برش لیزری روشی برای تبدیل یک فایل دو بعدی به یک شی فیزیکی است. این فناوری را می توان بر روی مواد مختلفی مانند پلاستیک، چوب، مقوا و همچنین برخی فلزات مانند تیتانیوم، آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ اجرا کرد. برش لیزری شامل برش مواد با لیزر بسیار دقیق است. که بر روی یک منطقه کوچک از مریال تمرکز می کند. پرتو لیزر به سمت متریالی که باید برش زده شود هدایت می شود. که می تواند آن را با ضخامت تا 10 میلی متر برش دهد. انواع مختلفی از لیزر وجود دارد که می تواند پالسی یا پیوسته باشد.
برش لیزری با ایجاد یک فایل وکتور دو بعدی امکان پذیر است. از طریق نرم افزارهای گرافیکی وکتوری می توانید فایل های دو بعدی بسازید. این فایل اطلاعاتی را در اختیار دستگاه برش لیزری قرار می دهد که مواد انتخاب شده را برش می دهد. برای استفاده از این برش نیازی به داشتن مهارت قوی در طراحی نیست.
چرا برای برش، لیزر را انتخاب کنید؟
برش لیزری موثر در بسیاری از مناطقی که تولید سریع می باشد ضروری است، مزایای زیادی دارد، برش دقیق در بسیاری از موادی که روش‌های تولید سنتی ناکارآمد هستند، آسان است. محدودیت‌های تحمیل‌شده توسط فرآیندهای تولید سنتی از طریق خدمات لیزر حذف می‌شوند که آزادی طراحی و مقادیر را ممکن می‌سازد.
مواد برش
فناوری لیزر همه کاره است و سطح بالایی از قابلیت اطمینان را ارائه می دهد. با این حال، توصیه می کنیم دستورالعمل های طراحی موادی را که می خواهید استفاده کنید، بررسی کنید.
به خاطر داشته باشید که در طول فرآیند برش لیزری، لیزر قسمتی از مواد را هنگام برش می سوزاند. این به عنوان کرف لیزر شناخته می شود و باید برای پروژه های لیزر شما مورد توجه قرار گیرد!
کلمه “لیزر” مخفف کلمه “تقویت نور توسط تشعشعات تحریک شده” است البته به انگلیسی و پرتو لیزر یک تابش طول موج بسیار متمرکز است. که از بین نمی رود. برش لیزری نسبت به سایر روش های برش فلز در مقیاس کوچکتر، ظرافت دقیق تری را امکان پذیر می کند.
کاربردهای برش لیزر
لیزرها علاوه بر برش، تبخیر و ذوب، می توانند خدمات مختلفی مانند حفاری لیزری، جوشکاری لیزری، حکاکی لیزری را انجام دهند.این فناوری فوق‌العاده در بسیاری از صنایع، به ویژه در صنایعی که نیاز به تحمل‌های میکروسکوپی و دقت دارند، مانند میکروتکنولوژی و الکترونیک، مفید است. همچنین در تهویه ، تجهیزات پزشکی، ارتباطات، خودروسازی، لوله کشی و نظامی و دفاعی استفاده می شود.
محصولات تولید شده از خدمات برش لیزری
صنایع هوافضا و خودروسازی از برش لیزری برای ساخت قطعات دقیق، واشر، سلول‌های خورشیدی، نازل‌ها و تخته‌های مدار استفاده می‌کنند. قطعات تلفن همراه، مبدل‌ها، ریزتراشه‌ها و دستگاه‌های نظامی و ارتباطی نیز به این برش متکی هستند. حتی سیستم‌های لوله‌کشی آب و تبرید دارای برخی عناصر لیزر هستند. در صنعت پزشکی، ازاین برش برای سوراخ کردن لوله های هیپولوله، سوراخ های کاتتر، دستگاه های فیلتر، منافذ جریان گاز و سایر دستگاه های بسیار پیچیده استفاده می شود.
