مقدمه ای بر برش لیزری

برش لیزری یکی از رایج ترین روش ها در تولید است. برش لیزری که در ابتدا برای سوراخ کردن قالب های الماس در نظر گرفته شده بود، راه طولانی را طی کرده است و در حال حاضر یکی از کارآمدترین روش ها برای برش یک قطعه مواد و ایجاد محصولات نهایی در نظر گرفته می شود. این یک فناوری است که به طور گسترده برای کاربردهای مختلف از تولید کنندگان بزرگ صنعتی گرفته تا مدارس و علاقمندان استفاده می شود.

این مقاله به طیف کامل برش لیزر، از جمله اینکه چیست و چگونه کار می‌کند، انواع مختلف، ویژگی‌ها و کاربردهای برش لیزر و روندهای آینده در ماشین‌های برش لیزری می‌پردازد.

چه چیزی است

برش لیزری فرآیند استفاده از پرتو لیزر پرقدرت برای تابش مواد است. به طور معمول، لیزر همراه با یک سیستم کنترل حرکت استفاده می شود، که تعیین می کند لیزر چگونه روی مواد حرکت می کند. برش لیزر نه تنها برای کاربردهای صنعتی مانند ساخت فلز، بلکه گاهی اوقات برای جلوه های هنری مانند حکاکی و اچ نیز استفاده می شود.

سازوکار

لیزرها از انرژی الکترون ها برای تولید نور شدید و با دمای بالا استفاده می کنند که در غیر این صورت پرتو لیزر نامیده می شود. پس از تماس با مواد، پرتو لیزر به سرعت سطح را ذوب می کند و یک سوراخ ایجاد می کند. از نقطه تماس اولیه، لیزر در یک جهت برنامه ریزی شده حرکت می کند که یا مواد را به طور کامل برش می دهد یا اثر مورد نظر را ایجاد می کند. در همان زمان، مواد ذوب شده توسط جریان هوا با سرعت بالا منفجر می شود. 

برش لیزری یک روش برش حرارتی است که به طور کلی برش های صاف با کیفیت عالی، دقت بالا و حداقل هدر رفت مواد را ایجاد می کند. در مقایسه با روش‌های برش سنتی، برش لیزری شکاف‌های باریک‌تری ایجاد می‌کند که به شما کمک می‌کند بخش‌های بیشتری از مواد را ذخیره کنید. 

انواع برش لیزری

برش لیزری را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: تبخیر لیزری، ذوب لیزری، O₂ برش لیزری و خط زدن لیزر با شکستگی کنترل شده.

1. تبخیر لیزری 

تبخیر لیزری از یک پرتو لیزر با چگالی بالا برای گرم کردن مواد استفاده می کند. با تماس، دمای مواد به سرعت به نقطه جوش خود می رسد و مواد شروع به تبخیر شدن به بخار می کنند. از آنجایی که این بخارات به سرعت خارج می شوند، برشی در مواد ایجاد می شود. 

این نوع برش لیزری به توان و چگالی توان زیادی نیاز دارد و بیشتر برای برش مواد فلزی بسیار نازک و مواد غیرفلزی مانند کاغذ، پارچه، چوب، پلاستیک و لاستیک استفاده می شود.

2. ذوب لیزری

ذوب لیزر از پرتو لیزر برای گرم کردن سریع مواد و گاز غیر اکسید کننده (مانند Ar، He، N و غیره) برای تخلیه مواد ذوب شده استفاده می کند. گاز غیر اکسید کننده از طریق نازل با فشار بالا همراه با پرتو پاشیده می شود که به ماده اجازه می دهد تا در تماس با پرتو فوراً تخلیه شود.

ذوب لیزری فلز را به طور کامل تبخیر نمی کند و تنها به 1/10 انرژی مورد نیاز برای تبخیر لیزری نیاز دارد. این نوع برش لیزری عمدتاً برای برش موادی استفاده می شود که به راحتی اکسید نمی شوند یا فلزات فعال مانند فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، آلومینیوم و آلیاژهای آنها.

3. ای₂ برش لیزری

O₂ برش لیزری از پرتو لیزر برای گرم کردن سریع مواد و O استفاده می کند₂یک گاز اکسید کننده برای تخلیه مواد مذاب. در O₂ برش لیزری، گاز اکسید کننده با مواد تعامل می کند و باعث واکنش اکسیداسیون می شود که مقدار زیادی گرما از خود ساطع می کند. سپس اکسید مذاب و مواد ذوب شده از ناحیه واکنش خارج می شوند و در نتیجه ماده بریده می شود. در این راستا، ا₂ برش لیزری مشابه برش اکسی استیلن است.

از آنجایی که واکنش اکسیداسیون در فرآیند برش گرمای زیادی تولید می کند، انرژی مورد نیاز برای برش اکسیژن با لیزر تنها نیمی از انرژی مورد نیاز برای ذوب لیزر است و سرعت برش به طور قابل توجهی بیشتر از تبخیر لیزری و ذوب لیزری است. 

O₂ برش لیزر عمدتاً برای مواد فلزی استفاده می شود که می توانند به راحتی اکسید شوند مانند فولاد کربنی، فولاد تیتانیوم و فولاد عملیات حرارتی.

