مقالات

برشکاری با لیزر

برشکاری با لیزر

امروزه از لیزر در زمینه های گوناگونی از قبیل پزشکی ، صنعت ، مدار های کامپیوتر ، ارتباطات ، اندازه گیری ها در زمینه های مختلف و … استفاده می شود .

برش با استفاده از لیزر از روش های نوین برشکاری است که در دهه های اخیر مورد توجه صنعت قرارگرفته است وامروزه به خاطر داشتن ویژگی هایی از قبیل کیفیت، سرعت و قابلیت کنترل به طور وسیعی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامۀ مطلب ابتدا مختصراً به تاریخچه لیزر و کاربرد های آن پرداخته ، سپس راجع به روش های مختلف برشکاری با دستگاه های CNC و مقایسه آن ها بحث  می شود و پس از آن نیز به تشریح چگونگی فرآیند برشکاری با لیزر و نمونه هایی از برشکاری لیزری  بر روی مواد مختلف می پردازیم.

آشنایی با لیزر

کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation   گرفته شده است، که به معنای « تقویت نور به وسیله گسیل القایی تابش » می باشد.
 پیدایش  لیزر  به آلبرت انیشتین در سال 1916 میلادی  همزمان با نظریۀ « نشر برانگیخته » برمی گردد

اساس کار لیزر به این صورت است که با تابش یک فوتون به یک ذرۀ برانگیخته ( اتم، مولکول یا یون ) یک فوتون دیگر نیز آزاد می شود که این دو فوتون با هم، « هم فرکانس » هستند. با ادامۀ این روند، شمار فوتون ها افزایش می یابد که می توانند باریکه ای از فوتون ها را به وجود آورند.

ویژگی های لیزر عبارتند از:

 – همدوسی

 – تک رنگی

 – واگرایی کم

 – موازی بودن پرتوها

لیزرها را براساس مواد لیزر به كارگرفته شده در آن ها به چند دسته تقسیم بندی می كنند كه برخی از آن ها عبارتند از :

۱. لیزرهای جامد

   – کاربردی‌ترین لیــزر حالت جامد که برای پردازش و ماشین کــاری مواد به کار می‌رود، لیزر یاگ (YAG) که از بلور Y3Al5O12 سنگ آلومینیوم ایتریم که به آن 0/1 تا 1 درصــد یون نئودیمیم (Nd3+) اضافه شده است، ساخته می‌شود.

۲. لیزرهای گازی

   – برخی از انواع آن عبارتند از:  نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم-نئون)، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم، آرگون، کریپتون، هگزا فلورئید و …

۳. لیزرهای مایع


در سال 1959 دانشمندی به نام « تئودور میمن » برای  نخستین بار لیزر یاقوت را ساخت و پس از دو سال ، لیزر گازی  هلیم نئون توسط دکتر « علی جوان » ابداع شد.

امروزه لیزر کاربرد های فراوانی دارد ؛ از میان دستگاه هایی که به کمک لیزر کار می کنند می توان به دستگاهCD خوان کامپیوتر ها ، اشعه ای که برای خواندن « بارکد » اجناس و نام محصولات در فروشگاه ها به کار می رود و حتی برای تعیین میزان وزن هسته ی یک سلول نیز می توان از لیزر استفاده کرد. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن شود و اعمال جراحی را نیز انجام دهد.

برخی علوم که لیزر در آن ها کاربرد دارد :

فیزیک و شیمی

زیست شناسی و پزشکی

جوشکاری و برش لیزری

همجوشی هسته ای

ارتباطات نوری

فرآوری اطلاعات نوری و ضبط آن ها

ساختار ترانزیستور و مدار مجتمع

فرآوری مواد

اندازه گیری، سنتز مواد و …

برشکاری

فرآیند برش مواد قبلاً به صورت دستی و با روش های سنتی انجام می گرفت؛ اما امروزه با ظهور دستگاه های CNC ، می توان این کار را با سرعت و دقت بیشتری انجام داد. دستگاه های CNC خود به دستگاه های مختلفی تقسیم می شوند که روش برش  هر کدام با دیگری متفاوت است.

انواع مختلف برش CNC به شرح زیر است:
1. برش با لیزر
2. برش پلاسما
3. واترجت ( با فشار آب )
4. هوا برش
5. برش با فرز های CNC
6. برش با تیغه
7. برش با قالب 
در میان تمام این روش ها ، برش با لیزر از همه معروف تر است.

مقایسۀ برش با لیزر ، برش پلاسما و واترجت

برش با لیزر

این روش مخصوص برش فلزات و برخی نافلزات (مانند چوب، پلکسی گلاس، برخی مواد پلاستیکی و لاستیکی و …) می باشد. از  برش لیزریِ  فلزات  زمانی  استفاده می شود که بخواهیم فلزاتی با ضخامت کم (معمولاً کمتر از 8 میلیمتر) را برش بزنیم و همچنین زمانی که تلرانس مورد نظر پایین باشد (به عبارتی دقت برش بالا باشد) البته دستگاه های لیزری وجود دارند که توانایی برش فولاد تا چند سانتی متر را هم دارند، اما به دلیل هزینۀ زیاد و مصرف برق بالا ، استفاده از آن ها مرسوم نیست.