تاریخچه برش لیزر
این فناوری یک نوآوری در اواسط قرن بیستم است. در حالی که آلبرت انیشتین در اوایل دهه 1900 فناوری لیزر را تئوری کرد، مهندسان اولین لیزر را تا سال 1960 نساخته بودند. اولین لیزر توسط یک مهندس و فیزیکدان آمریکایی به نام تئودور اچ مینمن ساخته شد. که یک لیزر یاقوت صورتی حالت جامد بود. چهار سال بعد، کومال پاتل، یک مهندس در نیوجرسی، اولین برش لیزری گازی را ساخت که از CO2 استفاده می کرد.
برش لیزری چیست؟
تنها یک سال بعد، مهندسان مرکز تحقیقات مهندسی برق غربی اولین لیزر برش فلز را تولید کردند. این مهندسان از آن برای سوراخ کردن قالب های الماس استفاده کردند. ویلیام فریمن در مقاله‌ای در نیویورک تایمز با عنوان اثر جدید برای لیزرها در وسترن الکتریک، لیزر را اینگونه توصیف کرد: «پرتوی از نور به‌قدری شدید که می‌تواند به فضا نفوذ کند و صدا را حمل می‌کند،و می‌تواند فلز را برش دهد. که می تواند سوراخی در الماس بسوزاند به سرعت در حال تبدیل شدن به یک طرز کار صنعتی شد.
در سال 1967، مهندسان بریتانیایی اولین سیستم برش جت اکسیژن با کمک لیزر را ارائه کردند. آنها از اختراع خود برای برش ورق فلز استفاده کردند. در دهه 70، تولیدکنندگان در سراسر جهان از سیستم های برش برای انواع کاربردها، از برش تیتانیوم برای هوافضا گرفته تا برش پارچه استفاده می کردند.
امروزه خدمات برش لیزری راه طولانی را پیموده است. به عنوان مثال، لیزرهای CO2 اکنون به اندازه کافی قوی هستند تا مواد فلزی را برش دهند، در حالی که در دهه 1970 نمی توانستند این کار را انجام دهند. به طور کلی، خدمات برش لیزری ارزان تر، کارآمدتر، قادر به برش های دقیق تر و همه کاره تر (باندهای طول موج جدید و غیره) شده اند. با گذشت زمان این روند ادامه خواهد داشت.
جزئیات خدمات لیزری
برش های لیزری اغلب از طریق برنامه های دقیق کنترل می شوند. این برنامه‌های دقیق، که فرآیند برش را با کمترین مداخله انسانی هدایت می‌کنند، اطلاعات مورد نیاز خود را از سیستم‌های CNC که از طرح‌های CAD برای وارد کردن جزئیات استفاده و دریافت می‌کنند.
به طور کلی، خدمات برش لیزر به شرح زیر است:
1. برنامه دقیق اطلاعات مورد نیاز برای ماشینکاری لیزری مناسب را جمع آوری می کند.
2. تکنسین ها/ دستگاه برش پرتو لیزر را روی ماده ای که باید اصلاح شود می اندازد.
3. یا قطعه کار یا تیر به منظور ذوب قطعه کار در مناطق موضعی حرکت می کند. تولیدکنندگان با استفاده از کنترل CNC یا کنترل CNC همراه با فیبر نوری یا آینه، پرتو لیزر را متمرکز و هدایت می کنند.
4. تکنسین ها ممکن است یک “گاز کمکی” مانند نیتروژن یا دی اکسید کربن را با برش لیزری به منظور آماده سازی سطوح تازه برش خورده برای رنگ آمیزی یا پوشش مقاوم در برابر خوردگی ترکیب کنند. به عنوان مثال، برش لیزر CO2، یک روش برش با کمک گاز است و امروزه قوی‌ترین لیزر موجی در جهان محسوب می‌شود.