4. خط زدن لیزر با شکستگی کنترل شده

خط نویسی لیزری از یک پرتو لیزر با چگالی با انرژی بالا برای اسکن سطح یک ماده فلزی برای تولید یک سری شیارهای کوچک استفاده می کند که در غیر این صورت "خطوط نویس" نامیده می شود. سپس مقدار مشخصی فشار کنترل شده به سطح اعمال می شود و باعث می شود که مواد در امتداد خطوط اسکریپ ترک بخورند. 

خط لیزر عمدتاً برای تولید ویفرهای نیمه هادی، چراغ های LED و سایر محصولاتی که نیاز به کنترل دقیق و دقت میکروسکوپی دارند استفاده می شود. به این ترتیب، لیزرهای مورد استفاده برای خط نویسی لیزر معمولاً لیزرهای سوئیچ Q و CO هستند.₂ لیزرها

امکانات

در مقایسه با سایر روش های برش حرارتی، برش لیزری به طور کلی فرآیند سریع تری است و کیفیت برش برتری را ارائه می دهد. برش لیزر دارای مزایای زیر است:

1. کیفیت برش برتر: با توجه به چگالی انرژی بالا و دقت نقطه تماس لیزر، برش لیزر نتایج بهتری ایجاد می کند.

الف برش لیزری یک برش بسیار باریک ایجاد می کند. عرض برش تولید شده از برش لیزری کمتر از 0.001 اینچ است و دقت ابعادی فوق العاده دقیق در حدود ± 0.0005 اینچ است.

ب برش لیزری لبه های بسیار صافی ایجاد می کند، به این معنی که می توان از آن به عنوان آخرین مرحله تولید بدون نیاز به پردازش مکانیکی اضافی استفاده کرد.

ج برش لیزری حداقل تغییر شکل را روی قطعه کار ایجاد می کند و به سختی بر روی مواد نزدیک برش تأثیر می گذارد. شکل شکاف نیز به طور مداوم مستطیلی است.

2. راندمان برش بالا: کل فرآیند برش لیزری را می توان به طور کامل با CNC کنترل کرد و نیازی به کار عملی نیست. در طول عملیات برش لیزری، کاربران فقط باید سیستم کنترل حرکت را پیکربندی کنند. تنظیمات را می توان برای اشکال مختلف اعمال کرد. علاوه بر این، دستگاه های برش لیزری را می توان به چندین میز کار CNC مجهز کرد که به طور قابل توجهی کارایی را هنگام کار با قطعه کار بزرگ یا چندگانه بهبود می بخشد.

3. سرعت برش سریع: یک لیزر با توان 1200 وات می تواند به سرعت برش 600 سانتی متر در دقیقه هنگام برش صفحه فولادی کم کربن با ضخامت 2 میلی متر برسد. یک لیزر با همان قدرت می تواند به سرعت برش 1200 سانتی متر در دقیقه هنگام برش صفحه رزین پلی پروپیلن با ضخامت 5 میلی متر برسد. این ماده در طول فرآیند برش لیزری نیازی به گیره و ثابت شدن ندارد، که می تواند از آسیب به ابزارهای مورد استفاده جلوگیری کند و زمان مورد نیاز برای بارگیری و تخلیه قطعه کار را کاهش دهد.

4. برش لیزری بدون تماس: مشعل برش هیچ گونه تماسی با قطعه کار ندارد که از صفر تا حداقل سایش ابزار مورد استفاده را تضمین می کند. به علاوه نیازی به تغییر هیچ ابزاری برای پردازش قطعات و اشکال مختلف نیست. کاربران به سادگی باید پارامترهای خروجی لیزر را تغییر دهند. فرآیند برش لیزری همچنین صدای کم، لرزش کوچک و بدون آلودگی ایجاد می کند.

5. دامنه کاربرد گسترده: در مقایسه با برش اکسی استیلن و برش پلاسما، برش لیزری برای طیف وسیع تری از مواد، از جمله فلز و غیر فلز و همچنین مواد کامپوزیتی مبتنی بر فلز و غیر فلز مناسب است. مواد مختلف به دلیل خواص ترموفیزیکی متفاوت، سطوح مناسبی برای برش لیزری دارند.

اپلیکیشن‌ها

اکثر برش‌های لیزری امروزه توسط برنامه‌های CNC کنترل می‌شوند یا به صورت ربات‌های خودکار ساخته می‌شوند. به این ترتیب، برش لیزر تقریباً برای همه مواد برای ایجاد انواع اشکال، چه دو بعدی و چه سه بعدی، مناسب است.

در زمینه خودروسازی، برش لیزری به طور گسترده ای برای برش منحنی های پیچیده مانند ورق های بدنه، هود، سقف، شیشه اتومبیل، لوله ها، اجزای کیسه هوا و قطعات مختلف دیگر استفاده می شود. در زمینه هوافضا، از فناوری برش لیزری برای برش قطعات خاص هوانوردی مانند لوله های شعله موتور، قاب هواپیما، پانل های بال دم، روتور هلیکوپتر و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود.