برش پلاسما

این روش فقط مخصوص برش فلزات است و معمولاً برای برش قطعات فلزی با ضخامت کم ( تا 2 اینچ ) به کار برده می شود.

برش پلاسما

واترجت (جت آب)

واترجت دستگاهی است که بااستفاده از فشار بسیار بالای آب ، برای برش انواع فلزات ( حتی فلزاتی مانند تیتانیم و سوپر آلیاژها )، سنگ، سرامیک، شیشه، چوب و… به کار برده می شود. در واترجت، آب از نازلی با قطر خیلی کوچک، با سرعتی حدود 900متر در ثانیه مواد را برش می دهد. واترجت ها می توانند ضخامت های بیشتری را نسبت به لیزر و پلاسما برش دهند. واترجت هایی با پمپ های قوی، امکان برش تا 30 سانتی متر را نیز دارند.

انواع لیزر مورد استفاده در صنعت

لیزر انواع مختلفی دارد از قبیل: لیزرگازی، لیزر جامد، لیزر شیمیایی، لیزر رادیواکتیو، فیبری و … اما در صنعت تنها از دو نوع آن یعنی گازی و جامد استفاده می شود. لیزر های صنعتی جامد و گازی نیز هر کدام به انواع مختلفی تقسیم می شوند؛ مثلاً در میان انواع لیزرهای صنعتی گازی، لیزر CO2 بیشترین کاربرد را دارد و از آن برای برش و حکاکی اغلب مواد غیر فلزی مانند چوب، پلکسی گلاس، شیشه، چرم، مواد پلاستیکی و برخی مواد لاستیکی استفاده می شود و محبوب ترین لیزر در صنعت است. لیزر جامد نیز بیشتر لیزر یاگ (YAG) است که برای حکاکی و برش فلزات از آن استفاده می شود.

تشریح چگونگی فرآیند برشکاری لیزری

برش لیزری توسط استعمال اشعۀ لیزر از یک خروجی قوی لیزر، روی اجسامی که قرار است بریده شوند، انجام می شود. در روند معمولی اشعه ای که دستگاه برش لیزری استفاده می کند، حدود یک تا دو هزار وات انرژی دارد که با چنین قدرتی می تواند جسم مورد نظر را ذوب کند و برش دهد .دستگاه برش لیزری این تکنولوژی را با استفاده از نرم افزار CAM/CAD ( CAM به معنای طراحی با کامپیوتر و CAD به معنای عملیات با کمک کامپیوتر است ) انجام داده و فایل را برش می دهد .

در حین برشکاری، پرتو لیزر توسط یک عدسی بر روی قطعۀ کار متمرکز می شود ، به طوری که در زمانی نزدیک به یک هزارم ثانیه، درجۀ حرارتی بیش از 4000 درجۀ سانتی گراد بر روی قطعۀ کار ( فلز) ایجاد می کند؛ در نتیجه، فلز مورد نظر در باریکه ای به قطر 0/1 میلی متر، بریده می شود.اینک با حرکت دادن دو آینه که نقش هدایت پرتو لیزر بر روی عدسی را دارند، این امکان فراهم می شود که پرتو لیزر در جهت x و y حرکت نموده و به راحتی هر شکلی را که مایل باشیم، بر روی قطعۀ کار، ایجاد نماییم.

قسمتی از جسم مورد نظر که بریده می شود، یا آب شده، یا می سوزد و یا تصعید می شود و توسط فشار گاز، از روی جسم، پاک می شود و سرانجام قطعه مورد نظر با کیفیت خیلی عالی بریده می شود.

مزایـا و معـایب برشکاری با لیزر

مزایا

مهم ترین مزیت این روش، نسبت به دیگر روش ها، دقت این نوع برش است. این روش با دقتی از مرحله دهم میلیمتر تا حتی گاهی، صدم میلیمتر، می تواند فلزات گوناگون را برش دهد.
(البته دقت برش بر حسب ضخامت قطعه متفاوت است.)
– برش لیزری یکی از سریع ترین روش های برش به شمار می رود.
– برخلاف سایر فرآیندها که در آن ها لبه گرد است، در برشکاری با لیزر، لبه می تواند مربعی باشد.
– کمترین خسارت حرارتی به قطعه کار وارد می شود.
– قطعات بعد از برش لیزر نیاز به ماشین کاری ندارند.
– در روش برش لیزر هیچ گونه سوختگی بر روی سطح کار مشاهده نمی شود.
– آلودگی صوتی با برش لیزری بسیار اندک است.
– به دلیل اینکه فرآیند برش لیزری، یک فرآیند بدون تماس است، سایش ابزار  به صفر می رسد.

