القطع بالليزر: من أولى المبادئ إلى حالة الفن

نبذة مختصرة

  تقدم هذه الورقة لمحة عامة عن موضوع القطع بالليزر. المواضيع التي تشملها: تفاعلات المواد بالليزر ، أنواع الليزر المختلفة ، النمو التقني والتجاري لقطع الليزر والحالة الفنية.

المبادئ الأولى

  يتم إجراء معظم القطع بالليزر باستخدام ليزر CO2 أو Nd: YAG. تتشابه المبادئ العامة للقطع مع كلا النوعين من الليزر على الرغم من أن ليزر CO2 يسيطر على السوق لأسباب ، والتي ستتم مناقشتها في وقت لاحق في الورقة.

  الآلية الأساسية للقطع بالليزر بسيطة للغاية ويمكن تلخيصها على النحو التالي:

  1. يتم إنتاج شعاع عالي الكثافة من ضوء الأشعة تحت الحمراء بواسطة ليزر.

  2. هذا الشعاع يركز على سطح الشغل بواسطة العدسة.

  3. تسخن الحزمة المركزة المادة وتنشئ ذوبانًا محليًا جدًا (يبلغ قطره عادة أقل من 0.5 ملم) في جميع أنحاء عمق الورقة.

  4. يتم إخراج المادة المنصهرة من المنطقة بواسطة نفاثة غازية مضغوطة تعمل بشكل محوري مع شعاع الليزر كما هو موضح في التين 1. (NB مع بعض المواد ، يمكن لهذا الغاز النفاث تسريع عملية القطع من خلال العمل الكيميائي والمادي أيضًا. على سبيل المثال ، يتم قطع الكربون أو الفولاذ الخفيف بشكل عام في طبقة نفاثة من الأكسجين النقي ، وتولد عملية الأكسدة التي بدأها تسخين الليزر درجة الحرارة الخاصة بها وهذا يزيد بشكل كبير من كفاءة العملية.

5. يتم نقل هذه المنطقة الموضعية من إزالة المواد عبر سطح الورقة وبالتالي توليد قطع. تتحقق الحركة عن طريق التلاعب في البقعة الليزرية المركزة (بواسطة مرايا CNC) أو بتحريك الورقة ميكانيكياً على طاولة CNC X-Y. تتوفر أيضًا أنظمة "الهجين" حيث يتم نقل المادة في محور واحد ويتم نقل بقعة الليزر في الجانب الآخر. تتوفر أنظمة روبوتية بالكامل لتمييز أشكال ثلاثية الأبعاد. Nd: يمكن لليزر YAG استخدام الألياف البصرية بدلا من المرايا لكن هذا الخيار غير متوفر لطول ليزر CO2 الأطول الموجي.

  الشكل 1. تخطيطي لقطع الليزر. يمكن ضبط فتحة تركيب الفوهة (أو كليهما) من اليسار إلى اليمين أو الدخول والخروج من مستوى الرسم. هذا يسمح لمركزية الحزمة الموجهة مع فوهة. يمكن أيضًا ضبط المسافة الرأسية بين الفوهة والعدسة.

  قبل الانتقال إلى وصف أكثر تفصيلاً لعملية القطع ، الآن هو الوقت المناسب لتلخيص فوائد القطع بالليزر.

  أ. عملية التخفيض بسرعة عالية مقارنة بأساليب التنميط الأخرى. على سبيل المثال ، ليزر CO2 1500W سوف يقطع الفولاذ الطري 2mm في 7.5mmin-1. سوف تقوم الآلة نفسها بقص ألواح الأكريليك السميكة 5mm عند ~ 12mmin-1.

  في معظم الحالات (مثل المثالين المذكورين أعلاه) ستكون مكونات القطع جاهزة للخدمة فور قطعها دون أي عملية تنظيف لاحقة.

  C. عرض القطع (عرض الشق) ضيق للغاية (عادة 0.1 إلى 1.0mm). يمكن القيام بعمل تفصيلي للغاية دون قيود على الحد الأدنى من دائرة نصف قطرها الداخلي التي تفرضها آلات الطحن والطرق الميكانيكية المماثلة.