طراحی لیزری
قبل از شروع برش، سازندگان بر اساس تعدادی از عوامل مرتبط با برنامه شما، نقشه‌برداری می‌کنند که قرار است چه کاری انجام دهند. اینها شامل مواد قطعه، تلورانس های مورد نیاز، ابعاد قطعه، سیستم برش لیزری ترجیحی و موقعیت سر یا نازل است.
تولیدکنندگان می توانند محصولات برش سفارشی را با تنظیم عناصر خاصی از دستگاه لیزر، مانند ورودی های برنامه نویسی CNC، سرعت برش، منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و نوع گاز کمکی ایجاد کنند.
ماشین آلات مورد استفاده:
تولیدکنندگان قطعات برای انجام خدمات خود از چندین نوع لیزر اصلی استفاده می کنند.که عبارتند از لیزرهای فلزی، لیزرهای فیبر، لیزرهای نئودیمیم (Nd)، لیزرهای نئودیمیم ایتریم-آلومینیوم-گارنت (Nd: YAG)، لیزرهای CO2 و لیزرهای پرقدرت.
لیزرهای فلزی به لیزری گفته می شود که سازندگان آن را برای اصلاح انحصاری قطعات فلزی طراحی می کنند. از رایج ترین فلزات برش لیزری می توان به تیتانیوم، فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی، فولاد ملایم و فلزات خراشیده اشاره کرد.
لیزرهای فیبر بر استفاده از لیزرهای فیبر نوری (فیبر نوری) که با عناصر خاکی کمیاب مانند ایتربیوم، تولیوم، اربیوم یا تولیوم ایجاد شده اند، متکی هستند. لیزرهای فیبر به دلیل هزینه های عملیاتی کم، تعمیر و نگهداری آسان و کمبود قطعات متحرک محبوب هستند.
- لیزر فیبر نوع خاصی از لیزر حالت جامد است و محیط این نوع فیبرهای نوری است.
- شیشه سیلیس با سایر عناصر خاکی کمیاب مخلوط شده است.
- نور ساطع کننده این سیلیس خاصیتی است که استفاده از آن را ایده آل می کند.
- نور کوچکتر و مستقیم تر از هر لیزر دیگری است و به کار دقیق و متمرکز کمک می کند.
- لیزرهای فیبر کم هزینه، تعمیر و نگهداری کم، ردپای کمتر و کارایی بالایی دارند.
- اینها در برش لیزری، بافت، علامت گذاری و جوشکاری استفاده می شوند.
انواع لیزرها
CO2
لیزرهای همه کاره ای هستند که می توانند هر چیزی از چوب گرفته تا ورق فولاد ضد زنگ و کاغذ را برش دهند. تولید کنندگان در درجه اول آنها را برای انجام برش صنعتی، حکاکی و حفاری انتخاب می کنند. انواع فرعی لیزرهای CO2 شامل لیزرهای دال، لیزرهای جریان محوری آهسته، لیزرهای جریان محوری سریع و لیزرهای جریان عرضی است.
نئودیمیم (Nd) نوعی لیزر فیبر هستند
آنها با برنامه هایی که نیاز به انرژی بالا و تکرار کمی دارند، بهترین کارایی را دارند. سازندگان همچنین از آنها برای انجام جوشکاری لیزری استفاده می کنند. که به بهترین وجه با سرامیک و فلزات خراش کار می کنند.
نئودیمیم ایتریم-آلومینیوم-گارنت (Nd: YAG)، یک لیزر فیبر دیگر، بسیار شبیه به لیزرهای Nd هستند.
با این حال، آنها با حکاکی و برنامه های خسته کننده که نیاز به قدرت فوق العاده بالایی دارند، بهترین کار را دارند. همچنین می توان از آنها برای جوشکاری لیزری استفاده کرد.
لیزرهای پرقدرت به طور ویژه برای برش مواد قوی طراحی شده اند، مانند همان فولادهای ضد زنگ، فولادهای ملایم و فلزات خطی که لیزرهای فلزی برش را می دهند. لیزرهای پرقدرت ممکن است مانند بسیاری از انواع لیزرهای دیگر دو برابر شوند.
