חיתוך בלייזר

חיתוך בלייזר היא טכנולוגיה שבעזרתה משתמשים בלייזר לחיתוך חומרים שונים. התהליך מתבצע על ידי מיקוד קרן לייזר בעלת הספק גבוה, באמצעות מחשב, אל פני החומר המיועד לחיתוך. החומר סופג את האנרגיה של הלייזר ובהינתן עוצמה מספקת מגיב בהתכה, אידוי או פיזור. הלייזר פועל לפי מרחק מיקוד, כלומר המרחק בין העדשה לבין החומר. לכן החיתוך בלייזר יעיל במיוחד בחיתוך לוחות שטוחים (מרחק קבוע מהעדשה). עובי החומר הניתן לחיתוך תלוי בעוצמה של קרן הלייזר וגם בטווח המיקוד של הקרן. ככל שהקרן ממוקדת יותר כך טווח המיקוד קצר יותר. קיימים סוגים שונים של לייזרים באורכי גל שונים, המתאימים לסוגי חמרים שונים. במתכות למשל נעשה שימוש בקרן לייזר באורך גל קטן (תדר גבוה) שמבטיח פיזור אנרגיה מינימלי. האנרגיה המרוכזת מצליחה לפעול על המתכת. בחמרים אורגניים (עץ, אבן, עור, פלסטיק) שאינם מפזרים אנרגיה, אפשר להשתמש באורכי גל גדולים יותר (תדר יותר נמוך) כדי לחתוך ביעילות. 

היתרון הגדול בשימוש בלייזר הוא בכך שהחיתוך מתבצע ללא מגע מכני. פרט לאנרגיה המוקרנת על החומר אין חיכוך מכני ולכן יש שחיקה פחותה של כלי חיתוך. היעדר החיכוך מאפשר תנועות "חופשיות" יותר, ומגדיל את הגמישות הגאומטרית של החיתוך. קרן לייזר היא בדרך כלל צרה יותר מכלים מכניים. 

בחיתוך בלייזר מתקיים בין השאר אידוי של חומר או תהליך כימי המפריד בין חמרים. 
כך למשל בחיתוך PVC (פולי ויניל כלוריד) משתחרר גז הידרו-כלוריד שהוא רעיל ביותר וגורם לקורוזיה מואצת גם לחלקי המכונה.

חיתוך לייזר בעידן המודרני 
בשנים האחרונות מכונות החיתוך בלייזר נעשו נפוצות יותר ויותר. כיום מצויים מכשירי חיתוך וצריבה בלייזר במגוון רחב של תעשיות ובעסקים קטנים. הטכנולוגיה המתקדמת וירידת המחירים בשל הייצור ההמוני אפשרה לבעלי עסקים פרטיים לרכוש מיכון מתקדם. חנויות אופנה משתמשות בחיתוך לייזר על מנת ליצור בגדי מעצבים. חנויות לממכר אלכוהול צורבות שם ותמונה על בקבוקיהן. אמנים ויוצרים מוערכים משתמשים בחיתוך לייזר על מנת לייצר מתנות ייחודיות ופריטים נוספים לפי דרישה.

חומרים לחיתוך בלייזר 
ניתן לחתוך כמעט כל דבר בחיתוך לייזר, מנייר ועד מתכת. מכונות לייזר עם הספק של עד 150W יהיו מסוגלות להתמודד עם: עץ (עד עובי של 1 ס"מ), פרספקס (עד עובי 1 ס"מ), בד וקרטון. במכונות בעלות הספק גבוה יותר ניתן לחתוך גם פחי מתכת ועד חיתוך ברזל. כאשר חותכים חומרים בלייזר יש לדעת כי ככל שצפיפות החומר גבוהה יותר, כך יקשה על הקרן לחדור. לכן כאשר רוצים לחתוך חומר דחוס יותר, יש לקחת בחשבון שיש להאט את מהירות החיתוך כדי לאפשר לקרן לחדור מבעד לחומר.

