انواع دستگاه‌ برش لیزری فلزات و مقایسه ویژگی‌های آن‌ها – امیران لیزر

انواع دستگاه‌ برش لیزری فلزات و مقایسه ویژگی‌های آن‌ها – امیران لیزر

Blog Article

در صنعت تولید، تغییر شکل فلزات برای ساخت قطعات مختلف امری ضروری است. در گذشته، روش‌های سنتی برش فلزات با چالش‌هایی همچون دقت پایین، هزینه بالا و ایجاد ضایعات فراوان همراه بود. اما امروزه، با پیشرفت فناوری، روش برش لیزری به عنوان یک روش کارآمد و دقیق جایگزین روش‌های قدیمی شده است. در ادامه مقاله از شرکت پرتو پردازان امیران لیزر به بررسی این موضوع میپردازیم.

برش لیزری فلزات با تکنیک CO2

 

 

لیزر CO2 به طور معمول با عبور جریان از ترکیبی از گازها (که به وسیله جریان مستقیم (DC) تحریک می‌شوند) یا با استفاده از انرژی فرکانس رادیویی (RF) پمپ می‌شود. روش RF که جدیدتر است، به سرعت در حال محبوب شدن است. طراحی‌های مبتنی بر DC نیاز به الکترودهایی درون حفره دارند که می‌تواند منجر به فرسایش الکترود و مشکلاتی در آبکاری مواد الکترود روی سیستم‌های شیشه‌ای و نوری شود. در حالی که تشدیدکننده‌های RF به دلیل داشتن الکترودهای خارجی از این مشکلات مصون هستند.

 

لیزر CO2 در صنعت برای برش انواع مواد به کار می‌رود، از جمله برش فلزاتی مانند تیتانیوم، فولاد ضد زنگ، فولاد ملایم، آلومینیوم، پلاستیک، چوب، چوب مهندسی، موم، پارچه و کاغذ. لیزرهای YAG عمدتاً برای برش و نوشتن روی فلزات و سرامیک‌ها کاربرد دارند.

 

انواع دستگاه‌ برش لیزری فلزات و مقایسه ویژگی‌های آن‌ها – امیران لیزر

 

 

علاوه بر منبع انرژی، نوع جریان گاز نیز می‌تواند بر کارایی تأثیرگذار باشد. دسته‌های رایج لیزر CO2 شامل جریان محوری سریع، جریان محوری آهسته، جریان عرضی و دال هستند. در یک تشدیدکننده با جریان محوری سریع، ترکیب دی‌اکسید کربن، هلیم و نیتروژن با سرعت بالا توسط یک توربین یا دمنده به حرکت درمی‌آید. لیزرهای با جریان عرضی، گاز را با سرعت کمتری گردش می‌دهند و نیاز به دمنده ساده‌تری دارند. رزوناتورهای خنک شده دارای میدان گازی ساکن هستند که نیازی به فشار و ظروف شیشه‌ای ندارند و در نتیجه از نیاز به توربین‌های جایگزین و ظروف شیشه‌ای صرفه‌جویی می‌کنند.

 

ژنراتور لیزر و اپتیک خارجی (شامل لنزهای فوکوس) نیاز به سیستم خنک‌سازی دارند. با توجه به اندازه و طراحی سیستم، گرمای ایجاد شده ممکن است از طریق سیستم خنک‌کننده یا به‌طور مستقیم به هوا منتقل شود. آب به عنوان خنک‌کننده متداولی استفاده می‌شود که معمولاً از طریق چیلر یا سیستم انتقال حرارت به گردش درمی‌آید.

طول موج لیزر CO2 در برش

 

 

طول موج لیزر CO2، که به طور ویژه برای برش استفاده می‌شود، معمولاً در حدود ۱۰٫۶ میکرومتر قرار دارد و به عنوان پرکاربردترین طول موج در این تکنیک شناخته می‌شود. این طول موج در محدوده مادون قرمز قرار دارد و به ویژه برای پردازش موادی مانند پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) با طول موج‌های ۱۰٫۲ و ۹٫۳ میکرومتر مناسب است. همچنین، برای پلی‌پروپیلن (PP) نیز عملکرد خوبی دارد.