در برش لیزری از آنجا که اشعه به صورت کانونی می تابد، قطعات، قبل و بعد از برش تغییر دمای نامحسوس دارند در نتیجه خواص مکانیکی و فیزیکی مادۀ مورد استفاده ، حفظ می گردد.
– در تکنولوژی برش لیزر فلزات ، طرح های پیچیده و نقشه های دو بعدی و هر نقشه طراحی شده توسط ابزاری مثل اتوکد به  راحتی قابل پیاده سازی است.

معایب

دستگاه های برش لیزریِ فلزات، نسبتاً گران قیمت هستند و در مواردی که برش  با  سایر روش ها (مثلاً هوا برش) امکان پذیر باشد ، برش با  لیزر، صرفۀ اقتصادی ندارد.
 – اغلب دستگاه های برش فلزی ، راندمان  پایینی  دارند و به همین  خاطر  انرژی زیادی مصرف کرده و نیاز به برق سه فاز صنعتی دارند. بنابراین هزینه مصرف انرژی این دستگاه ها بالاست.

بـرش لیزری در چـه صنایعی کاربرد دارد؟

روش برش لیزری در صنایع مختلفی از جمله صنایع نظامی ، کشتی سازی ، صنایع هوایی ، صنایع ساختمانی ، آسانسور سازی ، درب و پنجره سازی ، لوستر سازی و روشنایی ، برق و الکترونیک و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد دارد.همچنین در ساخت قطعات و ابزار آلات صنعتی و ساخت حروف، انواع پلاک ها، تابلو سازی و… کاربرد دارد.به دلیل دقت و ظرافت در مدل سازی و ماکت سازی و نیز در صنایع ساختمانی، تزئینات داخلی و دکوراسیون کاربرد دارد.

نمونه هایی از برشکاری لیزری بر روی مواد مختلف

برش لیزری پلکسی گلاس

پلکسی گلاس ماده ایست که ظاهری مانند شیشه صاف و براق دارد اما استحکام آن تا 5 برابر شیشه نیز می رسد. این ماده به خاطر زیبایی، مقاومت، سبکی و شفافیت، در سال های اخیر، در زمینه های مختلف، کاربرد های متنوعی پیدا کرده است و یکی از موادی است که دستگاه برش لیزری، به خوبی می تواند آن را برش دهد.

برش لیزری لاستیک و تولید انواع واشر 

نیاز به برش لاستیک ، در صنایع  مختلفی  وجود  دارد . در روش های سنتی برش لاستیک ، از قالب های فلزی استفاده می شود  که طراحی و ساخت این قالب ها تا حدودی زمان بر ، و از طرفی مستلزم بالا بودن تیراژ محصول است. با استفاده از دستگاه های برش لیزری می توان به سرعت، طرح اولیه را به محصول برش خورده تبدیل نمود.

برش لیزری مقوا و کاغذ

برشکاری کاغذ و مقوا با روشهای سنتی
اگر با قیچی این کار را انجام دهیم، اولاً سرعت کار، پایین خواهد بود، ثانیاً هرگز نمی توان کاغذ و مقوا را به این ظرافت برش داد.اگر با قالب این کار را انجام دهیم، اولاً ساخت قالب، زمان بر خواهد بود، ثانیاً هزینه ساخت قالب برای برش تعداد اندکی ورقۀ کاغذ، مقرون به صرفه نیست.  
برشکاری کاغذ و مقوا با لیزر

دستگاه‌های لیزر توانایی برش هر گونه كاغذ و مقوا را با ظرافت بالا دارد و ضمنا به خاطر سهولت تبدیل طرح برش به محصول برش خورده امكان تولید تعداد معدودی محصول با قیمت مناسب نیز وجود دارد.

برش لیزری چرم و پارچه

مزایای برش چرم و پارچه با استفاده از لیزر :
– امكان برش طرح های بسیار پیچیده
– سرعت و سادگی تبدیل طرح اولیه برش به محصول نهایی
– سرعت بالای برش به خاطر امكان برش هم زمان چندین لایه چرم و پارچه
– عدم نیاز به الگو و قالب ثابت برای برش چرم
– لبه های برش خورده صاف و بدون زدگی
– امكان برش با ظرافت و دقت بالا

برش لیزری چوب

گاهی اوقات به خصوص در حوزه های كاری  هنری  نیاز  به  برش  دقیق  و پیچیده چوب است ؛ كه چنین كاری با ابزارهای سنتی و متعارف مقدور نیست. در این گونه موارد می‌توان از لیزر برای برش استفاده نمود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Privacy Settings
We use cookies to enhance your experience while using our website. If you are using our Services via a browser you can restrict, block or remove cookies through your web browser settings. We also use content and scripts from third parties that may use tracking technologies. You can selectively provide your consent below to allow such third party embeds. For complete information about the cookies we use, data we collect and how we process them, please check our Privacy Policy
Youtube
Consent to display content from Youtube
Vimeo
Consent to display content from Vimeo
Google Maps
Consent to display content from Google
Spotify
Consent to display content from Spotify
Sound Cloud
Consent to display content from Sound