  D. يمكن أن تكون عملية التحكم CNC بالكامل. هذا ، بالإضافة إلى عدم الحاجة إلى ترتيبات تعقيدات معقدة ، يعني أنه يمكن إجراء تغيير في المهمة من خلال قطع المكون "A" من الفولاذ إلى قطع المكون "B" خارج البوليمر في ثوانٍ. (ملاحظة: Nd: YAG الليزر لا يمكن قطع معظم المواد البلاستيكية لأنها شفافة إلى Nd: YAG ضوء الليزر).

  E. على الرغم من أن القطع بالليزر عملية حرارية ، فإن المساحة الفعلية التي يتم تسخينها بواسطة الليزر تكون صغيرة جدًا ويتم إزالة معظم هذه المادة الساخنة أثناء القطع. وبالتالي ، فإن المدخلات الحرارية إلى الجزء الأكبر من المواد منخفضة للغاية ، والحد من المناطق المصابة بالحرارة والتشويه الحراري عموما يتم تجنبه.

  F. وهي عملية عدم اتصال ، مما يعني أن المواد تحتاج فقط إلى شدها برفق أو وضعها تحت الحزم فقط. يمكن قطع المواد المرنة أو الضعيفة بدقة كبيرة ولا تشوه أثناء القطع ، كما هو الحال عند القطع بالطرق الميكانيكية.

  نظرا إلى طبيعة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لهذه العملية ، فإن ضيق عرض keft وعدم وجود قوة ميكانيكية على الورقة يتم قطعها ، يمكن ترتيب المكونات "للالتصاق" بالقرب من بعضها البعض. وبالتالي ، يمكن تقليل النفايات المادية إلى الحد الأدنى. في بعض الحالات ، يمكن تمديد هذا المبدأ إلى أن لا تكون هناك أية نفايات على الإطلاق بين حواف متماثلة من المكونات المتجاورة.

  H. على الرغم من أن التكلفة الرأسمالية لآلة القطع بالليزر كبيرة ، فإن تكاليف التشغيل منخفضة بشكل عام. توجد العديد من الحالات الصناعية حيث دفعت منشأة كبيرة لنفسها في أقل من عام.

1. إن العملية هادئة للغاية مقارنة بالتقنيات المتنافسة ، وهو عامل يحسن بيئة العمل والكفاءة أو الكادر التشغيلي.

تعتبر آلات القطع بالليزر آمنة الاستخدام للغاية بالمقارنة مع العديد من نظائرها الميكانيكية.

  مقارنة بين CO2 و Nd: YAG القطع بالليزر.

  ثاني أكسيد الكربون و Nd: ليزر YAG على حد سواء توليد حزم عالية الكثافة من ضوء الأشعة تحت الحمراء والتي يمكن أن تركز وتستخدم للقطع.

  أقل بكثير Nd: يتم بيع ليزر YAG كما آلات القطع مقارنة مع ليزر CO2. ويرجع ذلك إلى أن ليزر CO2 يكون أكثر فعالية في تطبيقات القطع العامة. nd: ليزر YAG المفضل فقط:

  A. إذا كان العمل التفصيلي الدقيق للغاية مطلوبًا في قسم المواد الرقيقة.

  إذا تم قطع المواد العاكسة للغاية مثل سبائك النحاس أو الفضة على أساس منتظم ،

أو

  C. في حالة استخدام ليف ضوئي لنقل شعاع الليزر إلى قطعة العمل.

  على الرغم من أن ليزر CO2 و Nd: YAG يولدان ضوء الأشعة تحت الحمراء ، فإن طول موجة ضوء ليزر CO2 هو عشرة أضعاف من آلات Nd: YAG (10.6 ميكرون و 1.06 ميكرون على التوالي). نظرًا لأن ضوء الليزر Nd: YAG له طول موجي أقصر ، فإنه يتميز بثلاث مزايا أكثر من ضوء ليزر CO2:

  1. Nd: يمكن تركيز ضوء الليزر YAG إلى بقعة أصغر * من ضوء ليزر CO2. وهذا يعني أنه يمكن تحقيق عمل أكثر تفصيلاً وأكثر تفصيلاً (مثل أيدي الساعة الزينة).

  2. Nd: YAG ضوء الليزر ينعكس بسهولة أقل من الأسطح المعدنية. لهذا السبب ، تتناسب ليزر Nd: YAG للعمل على معادن عاكسة للغاية مثل الفضة.

