THERMAL ENERGY BASED PROCESSES

    LaserBeam Machinin(LBM)

    Electron Beam Machining   (EBM)

    Plasma Arc Machining (PAM)

                                                

Laser–Beam Machining

 

Laser-beam machining is a thermal material-removal process that utilizes a high-energy, Coherent light beam to melt and vaporize particles on the surface of metallic and non-metallic work pieces. Lasers can be used to cut, drill, weld and mark. LBM is particularly suitable for making accurately placed holes. A schematic of laser beam machining is shown in Figure

 

Different types of lasers are available for manufacturing operations whicare afollows:

•    CO2 (pulsed or continuous wave): It is a gas laser that emits light in the infrareregion. Icaprovide up to 25 kW in continuous-wave mode.

•    Nd:YAG: Neodymium-doped Yttrium-Aluminum-Garnet (Y3Al5O12) laser is a solid- state laser which can deliver light through a fiber-optic cable. It can provide up to 50

kW power in pulsemode and 1 kW in continuous-wave mode.

 

 

 

Figure: Laser beam machining schematic


Applications

LBM can make very accurate holeas small as 0.005 mm in refractory metals ceramics, and composite material without warping the work pieces. This process is used widely for drilling

Laser beacutting (drilling)

 

•    In drilling, energy transferred (e.g., via Nd YAG laser) into the workpiece melts the material at the point of contact, which subsequently changes into a plasma and leaves the region.

    A gas jet (typicallyoxygen) can further facilitate this phase transformation and departure of materiaremoved.

•    Laser drilling should be targeted for hard materialand hole geometries thaare difficult to achieve with other methods.

 

typicaSEM micrograph hole drilled by laser beam machining process employed in making a hole is shown in Figure

 

 

Figure: SEM micrograph hole drilled in 250 micro meter thicSilicon Nitride with 3rd harmonic Nd: YAG laser

 

Lasebeam cutting (milling)

 

•    A laser spot reflected onto the surface of a workpiece travels along a prescribed trajectory and cuts into the material.

 Continuous-wave mode (CO2) gas lasers are very suitable for laser cutting providing

 

High-average power, yielding high material-removarates, and smooth cutting surfaces


 

 

Advantage of laser cutting

 

•    No limit to cutting path as the laser point can move any path.

     The process is stress less allowing very fragile materials to be laser cut without any support.

•    Very harand abrasive material cabe cut.

•    Sticky materials are also can be cut by this process.

•    It is a cost effective and flexible process.

•    Higaccuracy parts can be machined.

•    No cutting lubricants required

•    No tool wear

•    Narrow heaeffectezone

 

Limitations of laser cutting

•    Uneconomic on high volumecompared to stamping

•    Limitations on thickness due to taper

•    Higcapitacost

•    High maintenance cost

•    Assist or cover gas required