Sublimointi tai höyrystys
Sublimaatio on eräänlainen faasinmuutos kiinteästä tilasta kaasumaiseen tilaan, jossa ei ole välivaiheen nestefaasia. Tämä on sama prosessi, jossa kuivajää muuttuu höyryksi muuttumatta nesteeksi. Materiaali imee nopeasti energiaa, jossa ei ole mahdollisuutta sulaa. Samaa periaatetta sovelletaan laserleikkaukseen, jossa materiaaliin siirretään suhteellisen lyhyessä ajassa suuri määrä energiaa, joka aiheuttaa materiaalin suoran faasimuutoksen kiinteästä tilasta kaasumaiseen tilaan mahdollisimman vähäisellä sulamisella.
Leikkaus alkaa luomalla ensimmäinen avaimenreikä tai uurre. Uurressa on enemmän imukykyä, mikä saa materiaalin höyrystymään nopeammin. Tämä äkillinen höyrystyminen luo korkeapaineisen materiaalihöyryn, joka syövyttää edelleen uurteen seinämiä samalla kun materiaalit irrotetaan leikkauksesta. Tämä syventää ja suurentaa tehtyä reikää tai leikkausta.
Tämä prosessi soveltuu muovin, tekstiilin, puun, paperin ja vaahdon leikkaamiseen, jonka höyrystämiseen tarvitaan vain vähän energiaa.
Sulaminen
Sublimaatioon verrattuna sulattaminen vaatii vähemmän energiaa saavuttaakseen. Tarvittava energia on noin kymmenesosa sublimoituvista laserleikkauksista. Tässä prosessissa lasersäde lämmittää materiaalia, mikä saa sen sulamaan. Kun materiaali sulaa, kaasusuihku koaksiaalisesta suuttimesta lasersäteen kanssa ajaa materiaalin ulos leikkauksesta. Käytettävät apukaasut ovat inerttejä tai reagoimattomia (esim. helium, argon ja typpi), mikä vain helpottaa leikkaamista mekaanisten keinojen kautta.
Alhaisen energiantarpeensa vuoksi sitä käytetään ei-hapettavien tai aktiivisten metallien, kuten ruostumattoman teräksen, titaanin ja alumiiniseosten, leikkaamiseen.
Reaktiivinen laserleikkaus
Tässä prosessissa reaktiivista kaasua käytetään tuottamaan enemmän lämpöä reagoimalla materiaalin kanssa. Prosessi alkaa sulattamalla materiaali lasersäteellä. Kun materiaali sulaa, koaksiaalisuuttimesta tulee ulos happikaasuvirta, joka reagoi sulan metallin kanssa. Metallin ja hapen välinen reaktio on eksoterminen prosessi, mikä tarkoittaa, että lämpöä vapautuu. Tämä lämpö auttaa materiaalin sulamisessa, mikä on noin 60 % materiaalin leikkaamiseen tarvittavasta kokonaisenergiasta. Sulat metallioksidit poistuvat happisuihkun paineesta.
Lasersäteen vaatiman pienemmän energian lisäksi leikkausnopeudet reaktiivisilla kaasuilla ovat nopeampia kuin laserleikkaus inertillä kaasulla. Koska tämä prosessi kuitenkin perustuu kemialliseen reaktioon, sula metallioksidi, jota happisuihku ei poista, muodostuu leikkauksen reunaa pitkin. Tämä tuottaa huonolaatuisempia leikkauksia kuin käyttämällä inerttejä kaasuja.
Tätä prosessia käytetään paksujen hiiliterästen, titaaniterästen ja muiden helposti hapettuvien metallien leikkaamiseen.
Terminen stressimurtuma
Tämä prosessi sisältää pienen uurteen lisäämisen noin kolmanneksen materiaalin paksuudesta syvyyteen laserilla. Laseria käytetään sitten aiheuttamaan paikallisia jännityksiä. Tämä saavutetaan kuumentamalla pientä kohtaa, joka luo puristusvoimia sen ympärille. Lasersäteen ohituksen jälkeen alue jäähtyy hieman, jolloin syntyy lämpöjännitystä. Joissakin malleissa jäähdytysnesteitä käytetään auttamaan lämpöjännityksen syntymisessä. Kun nämä indusoidut jännitykset saavuttavat vikatason, halkeama leviää, mikä aiheuttaa irtoamisen.
Lasersäteen liike ohjaa tätä erotusta hallitusti. Tämä menetelmä vaatii yleensä vähemmän tehoa kuin laserhöyrystys paremmilla leikkausnopeuksilla. Paikallinen lämmitys suoritetaan normaalisti lasittumislämpötilan alapuolella.
CO₂-lasereita käytetään laajalti tähän sovellukseen, koska infrapunavalo, jonka aallonpituus on 10,6 µm, on ihanteellinen useimpien epämetallien leikkaamiseen. Kaikkia materiaaleja ei kuitenkaan voida leikata yhdellä laserilla, koska eri materiaalit absorboivat valoa eri aallonpituuksilla. Lämpöjännitysmurtumia käytetään laajalti hauraiden materiaalien, kuten keramiikan ja lasin, leikkaamiseen.
Toinen uudempi menetelmä, joka hyödyntää lämpöjännitysmurtuman periaatteita, on Stealth Dicing. Tämä on Hamamatsu Photonicsin alun perin kehittämä laserleikkaustekniikka, jota käytetään puolijohdekiekkojen ja mikroelektromekaanisten järjestelmien tai MEMS-järjestelmien osien leikkaamiseen. Tämän tyyppisessä leikkauksessa alkuperäinen ura luodaan materiaalin sisäiseen kohtaan. Stealth-kuutioiminen on kuivaleikkausprosessi, jossa leikattu leikkaus on puhdasta, eikä siinä ole sulaa saostumaa.