  3. Nd: YAG ضوء يمكن أن ينتقل من خلال الزجاج (ضوء CO2 لا يمكن). وهذا يعني أنه يمكن استخدام عدسات زجاجية عالية الجودة لتركيز الشعاع على أقل حجم ممكن *. أيضا ، يمكن استخدام الألياف البصرية الكوارتز لحمل شعاع لمسافات طويلة نسبيا إلى الشغل. وقد أدى ذلك إلى استخدام واسع النطاق لليزر Nd: YAG على خطوط إنتاج السيارات حيث تكون المساحة المتاحة على الخطوط مرتفعة.

  * ملاحظة: في حالة استخدام الألياف الضوئية ، قد تفقد قدرة ضوء الليزر Nd: YAG إلى نقطة صغيرة جدًا إذا كان متوسط ​​الطاقة أعلى من 100 واط. قد يكون حجم البقعة المركّز بعد السفر عبر الألياف الضوئية أكبر من بقعة ليزر CO2.

  يكون للطول الموجي الأقصر: Nd: YAG ضوء الليزر عيب رئيسي واحد:

  1 معظم المواد العضوية (مثل البلاستيك ، والمنتجات القائمة على الأخشاب ، والجلود ، والمطاط الطبيعي ، وما إلى ذلك) تتسم بالشفافية في ضوء الليزر Nd: YAG. لهذا السبب لا يمكن قطعها بواسطة ليزر Nd: YAG. إذا كانت طاقة الليزر منخفضة أو حجم البقعة المركزة كبيرًا ، يمر الضوء عبر المادة بدون تدفئة كافية لقصها. إذا ازدادت كثافة شعاع الليزر ، عن طريق زيادة الطاقة أو تقليل حجم البقعة ، ستستجيب المادة في النهاية مع انفجار موضعي قد ينتج عنه تمزق أو ثقب.

  الوضع مع غير المعادن غير العضوية (مثل السيراميك والنظارات والكربون وما إلى ذلك) معقدة إلى حد ما. يمكن استخدام ليزر CO2 لخفض نسبة كبيرة من هذه المواد ، ولكن ، مرة أخرى ، يمكن أن تواجه آلات YAG في مشاكل المواد الشفافية (وهذا ينطبق على الزجاج والكوارتز على سبيل المثال). قصة نجاح واحدة لكلا النوعين من الليزر هي تحديد سمات ركائز السيراميك لصناعة الإلكترونيات. في بعض الحالات ، يمكن للحشوات غير العضوية التي تستخدم في تلوين المواد البلاستيكية أو تصلبها أن تجعلها مناسبة للقطع Nd: YAG. بشكل عام ، ومع ذلك ، يتم قطع البوليمرات فقط من خلال ليزر CO2.

باختصار ، يمكن استخدام ليزر Nd: YAG لقص التفاصيل الدقيقة ، أو يمكن استخدامه مع ألياف بصرية في هذه الحالة لن يكون من الممكن الحصول على التفاصيل الدقيقة (إلا عند تقطيع الرقائق أو الأقنعة الرقيقة عند طاقة منخفضة). وهي مناسبة بشكل خاص لقطع سبائك عالية الانعكاسية ولكن لا يمكن قطع العديد من غير المعادن.

  من ناحية أخرى ، عادةً ما تكون ليزر ثاني أكسيد الكربون طريقة إنتاج أرخص ، ولذلك فهي مفضلة لأغراض هندسية عامة. كما تتميز ليزرات ثاني أكسيد الكربون بقدرة على قطع نطاق أوسع من المواد من المعادن إلى البوليمرات والخشب.

آليات القطع

  يمكن أن تقوم آليات القطع بتقطيع المواد بالليزر من خلال مجموعة متنوعة من الآليات المختلفة الموضحة أدناه. يتضمن العنوان الفرعي لكل آلية قطع الإشارة إلى مجموعات المواد المقطوعة وأي من الليزرات متضمنة.

  ذوبان القص أو القطع الانصهار (معظم المعادن واللدائن الحرارية - CO2 و Nd: YAG lasers)

  الشكل 2 ذوبان 1. معظم المواد العضوية

  الشكل 2 هو تخطيطي لعملية القص الذائب أو القطع الانصهار. (يشار إليه أيضًا باسم "قطع الغاز الخامل"). [1] في هذه الحالة يذوب شعاع الليزر المركب الشغل ويتم إخراج الصهر من أسفل القطع بواسطة الحركة الميكانيكية لنفط الغاز المقطوع. تشمل المواد التي يتم قطعها بهذه الطريقة غالبية المواد التي يمكن صهرها بمعنى المعادن واللدائن الحرارية. لقطع الليزر بنجاح هذه المواد ، نحتاج إلى اختيار نوع قطع الغاز لدينا والضغط بعناية.