نیمه هادی را دیودهای لیزری نیز می نامند و دارای یک اتصال PN هستند.
محل اتصال PN دیودها با لایه ای پوشیده شده است که مسئول انتشار دورن خود است.
این لایه صیقلی است و فوتون های ساطع شده را تقویت می کند و جریان الکتریکی را به انرژی لیزر تبدیل می کند.
اینها معمولاً در خواندن بارکد، اشاره ، چاپگر و اسکنرهای لیزری استفاده می شوند.
لیزرهای رنگی مایعی هستند که از رنگ آلی به صورت مایع به عنوان محیط کسب خود استفاده می کنند. این لیزرها دارای طیف گسترده ای از طول موج ها هستند و می توان آنها را در هر زمانی در طول کار کنترل کرد. و برای طیف سنجی، حذف خال مادرزادی، پزشکی و ایزوتوپ استفاده می شود.
حالت جامد این لیزرها با استفاده از مواد جامد مانند کریستال یا شیشه مخلوط شده با سایر عناصر کمیاب کار می کنند.
این عناصر نئودیمیم، کروم، اربیوم یا ایتربیوم هستند.
اولین لیزر حالت جامد ساخته شده، لیزر یاقوت بود.
اینها در ساخت خالکوبی، حذف مو، فرسایش بافت و حذف سنگ کلیه استفاده می شوند.
لیزرهای گازی با عبور جریان الکتریکی از گاز، نور تولید می کنند.
این فرآیند به عنوان وارونگی جمعیت شناخته می شود.
گازهای رایج مورد استفاده عبارتند از CO2، کریپتون، هلیوم-نئون و آرگون.
از این لیزرها در هولوگرافی، طیف سنجی، پردازش مواد، اسکن بارکد و جراحی لیزر استفاده می شود.
تغییرات برش لیزر و فرآیندهای مشابه
تغییرات در برش لیزری شامل حفاری لیزری، برش واترجت، حکاکی لیزری، برش ذوبی، ترک خوردگی حرارتی و جوش لیزری است.حفاری لیزری فرآیندی است که ارائه دهندگان خدمات زمانی که می خواهند سوراخ هایی ایجاد کنند، برای عملکرد، از آن استفاده می کنند. آنها این کار را با استفاده از پرتوهای لیزر انجام می دهند، که سوراخ هایی با تلورانس دقیق ایجاد می کند.
برش واترجت، لیزر را از آب با فشار بالا حذف می کند. با استفاده از برش واترجت، تولیدکنندگان می توانند در هزینه، منابع و انرژی صرفه جویی کنند. با این حال، برش واترجت به طور جهانی قابل اجرا نیست. در عوض، تولید کنندگان فقط می توانند از آن بر روی مواد خاصی استفاده کنند. روی مواد سخت کار نمی کند و احتمالاً موادی مانند شیشه را می شکند.
حکاکی لیزری به سازندگان اجازه می دهد تا سطوح را دقیقاً حکاکی کنند.
حکاکی لیزری به جای ذوب سطوح، سطوح را تبخیر می کند. تولیدکنندگان حکاکی لیزری را با دستگاه‌های حکاکی لیزری انجام می‌دهند که با ترکیبی از فناوری CNC، برنامه‌نویسی CAD و اپراتورهای انسانی کنترل می‌شوند. این یک روش حکاکی یا علامت گذاری است که در آن از پرتو لیزر پرانرژی برای تابش موضعی قطعه استفاده می شود. برای علامت گذاری موضعی، تبخیر یا تغییر رنگ مواد سطح استفاده می شود که منجر به علامت گذاری دائمی می شود. حکاکی لیزری راه طولانی را پیموده است و خود را به بخش مهمی از صنعت تبدیل کرده است. حکاکی برای ایجاد علامت های دائمی، الگوها، نمادها یا نوشتن روی متریال مختلف ورق استفاده می شود. دستگاه های حکاکی لیزری با کمک برخی ابزارها برای کنده کاری از سرعت و دقت بالایی استفاده می کنند.
