برش لیزری چگونه کار می کند؟

برش لیزری چگونه کار می کند؟

برش لیزری روشی روزمره برای ساخت قطعات فلزی و غیرفلزی است. صنعت 4 میلیارد دلاری مسئول تولید اتومبیل، کشتی، ماشین آلات، مبلمان و غیره است.

تکامل مداوم طیف وسیعی از برش های لیزری مناسب برای انواع مواد را برای ما به ارمغان آورده است . امروزه ما می‌توانیم بین لیزرهای CO2 و فیبر یکی را انتخاب کنیم، اما این فناوری ریشه در اوایل قرن گذشته دارد. 

از مزایای عایق حرارتی و برودتی الاستومری می توان به عدم خوردگی زیر عایق و عدم نفوذ حیوانات موذی اشاره کرد.

تاریخچه برش لیزری

لیزر مخفف کلمه تقویت نور توسط تشعشعات تحریک شده است. شکل کوتاه شده به دلیل وجود جریان اصلی آن یک ضرورت است. برش فلز یکی از موارد استفاده است که جای زیادی پیدا کرده است. اگرچه بسیاری آن را یک فناوری جدید می دانند، تاریخچه برش لیزری به صد سال پیش برمی گردد.

البته این آلبرت انیشتین نابغه است که پشت این ایده است که تولید را سریعتر می کند. در سال 1917، او در مقاله خود در مورد نظریه کوانتومی تابش، مبانی نظری را برای امکان ساخت لیزر ارائه کرد.

دانشمندان دیگر در ایده های اینشتین نوآوری کردند. پیشرفت های مختلف در نیمه اول قرن، فناوری معاصر را ممکن کرد. در اواسط قرن، توسعه سرعت گرفت.

اولین نمونه اولیه لیزر پالسی به سال 1960 برمی گردد. به زودی پس از آن اولین لیزر گازی با قابلیت کار مداوم تولید شد. در دهه 60، برش لیزری به عنوان یک راه حل دیده می شد. مشکل مطابق با راه حل هنوز وجود نداشت. طولی نکشید که مردم به کاربردهای بالقوه در صنایع مختلف پی بردند.

این منجر به راه اندازی اولین ماشین های برش لیزری در سال 1965 شد. وسترن الکتریک، شرکتی که مسئول ساخت این ماشین ها بود، از آنها برای بریدن سوراخ در قالب های الماس استفاده کرد.

50 سال پس از مقاله انیشتین، در سال 1967، از دستگاه های برش لیزری جت گاز برای برش ورق های فلزی به ضخامت 1 میلی متر استفاده شد. توانایی های نشان داده شده سر بسیاری را بلند کرد. برش لیزری تا حد زیادی تکنولوژی با برش کوچکتر بود .

از جمله سرهای مطرح شده صنعت هوافضا بود. آنها در دهه 70 شروع به استفاده از لیزرهای صنعتی برای برش مواد از جمله تیتانیوم و سرامیک کردند. این یک گام بزرگ به سمت استفاده معاصر بود، زیرا لیزرهای قبلی عمدتاً قادر به برش غیر فلزات بودند.

دستگاه برش لیزری چگونه برش می دهد؟

مزایای برش لیزری آن را به فناوری غالب برای برش فلز تبدیل  کرده است . برخی از جنبه های اصلی موفقیت عبارتند از سرعت، کارایی، دقت و چندین مورد استفاده از جمله برش ، جوشکاری ، حکاکی لیزری، علامت گذاری و غیره.

2 نوع اصلی دستگاه لیزر وجود دارد – دی اکسید کربن و فیبر. اصول کار این دو با یکدیگر متفاوت است و تفاوت های قابل تشخیصی را ایجاد می کند. به عنوان مثال، لیزرهای CO2 ارزان تر هستند در حالی که لیزرهای فیبر از نظر کارایی آنها را شکست می دهند، که یک نوآوری جدیدتر است.

اما اولویت به موادی است که باید بریده شوند.

اصل کار لیزر CO2

در شروع فرآیند برش لیزری، دستگاه لیزر یک پرتو نور ایجاد می کند و آن را از طریق آینه ها به سمت خروجی هدایت می کند. آینه ها تشدید کننده ای را تشکیل می دهند که انرژی نور را در پرتو ایجاد می کند.