  يتم اختيار نوع قطع الغاز اعتمادًا على الطبيعة التفاعلية للمواد التي يتم قطعها ، أي

  لا تتفاعل اللدائن الحرارية المولدة كيميائياً مع النيتروجين أو الأكسجين ، لذلك يمكن استخدام الهواء المضغوط كغاز قطع.

  يتفاعل الفولاذ المقاوم للصدأ المصهور مع الأكسجين ولكن ليس مع النيتروجين ولذلك يستخدم النيتروجين في هذه الحالة.

  يتفاعل التيتانيوم المصهور مع الأكسجين أو النيتروجين ، لذلك فإن الأرجون (الخامل كيميائياً) يستخدم كغاز القطع.

  ويعتمد ضغط الغاز المستخدم أيضًا على المواد التي يتم قطعها ، أي أن إزالة البوليمر المصهور من منطقة القطع (عند قطعه على سبيل المثال ، النايلون) لا يتطلب نفاثًا بالغازًا عالي الضغط وبالتالي قد يؤدي ضغط الإمداد إلى رأس القطع إلى يكون من نطاق 2 - 6 بار. من ناحية أخرى ، يتطلب الفولاذ المقاوم للصدأ المصهور دفعًا ميكانيكيًا أكبر بشكل كبير لإزالته من منطقة القطع وبالتالي فإن ضغوط العرض المستخدمة ستكون في النطاق 8–14 بار (يزيد الضغط المطلوب بسماكة الفولاذ).

  قطع التحلل الكيميائي (البوليمرات الحرارية والمنتجات الخشبية - ليزر CO2)

  لا يتم قطع بلاستيك اللدائن والمنتجات الخشبية بواسطة آلية القص الذائب لسبب بسيط وهو أنه لا يمكن أن تذوب. في هذه الحالة الليزر يحرق قطعة العمل ، مما يقلل من البلاستيك أو الخشب إلى دخان مصنوع من الكربون والمكونات الأخرى من المواد الأصلية.

  وتعرف هذه العملية بالقص بالتدهور الكيميائي. ولأن هذه العملية تتطلب طاقة أكثر من مجرد ذوبان بسيط ، فإن سرعات القطع والسماكات القصوى للثرموستات تكون أقل من اللدائن الحرارية ، فإن الحافة المقطوعة لهذه المواد تكون بشكل عام مسطحة وناعمة ومغطاة بطبقة رقيقة من الكربون.

قطع التبخير (أكريليك وبولياسيتال - ليزر CO2)

  بالنسبة للمعادن ، فإن فكرة القطع بالليزر عن طريق التبخر ليست جذابة على الإطلاق لأن التبخر يستهلك طاقة أكثر بكثير من الذوبان البسيط المطلوب لقطع القص المصهور. ﺑﺎﻟﻧﺳﺑﺔ ﻟﺑوﻟﯾﻣرات ﻣﻌﯾﻧﺔ ، إﻻ أن ﻗطﻊ اﻟﺗﺑﺧر ﯾﺣدث ﻷن ﻧﻘﺎط اﻟﺻﮭر واﻟﻐﻠﯾﺎن ﻣن اﻟﻣواد ﻗرﯾﺑﺔ ﺟداً ﻣﻌﺎً. المواد الأكثر شيوعًا والتي يتم قطعها بهذه الطريقة هي Polymethylmethacrylate والتي تُعرف باسم الأكريليك أو بأسماءها التجارية. البرسبيكس ، بلكسيغلاس إلخ.

  يتم استخدام هذه المادة على نطاق واسع لعمل الإشارات والعرض ، ومن حسن الحظ أنه بسبب قدرتها على الغليان أثناء القطع بالليزر ، يمكن إنتاج حافة قطع مصقولة لامعة.