حکاکی های لیزری بسیار دقیق هستند
زیرا نقطه لیزر آنقدر نازک است. و فقط بر روی یک ناحیه مشخص متمرکز می شود. حکاکی، ناحیه ای را که باید حکاکی شود مشخص می کند و یک پرتو متمرکز نور ساطع می کند که خواص و ظاهر آن را تغییر می دهد. این حکاکی متمرکز و دقیق، حکاکی های لیزری را برای بسیاری از صنایع ایده آل می کند. و تقریباً بر روی هر چیزی مانند جواهرات، کیت های پزشکی و ورق های چوبی و پلاستیکی قابل انجام است.
حکاکی لیزری با تبخیر سطح مواد به بخار و حک کردن علائم دائمی و عمیق بر روی سطح کار می کند.این دستگاه مانند یک چاپگر جوهرافشان است و به جای جوهر از لیزر استفاده می کند.دستگاه حکاکی لیزری که از لیزر پرقدرت برای حکاکی ناحیه مشخصی استفاده می کند مورد نیاز است.طرح مورد نظر برنامه ریزی می شود و سپس طرح را به دستگاه حکاکی لیزری ارسال می کند.مواد داخل دستگاه قرار می گیرد و پرتوها شروع به حکاکی آن می کنند.نواحی مشخص شده در معرض لیزر مقدار زیادی انرژی گرمایی دریافت می کنند که برای تبخیر سطح کافی است.
حکاکی دقیق است و قادر به کار با انواع رسانه ها است.
برای کاربردهای مختلف استفاده می شود.این کار، سازگار و ایمن برای استفاده است.و با سرعت بالا و کم هزینه انجام می شود.حکاکی ها در نمونه سازی مورد استفاده قرار می گیرند، چه برای ساخت یک اپلیکیشن باشد یا یک محصول فیزیکی.حکاکی های لیزری برای شخصی سازی محصولات با حکاکی اطلاعات مهم بر روی محصول استفاده می شود.حکاکی لیزری بر روی محصولات برای اهداف تزئینی نیز استفاده می شود.
سه نوع حکاکی لیزری وجود دارد:
برش و حکاکی
از این نوع برش برای حکاکی نقوش بر روی مواد سطحی استفاده می شود. الگوها تجزیه می شوند، در خطوط بیان می شوند و سپس با لیزر برش داده می شوند.
کنده کاری مقعر
این نوع اغلب در دو موقعیت دیده می شود. یکی همان فرآیند برش برای سطح است و دیگری با تشکیل الگوهای تیره و روشن روی سطح انجام می شود. اولی برای حکاکی الگوهای اشیایی مانند حیوانات، گیاهان و غیره ایده آل است، در حالی که دومی برای جزئیاتی مانند حالات صورت مناسب است.
حکاکی تاپان
این حکاکی فقط مواد اطراف الگو را برش می دهد و برای گرافیک، طرح کلی و متون مناسب است.برش فیوژن که به نام برش مذاب نیز شناخته می شود، شامل دمیدن مواد مذاب از ناحیه برش با استفاده از گاز تحت فشار است. این فرآیند به دلیل نیازهای کم انرژی محبوب است.
ترک تنش حرارتی جایگزینی برای برش است که شامل ایجاد انبساط حرارتی از طریق گرمایش موضعی سطح است. هنگامی که بر روی مواد به ویژه شکننده که به انبساط حرارتی حساس هستند اعمال شود، انبساط حرارتی باعث ایجاد ترک می شود. تولیدکنندگان می توانند از پرتو لیزر خود برای هدایت این ترک در الگوی مورد نظر خود استفاده کنند.