در مسیر خود، از یک عدسی متمرکز عبور می کند که پرتو را متمرکز می کند. سر برش دارای یک نازل است که پرتو را روی قطعه کار هدایت می کند. پرتو لیزر متمرکز فلز را ذوب می کند.

اصل لیزر CO2

در طول فرآیند برش، گاز منتشر می شود. هنگام برش فولاد نرم ، اکسیژن خالص آزاد می شود تا فرآیند سوزاندن شروع شود. در مورد فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم برش لیزری ، پرتو لیزر فقط فلز را ذوب می کند. سپس گاز برش نیتروژن است تا فلز مذاب را منفجر کند و برش ها را تمیز نگه دارد.

برای اینکه لیزر کار کند، ماده باید گرمای ساطع شده را جذب کند. با فلزات، بخش بزرگی از نور به عقب منعکس می شود. بنابراین یک لیزر قدرتمند برای ایجاد گرمای لازم برای برش با وجود انعکاس لازم است.

نوری که به عقب باز می گردد می تواند به دستگاه آسیب برساند. برخی از انواع فلزات ، مانند آلیاژهای مس و برخی گریدهای آلومینیومی برای لیزرهای CO2 بیش از حد منعکس کننده هستند. این محدودیتی است که موارد استفاده مختلف را با مشکل مواجه می کند.

اصل کار لیزر فیبر

اولین لیزرهای فیبر در سال 2008 در EuroBlech معرفی شدند . روش‌های مختلف انتقال پرتو لیزر امکان برش فلزات با بازتاب بالا را فراهم می‌کرد. اکنون فلزاتی مانند آلومینیوم، برنج، مس و فولاد گالوانیزه برای برش لیزری در دسترس هستند.

لیزرهای فیبر ساده تر و بادوام تر هستند. نور لیزر ابتدا توسط دیودها ایجاد می شود. سپس از طریق کابل های نوری هدایت می شود و در آنجا تقویت می شود.

کابل ها با عناصر خاکی کمیاب مانند اربیوم، تولیوم و موارد مشابه دوپ شده اند. از این عناصر برای تقویت نور استفاده می شود. در نهایت، لنز نور را متمرکز می کند تا یک پرتو لیزر آماده برای برش ایجاد کند. سیستم جدید نیازی به گاز، تنظیم مجدد آینه و گرم کردن ندارد.

مزیت بزرگ لیزرهای فیبر نرخ تبدیل انرژی بالای آنهاست. حدود 75 درصد از توان دریافتی به پرتو لیزر تبدیل می شود. راندمان لیزر CO2 حدود 20٪ است.

تفاوت قابل توجه عمدتاً ناشی از تلفات کم در تولید گرما است. این باعث می شود لیزرهای فیبر 2 کیلوواتی با همتایان پرقدرت CO2 قابل مقایسه باشند.

پیشرفت های عمده مهندسان را به ادامه توسعه این فناوری انقلابی ترغیب می کند. این نشانه ای از آینده است.

روندهای آینده

اگرچه اکثریت بازار هنوز در اختیار لیزرهای CO2 هستند، لیزرهای فیبر در حال افزایش هستند. در حال حاضر، سهم فزاینده ای از فروش جدید برای دومی محفوظ است.

هزینه های تعمیر و نگهداری لیزرهای فیبر یک نقطه فروش بزرگ است. قطعات متحرک کمتر و تنظیمات کمتری برای انجام دادن وجود دارد. که منجر به خرابی کمتر به دلیل تعمیر و نگهداری می شود.

امروزه لیزر فیبر هنگام برش فلزات نازک بسیار سریعتر است. CO2 همچنان در هنگام برش مواد ضخیم تر (10 میلی متر و بیشتر) با کیفیت لبه بهتر فیبر را شکست می دهد.

در مجموع، آینده روشن برای لیزرهای فیبر به نظر می رسد. تولید یک صنعت سنتی است که تغییرات در آن زمان زیادی می برد. اما فیبر چشم خود را معطوف کاهش CO2 به عنوان پیشرو در این بخش کرده است. همین امر را می توان در مورد تجهیزات برای برش لوله “سنتی” و همچنین لیزر گفت .