  الكتابة (سيراميك - CO2 أو Nd: YAG Lasers)

  إن عملية الكتابة هي عملية يمكن من خلالها تحقيق سرعات قص سريعة جدًا على سيراميك قسم نحيف (مثل AL2O3) لصناعة الإلكترونيات. يستخدم الليزر في وضعه النبضي لتخطي خط من الثقوب الضحلة عبر سطح ورقة المادة. يتم قطع المادة لاحقا على طول خطوط الضعف هذه. لأسباب واضحة العملية مناسبة فقط لإنتاج خطوط مستقيمة.

  قطع الأكسدة (فولاذ خفيف وفولاذ كربوني - CO2 أو Nd: YAG Lasers)

  يمكن قطع الفولاذ الفولاذي الخفيف والكربون بواسطة عملية القص بالذوبان باستخدام النيتروجين ولكن يتم قطعها أكثر شيوعًا باستخدام الأكسجين كغاز القطع. يتفاعل الأكسجين كيميائياً مع الحديد في منطقة القطع وهذا له ميزتان لعملية القطع:

  1. يقوم التفاعل بتوليد الحرارة ، مما يسرع عملية القطع وبالتالي يحسن سرعات القطع ويزيد من السماكة القصوى التي يمكن قطعها.

  2. ينتج التفاعل ذوبان مؤكسد ، له لزوجة منخفضة ولا يلتصق جيداً بالصلب الصلب على جانبي القطع. وهذا يعني أن السائل يمكن نفخه بسهولة من منطقة القطع وليس هناك أي ذوبان متبقي (خبث) متصل بالحافة السفلية للقطع.

  التفاعل الكيميائي له عيبان أيضًا:

  1. زيادة حساسية العملية فيما يتعلق بمعاملات العملية التالية ؛

  يجب أن يكون شعاع الليزر مركّزًا بدقة على الفتحة الموجودة في فوهة رأس القطع (انظر الشكل 1).

  يجب أن يكون لشعاع الليزر توزيع للطاقة متناظر محوريا.

  2. يترك التفاعل الكيميائي طبقة رقيقة (~ 100 & quot؛ m) من أكسيد الحديد على الحافة المقطوعة. إن طبقة الأكسيد هذه هشة وغير ملحقة بالصلب الكامن. هذه ليست مشكلة عامة ولكنها يمكن أن تتقشر في الخدمة بعد أن تم طلاء جزء منها ، مع أخذ الطلاء بها. لهذا السبب يصر بعض العملاء على مكونات الفولاذ الطري قطع النيتروجين.

دراسة الحالة

  من المضلل اختيار مكون واحد ثم توضيح السبب في أن القطع بالليزر هو أسلوب الإنتاج المفضل. من أجل إعطاء صورة أعرض ، دعونا نفكر في نوع من المكونات ، أي لوحة مستطيلة تقريبًا مستطيلة مع عشرة ثقوب ، وثلاث فتحات وبعض التفاصيل الحافة. دعونا نفترض الحجم الإجمالي من 200 مم × 300 مم.

سيتم تحديد الطريق إلى التصنيع من خلال عدد من العوامل:

  نوع المادة وسمكها ، عدد المكونات المطلوبة ، الدقة المطلوبة ، جودة الحواف المطلوبة ، أحجام الفتحات / الفتحات ، إلخ.

يعتمد القرار على التكاليف المرتبطة بإنتاج أجزاء من الجودة المناسبة وسيتم اختيار أرخص الطرق. في كثير من الحالات يكون قطع الليزر هو أرخص طريق ، ولكن من المثير للاهتمام تقديم بعض الأمثلة المختلفة للمنتج لبيان متى يتم اختيار طريقة بديلة:

  1. المادة - 3mm سميكة الفولاذ CO2 القطع بالليزر يمكن اختياره إلا للشروط التالية.

  إذا كنا بحاجة إلى أكثر من 100000 مكون. بالنسبة إلى الإنتاج الكبير من الدُفعات ، يمكن أن تكون التكاليف الأولية المرتبطة بأداة الثقب الثابتة مبررة.

  إذا كان الكفاف الكلي لا يشتمل على ملفات تعريف معقدة ولم يكن هناك حاجة سوى لقطعة واحدة أو قطعتين ، فإن قطع البلازما أو اللهب متبوعًا بالتشغيل الآلي قد يكون منافسًا.

  إذا كان حجم التسامح على الثقوب أو فتحات يجب أن يكون أفضل بكثير من ± 0.1mm نموذجي لقطع الليزر CO2 التجارية. في هذه الحالة Nd: YAG القطع بالليزر ، قد يكون من المفيد استخدام آلة التخريم CNC أو التفريغ الكهربائي

  2. المواد - 15mm سميكة معدنية:

  في هذه الحالة ، يتم اختيار القطع بالليزر CO2 كخيار أرخص إذا كان المعدن المعني صلبًا. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام القطع الليزري التجاري في تشكيل سبائك الألومنيوم أو النحاس عند هذا السمك ، ويكون البديل المعتاد هو قطع المواد النفاثة بالمياه.

  3. المواد - التيتانيوم 5mm:

  يتم استخدام القطع بالليزر CO2 في هذه الحالة إذا كانت المنطقة المتأثرة بالحرارة على طول حافة القطع غير مهمة للمنتج النهائي.

  في التطبيقات الحيوية للحياة ، تكون المنطقة المتأثرة بالحرارة مشكلة ، ومن ثم يمكن استخدام الآلات الميكانيكية أو نفاثات الماء الكاشطة أو آلات التفريغ الكهربائي.

  4. المواد - 10mm بوليمر:

  في هذه الحالة ، يتم استخدام القطع بالليزر CO2 ما لم يبرر عدد المكونات المستخدمة في استخدام تقنيات قولبة الحقن.

حالة الفن

  إن أحدث ما توصل إليه هذا الموضوع في مواضيع متنوعة مثل القطع بالليزر ليس موضوعًا واحدًا. قد يكون أداء الماكينة المخصصة لتطبيق واحد مختلفًا تمامًا عن تركيب نوع ورشة العمل الأكثر تنوعًا.

  لهذا السبب ، تتم مناقشة حالة التقنية على أفضل وجه تحت عدد من العناوين:

  ورشة عمل قطع الليزر

  منذ بداية عملية القطع بالليزر كعملية صناعية في أوائل السبعينيات من القرن العشرين ، زادت شركات تصنيع الماكينات من طاقة الليزر. لقد كانت الطاقة المستخدمة في القطع متخلفة دائمًا عن القوى القصوى المتاحة نظرًا لأن القطع بالليزر يتطلب حزمة عالية الجودة ، والتي يمكن تركيزها إلى بقعة صغيرة ذات كثافة طاقة متناظرة محوريًا (وهذا التناظر ضروري إذا كان الشعاع سيقطع بشكل جيد في كل الاتجاهات).

  آلات التقطيع الحديثة (2004) غالباً ما تستخدم القوى بين 3.5kW و 5.5kW القادرة على معدلات إنتاج عالية جداً. هناك معلمتان مهمتان من وجهة نظر متجر الوظائف هما السماكة القصوى لمادة معينة يمكن قطعها وسرعات القطع المتاحة. يعطي الجدول 1 الحد الأقصى للسمك التقريبي ، والذي يمكن قطعه بمقدار 4 و 5 كيلو واط بواسطة ليزر CO2.

الجدول 1. الحد الأقصى لسمك المواد التقريبية لأجهزة ليزر CO2.

  سرعات القطع

  موضوع سرعات القطع مفتوح للكثير من التفسير وحرص الناس على نشر الكثير من المعلومات المضللة خلال العقود الثلاثة الماضية. في السنوات الأخيرة ، حققت الشركة المصنعة للجهاز نقطتين مهمتين ؛

  1. ليس فقط أقصى سرعة قطع خطية مهمة ؛ إنه وقت الدورة للمكون.

  2. من الأفضل في كثير من الأحيان إيقاف قوة آلة multikilowatt لقطع مواد القسم الأكثر نحافة. (لذلك فإن الماكينة 4 kW قد تقلل من قوتها إلى 2kW تلقائيًا لتقطيع الفولاذ الطري 2 مم).

  من أجل زيادة الإنتاج ، ركزت المصنوعات الآلية مؤخراً على تسريع الماكينات وسرعات الحركة بين القطع. جعلت التحسينات في هذه المجالات والموضوعات ذات الصلة مثل أوقات الاختراق ومعدلات سحب الرأس سرعة القطع بالليزر فقط مكونًا صغيرًا في حساب معقد لتقدير أوقات دورة المكونات. في الوقت الحاضر ، الطريقة الوحيدة الوحيدة لمقارنة أداء الجهازين هي إجراء تجارب على مكونات فعلية. ومع ذلك ، يقدم الجدول 2 بعض سرعات القطع النموذجية.