סוגי מכונות 
יש בדרך כלל שלוש תצורות שונות של מכונות חיתוך לייזר תעשייתי: מכונה בה החומר הנחתך זז, מערכות היברידיות ומערכת אופטית נעה. חלוקה זו של מכונות מתייחסים לאופן העברת קרן הלייזר על החומר שיש לחתוך או לעבד. צירי התנועה יהיו בדרך כלל X ו- Y, אם כי ישנן מכונות בהן ראש הלייזר עצמו יכול לזוז אף בציר ה- Z. 

במכונה בה החומר עצמו נע יש ראש חיתוך נייח ומזיזים את החומר תחתיו לאחר הפעלת הלייזר. שיטה זו מספקת מרחק קבוע מראש הלייזר לחומר העבודה ונקודה אחת ממנה ניתן להסיר את החומר הנחתך. תצורה זו דורשת פחות אופטיקה, אך מנגד דורשת הנעת חומר העבודה (קרי, צירים, הינע וכדומה). מכונה זו נוטה להיות האיטית ביותר.

מכונה היברידית מספקת הנעה בציר אחד (בדרך כלל ציר ה- X) ובנוסף תזוזת ראש הלייזר בציר הקצר (Y). זה גורם לאורך קרן קבוע יותר ממכונה בה החומר הנחתך זז ועשוי לאפשר מערכת אופטית פשוטה יותר. מכונה בתצורה זו עשוי לתרום לירידה בהפסד אנרגיה בעת העבודה ולאפשר יותר קיבולת לוואט מהמכונה בה החומר הנחתך זז (שתוארה לעיל).

במכונה בעלת מערכת אופטית נעה, השולחן נייח וראש חיתוך (עם קרן לייזר) נע מעל לחומר העבודה בשני הממדים האופקיים. מכונה זו שומרת לעיתים קרובות אינם דורשת הידוק החומר הנחתך ושומרת על יציבות העובד. זוהי מכונה מהסוג המהיר ביותר, ויתרונה הגדול בה לידי ביטוי כאשר חותכים חלקים דקים. בערכות אופטיות נעות בעלות חמישה ושישה צירים מאפשרות גם חיתוך של אובייקטים בעלי גאומטריה משתנה. בנוסף, קיימות שיטות שונות לכיוון קרן הלייזר לחומר מעוצב, שמירה על מרחק מיקוד תקין וכו'.

יתרונות וחסרונות של חיתוך בלייזר

יתרונות 

 לא מייצר אבק או שבבים שמסוכנים לעובד (אך לעיתים מייצר גזים רעילים).
 החתך שנוצר הוא דק מאוד.
 התהליך יכול להיות אוטומטי.
 לא משאיר קצוות חדים.

חסרונות 

 לעיתים זמן החיתוך ארוך יחסית לצורות עיבוד אחרות.
 לעיתים התהליך יקר בעת ייצור המוני יחסית לצורות עיבוד אחרות דוגמת עיבוד שבבי.
 אם החומר עבה ייתכן שלא ניתן יהיה לחתוך בלייזר או שיחתך בצורה לא אחידה.
 גאומטרית החיתוך מוגבלת.
 לעיתים נדרש עיבוד משלים לחתך שנוצר.
 החום שנוצר בעת החיתוך עלול להשפיע על תכונות החומר הנחתך.
 בעת חיתוך חומרים מסוימים נוצרים גזים רעילים.

ראו גם
 חיתוך בסילון מים

קישורים חיצוניים

 לייזר פורטל, טבלת חומרים אסורים ומותרים לשימוש במכונת חיתוך בלייזר. באתר לייזר פורטל, 13 בינואר 2021

 מכונת חיתוך לייזר, באתר מוזיאון מדעטק
 
 חיתוך מתכת בלייזר: מה כוללת הטכנולוגיה המתקדמת ומהם יתרונותיה המשמעותיים? באתר אסקור 20 ביוני 2022

מכונות
יישומי לייזר