لیزر فلزات

برش لیزر فلزات چیست ؟

فلزات یکی از متداول ترین متریال های است که برای برش و تکه تکه کردن آن از صنعت و تکنولوژی لیزر استفاده می گردد . بیشتر از ده ها و یا صد ها صنایع در نقاط مختلف جهان وجود دارد که از این تکنولوژی بهره گرفته و حیات آن ها و ادامه تولید آن ها به تکنولوژی لیزر فلزات متصل است .
در گذشته که این تکنولوژی هنوز کشف و یا هنوز بومی و صنعتی نشده بود ، صنایع تولیدی به شدت در ارائه محصولاتی با کیفیت و دقیق یا خیلی کند بودند و یا دقت عمل آن ها در برش فلزات سخت خیلی کم بود .

دستگاه برش لیزری فلزات

برش لیزری به فناوری اطلاق می شود که در آن از اشعه لیزر به منظور برش اجسام، فلزات و …  استفاده می‌ گردد؛ و امروزه ه این فناوری در زمینه صنعت وارد شده و کاربرد زیادی دارد. برش لیزری توسط استعمال اشعه لیزر از یک خروجی قوی لیزر روی اجسامی که نیاز به تغییر و برش دارند استفاده می شود. قسمتی از جسم مورد نظر که بریده می‌شود یا آب می‌شود یا می‌سوزد یا تصعید می‌شود و توسط فشار گاز از روی جسم پاک می‌شود. و سر انجام سطح بریده شده با کیفیت خیلی عالی ایجاد می‌شود.

لیزر صنعتی در صنایع مختلفی استفاده می شود; مثلا:

• صنایع نظامی
• ساختمانی
• هوافضا
• پزشکی
• آزمایشگاهی و … .

کاربرد اشعه‌ی لیزر

اشعه‌ی لیزر از طریق تحریک مواد مولد لیزر توسط تخلیه‌ی الکتریکی یا تابش یک لامپ در یک محفظه بسته تولید می شود. با تحریک ماده‌ی مولد لیزر پرتو با استفاده از تکه‌های آینه منعکس می شود تا انرژی لازم برای تبدیل شدن به یک جریان نور‌ تک‌ رنگ‌ منسجم را به دست آورد. آینه یا فیبر نوری معمولا برای هدایت نور منسجم به لنز دستگاه استفاده می شود. این لنز در نقطه‌ ی کاری دستگاه متمرکز شده است. باریک ترین قسمت پرتو متمرکز شده قطری کمتر از ۰/۳۲‌‌ میلی‌متر دارد.

مزایای برش لیزری فلزات

استفاده آسان و بکار گیری، کیفیت و بدون نقص بودن و تمیزی نتیجه  یا به عبارتی دیگر ، عدم وجود لبه های اضافی در قسمت های برش خورده ، از مزایای استفاده از برش لیزری به جای برش های مکانیکی و سنتی می باشد. دقت بالای دستگاه به علت حضور لیزر و انجام شدن برش به صورت مداوم و یکنواخت از آغاز عملیات تا پایان کار ، می باشد.

همچنین در این صنعت مانند هر کاری احتمال رخ دادن خطا نیز وجود داد اما می توان با اطمینان گفت که احتمال تاب برداشتن ماده در برش‌ لیزر بسیار کم است چون، ناحیه‌ی موثر حرارتی در این فرآیند بسیار کوچک می‌باشد.

برش پلاسما

برش لیزری به علت دقت بالا‌تر و مصرف انرژی کمتر در هنگام برش، مزیت بیشتری نسبت به برش پلاسما دارد. با این وجود اغلب دستگاه های برش لیزری‌ نمی‌ توانند ضخامتی بیشتر از ضخامت برش دستگاه های پلاسما را برش دهند.امروزه دستگاه‌های برش لیزری قوی‌ تری نیز در حال تولید است تا بتوانند ضخامت های بیشتری را برش دهند اما هزینه‌ی تمام شده‌ی این دستگاه ها بیشتر از دستگاه های برش پلاسما است.

انواع لیزر های مورد استفاده

لیزر‌ها انواع مختلفی مانند لیزر گازی، لیزر شیمیایی، لیزر رادیواکتیو، لیزر جامد، لیزر فیبری و … دارند، اما در صنعت از دو نوع لیزر های گازی و جامد استفاده می‌شود. لیزر های پرکاربرد استفاده شده در دستگاه‌های برش لیزر صنعتی عبارتند از:

1. لیزر CO₂ که برای برش،حکاکی و تضعیف ماده مناسب است.
2. لیزر های نئودیمیم (Nd) 
3. لیزر‌های نئودیمیم-ایتریم-آلومینیوم-گارنت(Nd-YAG) می‌باشند.

