التصنيف الأساسي وخصائص القطع بالليزر

1. مبدأ وتصنيف القطع بالليزر

● مبدأ القطع بالليزر

ال القطع بالليزر يستخدم شعاعًا مركّزًا عالي الكثافة للطاقة للعمل، بحيث يتم إذابة المادة المشععة أو تبخيرها أو استئصالها أو إشعالها بسرعة، ويتم تفجير المادة المنصهرة بواسطة تدفق هواء عالي السرعة متحد مع الشعاع، وبالتالي قطع الشغل.

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.

بالنسبة للمواد ذات نقاط الانصهار المنخفضة، مثل البلاستيك، يمكن لشعاع الليزر أن يذيب المادة أثناء قطعها.يتم بعد ذلك نفخ المادة المنصهرة بعيدًا 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.

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.

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.

●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.

● تصنيف القطع بالليزر

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.

1) ليزر ثاني أكسيد الكربون

يُستخدم بشكل شائع لقطع المواد غير المعدنية مثل الخشب والبلاستيك والزجاج والمنسوجات. ويمكنه أيضًا قطع المعادن مثل الفولاذ الطري والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم بالإعداد الصحيح.

2) قطع التبخير بالليزر

يتم تسخين قطعة العمل بواسطة شعاع ليزر عالي الكثافة للطاقة، وترتفع درجة الحرارة بسرعة، ويتم الوصول إلى نقطة غليان المادة في وقت قصير جدًا، وتبدأ المادة في التبخر لتكوين بخار.يتم قذف هذه الأبخرة بسرعة عالية، ويتشكل شق في المادة أثناء قذف البخار.تكون حرارة تبخر المادة كبيرة بشكل عام، لذا يلزم وجود طاقة كبيرة وكثافة طاقة كبيرة لقطع التغويز بالليزر.

غالبًا ما يتم استخدام القطع بالتبخير بالليزر لقطع المعادن الرقيقة جدًا والمواد غير المعدنية.

3) قطع ذوبان الليزر

عندما يتم صهر الليزر وقطعه، يتم إذابة المادة المعدنية عن طريق التسخين بالليزر، ومن ثم يتم رش الغاز غير المؤكسد من خلال فوهة متحدة مع شعاع الضوء، ويتم تفريغ المعدن السائل عن طريق الضغط القوي للغاز ليتشكل شق.لا يحتاج الصهر والقطع بالليزر إلى تبخير المعدن بالكامل، والطاقة المطلوبة هي 1/10 فقط من قطع التبخير.

يتم استخدام القطع المصهور بالليزر بشكل أساسي لقطع بعض المواد غير القابلة للأكسدة أو المعادن النشطة.

4) قطع الأكسجين بالليزر

مبدأ قطع الأكسجين بالليزر مشابه لقطع الأوكسي أسيتيلين.يستخدم الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق ويستخدم غازًا نشطًا مثل الأكسجين كغاز قطع.من ناحية، يعمل الغاز المحقون على قطع المعدن ليسبب تفاعل أكسدة لإطلاق كمية كبيرة من حرارة الأكسدة؛ومن ناحية أخرى، يتم نفخ الأكسيد المنصهر والمذاب من منطقة التفاعل لتكوين شق في المعدن.نظرًا لأن تفاعل الأكسدة أثناء عملية القطع يولد كمية كبيرة من الحرارة، فإن الطاقة المطلوبة لقطع الأكسدة بالليزر هي فقط 1/2 من قطع الذوبان، وسرعة القطع أكبر بكثير من قطع التبخير بالليزر وقطع الذوبان.

يستخدم قطع الأكسجين بالليزر بشكل أساسي للصلب الكربوني والفولاذ التيتانيوم والمواد المعدنية المعالجة بالحرارة مثل المعالجة الحرارية.

5) التقطيع بالليزر والتحكم في الكسر

التقطيع بالليزر هو مسح سطح المادة الهشة باستخدام ليزر عالي الكثافة للطاقة، بحيث تتبخر المادة إلى أخدود صغير بالحرارة، ثم يتم تطبيق ضغط معين، ويتم تشقق المادة الهشة عند الأخدود الصغير .عادةً ما تكون أجهزة الليزر المخصصة للكتابة بالليزر عبارة عن ليزر Q-switched وليزر ثاني أكسيد الكربون.

يتم التحكم في الكسر من خلال توزيع حاد لدرجة الحرارة الناتج عن النقش بالليزر، مما يولد إجهادًا حراريًا محليًا في المادة الهشة، مما يتسبب في توقف المادة.

●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.

2. مميزات القطع بالليزر

● الميزة

1) جودة القطع جيدة

يمكن أن يحقق القطع بالليزر جودة قطع أفضل بسبب بقعة الليزر الصغيرة وكثافة الطاقة العالية وسرعة القطع السريعة.

2) كفاءة القطع العالية

نظرًا لخصائص نقل الليزر، فإن آلة القطع بالليزر مجهزة عمومًا بطاولات عمل متعددة للتحكم العددي، ويمكن لعملية القطع بأكملها تحقيق التحكم العددي.عند التشغيل، ما عليك سوى تغيير برنامج NC، ويمكنك تطبيق قطع أشكال مختلفة من الأجزاء، ويمكنك إجراء قطع ثنائي الأبعاد، ويمكنك تحقيق قطع ثلاثي الأبعاد.

3) سرعة القطع السريعة

لا يتطلب القطع بالليزر مواد تثبيت، مما يوفر التركيبات ويوفر الوقت الإضافي للتحميل والتفريغ.

4) قطع عدم الاتصال

لا يوجد أي اتصال بين الشعلة وقطعة العمل أثناء القطع بالليزر، ولا يوجد تآكل للأداة.لتصنيع أجزاء ذات أشكال مختلفة، ليست هناك حاجة لتغيير 'الأداة'، فقط قم بتغيير معلمات إخراج الليزر.تتميز عملية القطع بالليزر بضوضاء منخفضة واهتزاز منخفض وعدم التلوث.

● الحرمان

القطع بالليزر نظرًا لمحدودية طاقة الليزر وحجم المعدات، فإن القطع بالليزر يمكنه فقط قطع الألواح والأنابيب ذات السماكة المتوسطة والصغيرة، وتنخفض سرعة القطع بشكل ملحوظ مع زيادة سمك قطعة العمل.

معدات القطع بالليزر باهظة الثمن ولها استثمار لمرة واحدة.