 

هر یک از این مواد دارای طیف جذب خاصی هستند، به این معنا که طول موج‌های مشخصی از نور وجود دارند که توسط یک ماده خاص به طور مؤثرتری جذب می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود تا فرآیند پردازش با لیزر نتایج بهتری به دست آورد، زیرا جذب نور در این طول موج‌ها به حداکثر می‌رسد.

لیزرهای الیافی

 

لیزرهای الیافی، که به عنوان نوعی لیزر حالت جامد شناخته می‌شوند، در زمینه برش فلزات به سرعت در حال گسترش هستند. بر خلاف لیزرهای CO2، این تکنولوژی از یک ماده تقویتی جامد به جای گاز یا مایع بهره می‌برد. در این روش، یک “لیزر بذر” (seed laser) پرتو لیزر را تولید کرده و سپس این پرتو در یک فیبر شیشه‌ای تقویت می‌شود. لیزرهای الیافی با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر، نقاط لیزر بسیار ریزتری ایجاد می‌کنند که تا ۱۰۰ برابر کوچکتر از لیزرهای CO2 است، و این ویژگی آن‌ها را برای برش مواد فلزی بازتابنده بسیار مناسب می‌سازد. این یکی از مهم‌ترین مزایای لیزرهای الیافی نسبت به لیزرهای CO2 محسوب می‌شود.

مزایای برش با لیزر الیافی

 

• زمان پردازش سریع: کارایی بالا در پردازش مواد.

 

• کاهش هزینه‌ها و مصرف انرژی: به دلیل بهره‌وری بیشتر.

 

• قابلیت اطمینان و عملکرد بهینه: عملکرد بهتر در طول زمان.

 

• عدم نیاز به تنظیمات اپتیکی یا تعویض لامپ: سادگی در نگهداری.

 

• نیاز به نگهداری حداقلی: کاهش هزینه‌های نگهداری.

 

• توانایی برش مواد بسیار بازتابنده: مانند مس و برنج.

 

• بهره‌وری بیشتر: هزینه‌های عملیاتی پایین‌تر به معنای بازگشت سرمایه بیشتر خواهد بود.

 

 

طول موج لیزر الیافی

 

طول موجی که توسط لیزرهای الیافی تولید می‌شود، با سطح تابش الکترومغناطیسی نور لیزر همخوانی دارد. معمولاً، لیزرهای الیافی طول موجی بین ۷۸۰ نانومتر تا ۲۲۰۰ نانومتر تولید می‌کنند که در محدوده مادون قرمز قرار دارد و برای چشم انسان قابل مشاهده نیست.

 

نوع دیگری از لیزرهای الیافی، لیزر دیسکی الیافی است. در این نوع لیزر، منبع پمپ به داخل پوشش فیبر محدود نمی‌شود و نور پمپ چندین بار از طریق هسته منتقل می‌گردد، زیرا به صورت حلزونی پیچیده می‌شود. این سیستم برای افزایش توان بسیار مناسب است، به ویژه هنگامی که منابع پمپ زیادی در اطراف سیم‌پیچ قرار دارند.

برش لیزری به شیوه میکروجت

 

 

میکروجت لیزر نوعی لیزر هدایت‌شونده است که با استفاده از جت آب کار می‌کند. در این روش، پرتو لیزر پالسی به یک جت آب با فشار کم متصل می‌شود. این سیستم برای انجام برش‌های لیزری طراحی شده و جت آب به‌عنوان وسیله‌ای برای هدایت پرتو لیزر عمل می‌کند؛ درست مانند عملکرد فیبر نوری که از بازتاب کلی داخلی بهره می‌برد. یکی از مزایای این تکنیک این است که آب می‌تواند پیلیسه‌ها را از بین ببرد و همچنین مواد را خنک نگه دارد. همچنین، این روش نسبت به برش لیزری “خشک” سنتی دارای مزایای اضافی از جمله سرعت بالاتر و امکان برش چند جهته است.