لیزرهای مورد 2 و 3 سبک و روشی یکسان دارند ولی تفاوت آن ها در کاربردشان است. لیزر Nd برای تضعیف ماده و در مواقعی که قدرت زیاد و تکرار پذیری بالا مد‌نظر است به کار می‌رود. لیزر Nd-YAG برای تضعیف ماده و حکاکی روی قطعه و در مواقعی که قدرت بسیار زیاد مورد نیاز است، بکار گرفته می شود.

کاربرد های لیزر های یاد شده

• هرسه نوع لیزر را می‌توان برای جوشکاری نیز استفاده کرد.
• لیزر CO₂ برای برشکاری صنعتی بسیاری از مواد از جمله فولاد، آلومینیوم، فولاد ضدزنگ، تیتانیم، کاغذ، موم، پلاستیک، چوب و پاچه استفاده می گردد.
• لیزر YAG در درجه‌ی اول برای برش و حکاکی فلزات و سرامیک ها استفاده می‌شود.

انواع روش‌های برش فلزات توسط لیزر

روش های مختلفی در برش با استفاده از لیزر وجود دارد.برخی از این روش‌ها عبارتند از:

تبخیر ماده

• در این روش حرارت پرتو متمرکز شده،‌دما‌ی نقطه اثر رابه دما‌ی نقطه‌ی جوش می‌رساند و موجب تبخیر ماده و ایجاد حفره می‌شود. این روش برای برش موادی استفاده می‌شود که ذوب نمی‌شوند مانند:چوب، کربن و پلاستیک‌های ترموست.

۲) ذوب ماده به همراه دمیدن گاز پرفشار

• در این روش ابتدا پرتو‌ی لیزر، ماده مورد نظر را در نقطه‌ی کاری به دمای نقطه‌ ذوب می‌رساند. بلافاصله با استفاده از جریان پر‌فشار یک گاز(معمولا هوا) به نقطه‌ی مورد نظر ضربه ای وارد شده و باعث ریزش مواد ذوب شده از روی جسم مورد نظر می‌شود. در این روش نیازی به بالا بردن دما به اندازه ای بیشتر از نقطه‌ی ذوب ماده نیست در نتیجه دستگاه قدرت مصرفی کمتری دارد. از این روش عموما برای برش فلزات استفاده می‌شود.

۳) سوزاندن

۴) ایجاد شکاف به وسیله تنش‌های حرارتی

• مواد ترد به شکستگی حرارتی حساس می‌باشند. از این ویژگی مواد ترد در روش یاد شده استفاده می‌شود.اشعه‌ی لیزر روی سطح ماده متمرکز شده و باعث ایجاد حرارت موضعی و انبساط حرارتی می‌شود. این عمل باعث ایجاد شکاف در ماده شده و با حرکت دادن پرتو می‌توان آن را هدایت کرد تا برش مد نظر اتفاق بیفتد.این روش عموما برای برش لیزری شیشه ها و مواد شیشه مانند استفاده می‌شود.

۵) برش سرد

مصرف انرژی

دستگاه های برش لیزری بازدهیشان بین 5 درصد تا 45 درصد مغیر است. قدرتی که درستگاه های لیزر فلزات نیاز دارند برای انجام یک کار ، به نوع ماده، ضخامت، روش مورد استفاده و نرخ برش مد نظر، بستگی دارد.

دستگاه های برش لیزر فلزات مصرف برق زیادی دارند که مهمترین اشکال این دستگاه هاست.

نرخ تولید و برش

حداکثر نرخ برش توسط عواملی چون قدرت لیزر، ضخامت ماده، نوع فرآیند مورد استفاده و خواص مواد محدود گشته. برای همه‌ی اهداف، یک لیزر می‌ تواند تا ۳۰ برابر سریع‌ تر از یک اره‌ ی استاندارد عمل کند. دستگاه های برش CNC با هدایت کامپیوتری و توسط لیزری که از آنها متساطع می شود عملیات مختلفی مانند برش لیزری، حک لیزری و … را انجام می دهند. این دستگاه ها مزایای زیادی دارند، مثلاً سرعت بسیار بالایی دارند و با توجه به هدایت شدن توسط کامپیوتر، خروجی های کاملاً یکسانی دارند.