جوشکاری لیزری که به عنوان جوشکاری پرتو لیزر نیز شناخته می شود، تکنیکی است که برش ها را برای اتصال حجم بالایی از ترموپلاستیک ها یا فلزات استفاده می کنند. دستگاه های جوش پرتوهای حرارتی متمرکزی را منتشر می کنند که جوش های عمیق، دقیق و باریکی ایجاد می کند. این فرآیند بیشترین کاربرد را در تولید خودرو دارد.
اجزای یک لیزر
منبع انرژی
وظیفه منبع انرژی پمپاژ نور به محیط است. با توجه به نوع لیزر مورد استفاده مانند تخلیه الکتریکی، دیود لیزر، چراغ قوه و غیره متفاوت است.
کسب متوسط
محیط با ساطع نور با طول موج های مختلف عمل می کند. منبع بهره نوری است و نام آن از نوع محیط بهره گرفته است.
طنین انداز
آینه ها محیط را احاطه کرده اند و رزوناتور با استفاده از این آینه ها بهره نوری را دو برابر می کند.
مزایای برش لیزر
دلایل زیادی برای علاقه به این برش وجود دارد. اول، این برش قطعاتی با تغییر شکل لبه، رول کردن یا ضریب لبه تقریباً صفر تولید می کند. بدان معنی است که بر روی لبه های برش دار آنها سوراخ بسیار کمی باقی می ماند. ثانیاً، با زمان‌های چرخش مداوم سریع، برش سریع‌تر از سایر روش‌های ساخت ابزار است. بخشی از دلیلی که خدمات لیزر چنین زمان‌های چرخشی سریعی دارند، این واقعیت است که این سرویس به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا تغییرات طراحی را به راحتی اجرا کنند. یکی دیگر از چیزهای عالی در مورد برش لیزری استفاده آن از وسایل ماشین آلات CNC است که به نیاز تکنسین های کمتر و تضمین ایمنی بیشتر ترجمه می شود. در نهایت، خدمات لیزر همه کاره، متنوع و بسیار کارآمد هستند. در حالی که گزینه های زیادی ایجاد می کنند، ضایعات کمی ایجاد می کنند.
مواردی که باید در مورد خدمات لیزر در نظر بگیرید
معایب
این روش محبوب دارای معایبی است که بیشتر آنها مربوط به برش گرم است. به عنوان مثال، از آنجایی که مواد بسیار داغ می شوند، مناطق باریک ممکن است انبساط حرارتی و/یا تاب برداشتن را تجربه کنند. همچنین، هنگامی که از اکسیژن به عنوان کمک گاز استفاده می شود، به لبه برش برخی مواد فشار وارد می کند و باعث اعوجاج و اکسیداسیون می شود. (این بیشتر در الگوهای سوراخ متراکم وجود دارد.) لیزرها روی فلزاتی مانند آلومینیوم و آلیاژهای مس مؤثر نیستند (زیرا نور را منعکس می کنند و گرما را جذب و هدایت می کنند) و با شیشه، کریستال یا هر غیرفلز دیگری سازگار نیستند.
علاوه بر این، آنها به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارند. گزینه های محدودی که بری مواد وجود دارد، برش لیزری را به فرآیندی پرهزینه تبدیل می کند. در نهایت، همه لیزرها، به ویژه مادون قرمز و فرابنفش، خطر بالقوه ای برای بینایی فرد دارند.
مزایا
علیرغم این معایب، برش لیزری هنوز مزایای متمایزی را نسبت به فرآیندهای برش سنتی مانند ماشینکاری مکانیکی و حرارتی، EDM، جوش قوس الکتریکی و برش شعله به تولیدکنندگان ارائه می دهد. سیستم های حرکت پایدار پرتوها و برش های بسیار با کیفیت را تضمین می کنند. نرخ دقت لیزر بالاتر از سایر روش‌های برش است، با تلورانس‌های دقت کمی بالاتر و عرض‌های برش کوچکتر .
مطالب مرتبط:
