المبادئ الأساسية لآلة القطع بالليزر

آلة القطع بالليزر

يعد القطع بالليزر طريقة شائعة ومتعددة الاستخدامات تستخدم في مختلف الصناعات لقطع المواد بدقة.إنها تنطوي على استخدام شعاع ليزر مركّز لقطع المواد بدقة وسرعة عالية.تستخدم آلات القطع بالليزر مبادئ البصريات والديناميكا الحرارية وعلوم المواد لتحقيق عمليات قطع دقيقة وفعالة.في هذه المقالة سوف نستكشف المبادئ الأساسية لآلات القطع بالليزر بالتفصيل.

1. أساسيات الليزر:

الليزر (تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز) هو جهاز ينتج شعاعًا مركزًا من الضوء المتماسك.وهو يتألف من ثلاثة مكونات رئيسية: وسط نشط، ومصدر للطاقة، ومرنان بصري.الوسط النشط، والذي يمكن أن يكون صلبًا أو سائلًا أو غازيًا، يصدر فوتونات عند تنشيطه بمصدر الطاقة.يعكس المرنان البصري الفوتونات ذهابًا وإيابًا عبر الوسط النشط، مما يؤدي إلى تضخيم موجات الضوء ومحاذاتها.وتؤدي هذه العملية إلى تكوين شعاع ليزر قوي ومتماسك.

2. أنواع الليزر:

هناك عدة أنواع من الليزر المستخدم في ماكينات القطع بالليزر، منها ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر Nd:YAG، وليزر الألياف.يعد ليزر ثاني أكسيد الكربون هو النوع الأكثر شيوعًا ويستخدم مزيجًا من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيليوم كوسيط نشط.يستخدم ليزر Nd:YAG بلورات الحالة الصلبة، مثل عقيق ألومنيوم الإيتريوم المغطى بالنيوديميوم، كوسيط نشط.من ناحية أخرى، تستخدم ألياف الليزر أليافًا ضوئية مشبعة بعناصر أرضية نادرة كوسيط نشط.يتمتع كل نوع من أنواع الليزر بخصائصه الفريدة وهو مناسب لتطبيقات قطع محددة.

3. عملية القطع بالليزر:

تتضمن عملية القطع بالليزر عدة خطوات.أولاً، يتم توليد شعاع الليزر بواسطة مصدر الليزر ويتم توجيهه عبر سلسلة من المرايا والعدسات إلى رأس القطع.يحتوي رأس القطع على بصريات مركزة تعمل على تركيز شعاع الليزر في حجم نقطة صغيرة.يتم بعد ذلك توجيه شعاع الليزر المركز إلى المادة المراد قطعها.

4. التفاعل المادي:

عندما يتفاعل شعاع الليزر مع المادة، تحدث عدة عمليات.تعمل الحرارة الشديدة الناتجة عن شعاع الليزر على رفع درجة حرارة المادة بسرعة، مما يؤدي إلى ذوبانها أو تبخرها أو الخضوع لتفاعل كيميائي.يعتمد التفاعل المحدد على خصائص المادة، مثل معامل الامتصاص ونقطة الانصهار، بالإضافة إلى معلمات الليزر، مثل كثافة الطاقة ومدة النبض.

5. الذوبان والتبخير:

بالنسبة للمواد ذات نقاط الانصهار المنخفضة، مثل البلاستيك، يمكن لشعاع الليزر إذابة المادة أثناء قطعها.يتم بعد ذلك نفخ المادة المنصهرة بواسطة نفث الغاز، مما يؤدي إلى إنشاء شق (عرض القطع).في حالة المواد ذات نقاط الانصهار الأعلى، مثل المعادن، يبخر شعاع الليزر المادة مباشرة، مما يؤدي إلى قطع ضيق ودقيق.

6. مساعدة الغاز:

يتم استخدام مساعدة الغاز بشكل شائع في القطع بالليزر لتعزيز عملية القطع.يتم نفخ غاز، مثل الأكسجين أو النيتروجين، من خلال فوهة رأس القطع على سطح المادة.يساعد الغاز على إزالة المواد المنصهرة أو المتبخرة من منطقة القطع، ويبرد المادة، ويمنع حدوث نتوءات أو خبث.يعتمد اختيار الغاز على المادة التي يتم قطعها وجودة القطع المطلوبة.

7. عرض الشق والتفتق:

يتم تحديد عرض الشق، أو عرض القطع، من خلال عدة عوامل، بما في ذلك قوة الليزر، وحجم النقطة البؤرية، وسمك المادة، وسرعة القطع.يمكن التحكم في عرض الشق عن طريق ضبط هذه المعلمات لتحقيق دقة القطع المطلوبة.بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي القطع بالليزر إلى ظاهرة تسمى الاستدقاق، حيث يكون للقطع شكل مخروطي طفيف.تعتمد الزاوية المستدقة على خصائص المواد ومعلمات الليزر ويمكن تقليلها عن طريق تحسين ظروف القطع.