فناوری برش لیزری نیز به طور گسترده برای مواد غیر فلزی استفاده می شود. برش لیزری را می توان نه تنها برای موادی با سختی و شکنندگی بالا مانند نیترید سیلیکون، سرامیک و کوارتز، بلکه برای مواد انعطاف پذیر مانند پارچه، کاغذ، صفحات پلاستیکی و لاستیک استفاده کرد. 

روند آینده، رویداد آینده، روندی که در آینده پیش خواهد رفت

1. برش لیزری به پیشبرد انقلاب صنعتی ادامه خواهد داد.

برش لیزری مزایای اقتصادی متعددی را برای تولیدکنندگان جدید و قدیمی به ارمغان آورده است. جزء اصلی آن، منبع نور لیزر، جزء مهمی است که توانایی برش یک برش لیزری را تعیین می کند.

در طول 40 سال گذشته از زمان شروع کار برش لیزریمهم ترین پیشرفت فناوری با منابع نور لیزر جایگزینی دستگاه های برش لیزر CO2 با برش لیزر فیبر است. 

اگر بپرسید که آیا منبع نور لیزر جدیدی وجود خواهد داشت که ارزانتر از لیزرهای فیبر باشد، عملکرد بهتری داشته باشد و پرتو ریزتری ارائه دهد، بدون شک پاسخ مثبت است. اما اگر بپرسید چه نوع لیزری خواهد بود، اکنون نمی توان پاسخ دقیقی داد. نیازی به گفتن نیست که منابع نور لیزر در آینده شاهد پیشرفت های متعددی خواهند بود.

2. لیزرهای فیبر پرقدرت به یک نیروی غالب در بازار دستگاه های برش لیزر تبدیل خواهند شد.

دستگاه های برش فیبر نوری با طیف های مختلف قدرت، عصر بزرگی را برای تولید به وجود آورده اند. این دستگاه های برش لیزری در شکل ها و اندازه های مختلفی تولید می شوند که هر کدام موارد استفاده خاص خود را دارند. با این حال، اگر به این فکر می‌کنید که چه نوع دستگاه برش لیزری بیشترین استفاده را در تمام بخش‌ها در آینده خواهد داشت، لیزر فیبر پرقدرت مطمئن‌ترین گزینه است.

به گفته کارشناسان، محققان و کاربران صنعت، این ماشین‌ها قدرت بالاتر، دقت بالاتر و ظرفیت برش بیشتر را برای فناوری برش لیزری به ارمغان می‌آورند و تاثیر زیادی بر بازار برش لیزر خواهند داشت.

از این رو، تعداد زیادی از تولید کنندگان دستگاه های برش لیزر فیبر با قدرت بالا، در نهایت به نفع مصرف کنندگان، رقابت شدید بازار را آغاز می کنند. این امر از نظر کنترل کیفیت و استانداردهای تولید در آینده نزدیک به جلو خواهد رفت، جایی که تنها شرکت هایی با کیفیت محصول عالی، تمرکز مستمر بر تحقیق و توسعه و تسلط بر فناوری های رقابتی اصلی می توانند در صدر قرار گیرند.

3. عصر هوش در راه است.

تحولات فناوری در سراسر جهان مانند "صنعت 4.0" آلمان و پذیرش فزاینده کارخانه‌های هوشمند توسط چین نشانه‌های واضحی از یک چیز هستند: انقلاب صنعتی چهارم در راه است. و با آن، عصری از تولید هوشمند به صنعت برش لیزری فرا خواهد رسید. این شامل ادغام انبوه فناوری شبکه، فناوری ارتباطات و نرم افزار کامپیوتری با دستگاه های برش لیزری CNC با دقت بالا می باشد. 

در همین راستا، توسعه دستگاه های برش لیزری خودکار ظرفیت تولید و اتوماسیون کارگاه های ورق فلز را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده است. ماشین‌های برش لیزری به‌عنوان وسیله‌ای برای دقت، ناگزیر از قابلیت‌های ارتباطی شبکه خانگی برای برقراری ارتباط با ماشین‌های مختلف در کارخانه‌های ورق فلزی، از جمله خطوط ورق‌باز کردن، ماشین‌های خم‌کاری، ماشین‌های پانچ CNC، واحدهای جوشکاری (پرچ)، ماشین‌های شات بلاست و خطوط پوشش استفاده می‌کنند.

سایر تجهیزات تعبیه شده در یک برنامه واحد تولید، وظیفه و سیستم مدیریت ارزیابی برای مدیریت یک کارگاه ورق فلز نیز حیاتی خواهند بود. در نتیجه تعداد زیادی از دستگاه لیزر برش تولیدکنندگان به تدریج در آینده به پیمانکاران تولید ورق فلز تبدیل خواهند شد.

منبع از stylecnc.com

سلب مسئولیت: اطلاعات ذکر شده در بالا توسط stylecncdependentiy Chovm.com ارائه شده است. Chovm.com هیچ گونه نمایندگی و ضمانتی در مورد کیفیت و قابلیت اطمینان فروشنده و محصولات نمی دهد.