ışın kaynağı kullanılmaktadır. Teknoloji gelişim sırasına göre:

1. Standart CO2 lazer
2. Slab Lazer
3. Fiber Lazer

Bu lazer ışın kaynaklarının ilk üretilen tipi olan standart CO2 lazerler , dışarıdan sürekli gaz beslemesine ihtiyaç duyarlar. Gaz tüketimi Slab lazer ve Fiber lazere göre yüksektir. Laser ışını, slab ve fiber lazerlere oranla daha fazla yayılım gösterir. Bu tip rezonatöre sahip Laser kesim makinalarında ışın yolu uzun ise ışın saçılımını dengelemek için, ek olarak odaklayıcı ve doğrultucu elemanlar kullanılmaktadır Bu elemanlar ,ek maliyet, periyodik bakım-değişim ve servis maliyeti gerektirmektedir

Standart ve Slab lazer kullanılan kesim makinelerinde ışın kesme kafasına ayna sistemiyle taşınır. Aynalar üzerinde her bir aynada ışının bir miktarı ısı enerjisine dönüşür. Oluşan ısı aynaların içinde bulunan su kanallarından ,su akışı sağlanarak soğutulur.

Fiber lazerlerin avantaları, gaz tüketiminin olmaması ve üretilen lazer ışınının kesme kafasına aynaya gerek kalmadan fiber optik kablo ile taşınmasıdır. Fiber optik kablolarda güç kaybı olmamakta dolayısıyla ilave olarak soğutma sistemine gerek kalmamaktadır. Enerji verimlilikleri çok daha yüksektir (örn. Ortalama olarak 1kW lazer enerjisi için CO2 lazerleri 10kW elektrik enerjisi tüketirken fiber lazer 3-4kW elektrik enerjisi tüketir.) Ancak fiber lazerlerin üretim maliyetlerinin şimdilik yüksek olması dezavantaj teşkil etmektedir. Bir diğer dezavantaj ise malzeme kalınlığı artıkça kesim kalitesinin ve hızının düşmesidir. Ayrıca fiber lazerlerde 40 kW enerjilere çıkılabilmektedir ve fiber lazerlerin standart dalga boyu CO2 lazerlere göre 10 kat daha düşüktür.

2. Makine gövdesi ve hareketli eksenler

Kesintisiz sürekli kesim kalitesi, pürüzsüzlük ve hassasiyetin korunması için makine gövdesinin ,eksen hareketlerinden ve dış ortamdan gelen harici titreşimlerden etkilenmemesi gerekir.

3. Optik sistem

Işının lazer ışın kaynağından başlayıp kesim kafasından çıkana kadar izlediği yoldur. Kullanılan Rezonatör tipine göre düz aynalar, odaklayıcı ve doğrultucu aynalar, ışın yolu ve lensten oluşur. Bakım ve kalitesine göre hemen hepsinin belli ömürleri vardır ki kesim maliyetlerine ciddi etkendir.

Fiber lazerlerde optik sistem fiber kablo kolimatör mercek ve kesim kafasından oluşur ayna maliyeti yoktur.

Lazerle yapılan üretim hem otomasyonu sağlamakta hem de üretim hatasını azaltmaktadır. Lazerin çeşitli tezgahlarda uygulanmasıyla üretim 24 saat yapılabilmekte, seri üretim sağlanmasıyla da üretim maliyetleri azalmaktadır. Özellikle lazerle yapılan kesme işlemleriyle birçok kalıp ve aparatdan tasarruf edilir.

Çelik, nikel alaşımları, titanyum, krom, paslanmaz çelik, alüminyum ve alaşımları vb. malzemelerin kesme işlemleri yapılabilmektedir.

Lazer kesmenin avantajlarından bazıları; kesme kalıp ve aparatı gerektirmemesi ve iş parçası kesme yüzeyinin pürüzsüzlüğü olarak sayılabilir. Küçük bir nokta şeklinde yüksek yoğunluklu lazer ışını oluşmaktadır ve ısınma bu yoğun enerjiye rağmen çok az gerçekleşmektedir.