مقایسه برش لیزری با روش CO2 و فیبر

 

مزایای اصلی برش ورق‌های فلزی با فناوری لیزر فیبر از طراحی یکپارچه، فیبر به فیبر و حالت جامد متراکم ناشی می‌شود که نیاز به نگهداری ندارد و هزینه‌های عملیاتی کمتری نسبت به لیزرهای CO2 دارد. ویژگی‌های پرتو لیزر فیبر همچنین امکان برش با سرعتی بسیار بالاتر از لیزر CO2 را فراهم می‌کند که در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

 

پرتوی متمرکز یک لیزر فیبر ۲kW، تراکم قدرتی تا ۵ برابر بیشتر در نقطه کانونی نسبت به لیزر CO2 با توان ۴kW را نشان می‌دهد. همچنین به دلیل طول موج کوتاه‌تر لیزر فیبر، جذب آن ۲٫۵ برابر بیشتر است.

 

ترکیب جذب بیشتر طول موج فیبر و چگالی توان بالاتر پرتو متمرکز به دستیابی به افزایش پنج برابری سرعت برش در موادی که ضخامت آن‌ها کمتر از ۰٫۵ اینچ است، منجر می‌شود.

 

سیستم‌های برش لیزر فیبر قادرند تا ضخامت‌هایی بیش از یک اینچ را با قدرت بالاتر لیزر فیبر برش دهند و حتی هنگام استفاده از نیتروژن به عنوان گاز کمکی، سریع‌تر برش می‌زنند. با این حال، “نقطه شیرین” این تکنولوژی در ضخامت ۰٫۵ اینچ و کمتر برای آهن مشخص می‌شود. در حالی که در حال پردازش مواد استنلس استیل، آلومینیوم، برنج یا مس هستید، لیزر فیبر سریع‌ترین و اقتصادی‌ترین گزینه است.

 

مزایای سرعت به وضوح قابل مشاهده است، به ویژه زمانی که نیتروژن به‌عنوان گاز کمکی استفاده شود. در این حالت، مواد مذاب به همان سرعتی که ذوب می‌شوند، توسط نیتروژن از ناحیه برش خارج می‌شوند. هرچه چگالی توان پرتو لیزر بیشتر باشد، ماده سریع‌تر به حالت مذاب می‌رسد و سرعت تغذیه نیز افزایش می‌یابد.

 

استفاده مؤثر از مزایای سرعت حاصل از لیزرهای فیبر با توان بالا نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و مدیریت کلیه فرآیندها است. با عملکردی سه تا چهار برابر بهتر و هزینه‌های عملیاتی که نصف لیزر CO2 است، می‌توان به صرفه‌جویی اقتصادی قابل توجهی دست یافت. این به معنای هزینه کمتر برای هر قطعه، حاشیه سود بالاتر و بازگشت سریع‌تر سرمایه‌گذاری است. با پردازش حجم بیشتری از قطعات با سرعت بالا، فرصتی برای انجام کارهای اضافی به منظور افزایش درآمد و سودآوری فراهم می‌شود و نباید از ظرفیت اضافی ماشین‌ها غافل شد.

 

لیزر فیبر به‌طور قابل توجهی می‌تواند مس، برنج و آلومینیوم را بهتر و با دقت بیشتری نسبت به CO2 برش دهد، زیرا پرتو به‌طور مؤثرتری جذب می‌شود و بازتاب کمتری دارد. هزینه‌های عملیاتی لیزر فیبر معمولاً به نصف هزینه‌های یک سیستم CO2 می‌رسد که این امر ناشی از مصرف انرژی کمتر و کارایی بالاتر لیزرهای فیبر است.

Report this page