  الجدول 2. سرعات القطع بالليزر النموذجية للخطوط المستقيمة التي يبلغ طولها عدة مئات من المليمترات بقوة تصل إلى 5kW تقريبًا. (متوسط ​​الأرقام المحسوبة من تلك التي قدمها Bystronic و Trumpf)

  التطبيقات المتخصصة

  لن تكتمل أية نظرة عامة على أحدث التقنيات دون إلقاء نظرة على بعض التطبيقات المتخصصة. اثنين من هذه التطبيقات هي تطوير قطع شريحة عالية السرعة وقسم سميك وضعت في معهد Fraunhofer F! r Lasertechnik في آخن ، ألمانيا. من خلال التحكم الدقيق في معايير التشغيل ، قامت فرق آخن بتقطيع الفولاذ غير القابل للصدأ بسمك يزيد عن 40 مم. إن تطوير آلة القطع بالليزر للفولاذ ذي القسم الرفيع هو أكثر إثارة للاهتمام لأنه يشتمل على نوع غير عادي من تفاعل مادة الليزر في القطع منطقة. وقد ذكر في وقت سابق أن التبخر عادة ما يتم تجنبه عند تقطيع المعادن لأنه يستهلك الكثير من الطاقة. ومع ذلك ، عند قطع أجزاء رقيقة بسرعة عالية ، يمكن أن تساعد العملية التبخرية في عملية القطع عن طريق تطبيق ضغط موضعي في منطقة القطع مما يساعد على إخراج المصهور. من خلال توظيف هذا المبدأ ، تمكن فريق آخن من تحقيق سرعات قطع تزيد على 145 متر / دقيقة لسمك صفائح من الصلب يبلغ 0.23 ملم [2].

  أحد مجالات التقدم الأخيرة ، التي أصبحت شائعة جدا في السنتين أو الثلاث سنوات الماضية ، هو تطوير آلات قطع أنبوب الليزر. الآلات متوفرة الآن والتي يمكن أن تعالج أنبوبًا تقريبًا من أي مقطع عرضي ، بأقطار تصل إلى بضع مئات من المليمترات. وقد شجع ظهور هذه الآلات مواقف جديدة للتصميم. بدلاً من صنع ، على سبيل المثال ، ساقين داعمين وقطعة متقاطعة من ثلاث قطع ، يمكن أن يتم قطع كامل التجميع بالليزر من طول أنبوب واحد وببساطة تنحني إلى الشكل قبل اللحام - انظر الشكل 3.

الشكل (3). لمحة مصممة خصيصا لإنتاج المنحنيات المنحنية

  أيضا ، يمكن استخدام لوالب النجارة ومفاصل من النوع الأخدود للمساعدة في اللحام النهائي أو التصنيع ، انظر الشكل 4.

  الشكل 4. تصميم لقطع الليزر يمكن أن ينطوي على استخدام اللسان نوع الأخشاب والحنجرة الأخدود. (عينة مجاملة من BLM: Adige)

  مجال آخر من الاهتمام الأخير هو نمو الليزرالآلات الدقيقة. هذا المجال من التطبيق أصبحشعبية متزايدة في الإلكترونيات والطبية الحيويةمجالات. عادة ما تحتاج أشعة الليزر إلى أن تكون أصغربقع مركزة أكثر من الممكن باستخدام CO2 الأشعة تحت الحمراء ومعيار الثانية: ليزر YAG. لهذا السبب ، أشعة الليزر ذلكتوليد مرئية أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية المستخدمة وعملية القطع هي واحدة من التبخر أو الاجتثاث بدلا من ذلكمن نوع التنميط الشكل 3.

استنتاج

  منذ بداياته في أوائل 1970s ليزر القطع لديهاتتوسع باستمرار لملء سوق يتزايد باستمرارشارك. فعالية تكلفة العملية بشكل واضحواضح في نطاق واسع من التطبيق. فمن الواضح أنالتحسينات الإضافية في كل من البرامج والأجهزةسيضمن استمرار نجاح العملية.

شكر وتقدير

  يود المؤلفون أن يشكروا القطع بالليزرمصنعي الآلات بيسترونيك ، Trumpf وBLM: Adige لمساعدتهم في إنتاج هذه الورقة.كما شكر لورا آدامز لإعداد هذه الوثيقة.