برش لیزری چیست؟

چکیده

برش لیزری یکی از پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری بدون تماس مبتنی بر انرژی حرارتی است که تقریباً برای طیف وسیعی از مواد قابل استفاده است. کیفیت لبه های برش و هزینه عملیاتی تحت تأثیر توان لیزر، سرعت برش، فشار گاز کمکی، قطر نازل و موقعیت نقطه فوکوس و همچنین مواد قطعه کار است.

برای اینکه لیزر یک پرتو نور تولید کند، اتم های نیتروژن باید با آزاد کردن انرژی به شکل فوتون حالت برانگیخته خود را از دست بدهند. این زمانی اتفاق می‌افتد که اتم‌های نیتروژن برانگیخته با اتم‌های بسیار سرد هلیوم تماس پیدا می‌کنند، که باعث می‌شود نیتروژن نور آزاد کند. نور تولید شده در مقایسه با نور معمولی بسیار قدرتمند است زیرا لوله گازها توسط آینه هایی احاطه شده است که بیشتر قسمت نوری را که از طریق لوله عبور می کند منعکس می کند. این انعکاس نور باعث می‌شود که امواج نوری که توسط نیتروژن تولید می‌شوند شدت پیدا کنند. نور با عبور از لوله به جلو و عقب افزایش می‌یابد، و تنها پس از روشن شدن به اندازه کافی برای عبور از آینه نیمه بازتابنده بیرون می‌آید.

مقدمه

لیزر که مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of radiation است، یک دستگاه الکتریکی-اپتیکی است که تشعشع منسجمی تولید می کند. به زبان ساده، لیزر وسیله ای است که یک پرتو باریک و شدید از نور منسجم را ایجاد و تقویت می کند. امروزه لیزر به طور گسترده در صنعت امروزی کاربرد دارد. لیزرها به طور گسترده در صنعت برای برش و سوراخ کردن فلزات و سایر مواد، در پزشکی برای جراحی، و در ارتباطات، تحقیقات علمی و هولوگرافی استفاده می شود.

آنها بخشی جدایی ناپذیر از دستگاه های آشنا مانند اسکنر بارکد مورد استفاده در سوپرمارکت ها، اسکنرها، چاپگرهای لیزری و پخش کننده های دیسک فشرده هستند. یکی از سیستم های لیزری که در صنعت لیزر تجاری تسلط دارد، سیستم های لیزر CO2 است. در کاربردهای مختلف برش و علامت گذاری نقاط قوت خاص خود را دارد.

 برش لیزری

برش لیزری فرآیندی است که از یک لیزر پرقدرت برای برش و حکاکی موادی مانند فلز، پلاستیک، چوب و شیشه استفاده می‌کند. این فرآیند بسیار دقیق است و می تواند اشکال و الگوهای پیچیده ای ایجاد کند. این روش در طیف وسیعی از صنایع، از خودروسازی گرفته تا جواهرسازی استفاده می شود. این دستگاه به دلیل سرعت و دقت آن محبوب است و می توان از آن برای ایجاد اشکال و طرح های پیچیده استفاده کرد که دستیابی به آنها با روش های سنتی برش دشوار است. فرآیند برش لیزر با پرتو لیزری که بر روی مواد متمرکز می شود آغاز می شود. پرتو در یک الگوی تعیین شده توسط یک برنامه طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) در سراسر مواد حرکت می کند. همانطور که پرتو حرکت می کند، مواد را ذوب می کند، می سوزاند یا بخار می کند و یک برش یا حکاکی دقیق ایجاد می کند. پرتو لیزر معمولاً توسط یک لیزر صنعتی تولید می شود که با برق یا گاز تغذیه می شود.

برش لیزری مزایای متعددی نسبت به روش های برش سنتی دارد. این روش بسیار سریع‌تر و دقیق‌تر از روش‌های دیگر است و می‌تواند طرح‌های پیچیده‌ای را با درجه بالایی از جزئیات ایجاد کند. برش لیزری همچنین لبه ای تمیز و صاف را ایجاد می کند که عاری از خراش یا لکه های زبر است. علاوه بر این، از برش لیزری می توان برای ایجاد اشکال پیچیده استفاده کرد که دستیابی به آنها با روش های سنتی دشوار است.

ولی با وجود مزایایی که دارد معایبی نیز دارد. این فرآیند گران است و به تجهیزات تخصصی نیاز دارد و آن را برای بسیاری از علاقه‌مندان و مشاغل کوچک دور از دسترس می‌کند. علاوه بر این، برش لیزر دود و گرد و غبار خطرناک تولید می کند، بنابراین باید در یک منطقه تهویه مناسب انجام شود. در نهایت، این روش به مواد خاصی محدود می شود، بنابراین ممکن است برای پروژه های خاص مناسب نباشد. به طور کلی، برش لیزری یک فرآیند بسیار دقیق است که در طیف گسترده ای از صنایع استفاده می شود. این دستگاه می تواند اشکال و طرح های پیچیده ای تولید کند که دستیابی به آنها با روش های سنتی دشوار است و سرعت آن نسبت به سایر روش های برش بسیار بیشتر است. با این حال، گران است و دود خطرناکی تولید می کند، بنابراین باید در یک منطقه با تهویه مناسب انجام شود.

روش کار دستگاه برش لیزر

این فرآیند به این صورت است که یک پرتو لیزر متمرکز و دقیق از موادی که به دنبال برش آن هستید عبور می کند و یک پوشش دقیق و صاف را ارائه می دهد. در ابتدا از لیزر برای سوراخ کردن مواد با سوراخی در لبه استفاده می شود و سپس پرتو از آنجا ادامه می یابد. لیزر مورد استفاده اساساً موادی را که از بین می رود ذوب می کند، بنابراین بیشتر شبیه ذوب شدن است تا برش. این بدان معناست که به راحتی می تواند مواد سبک مانند پارچه را تا فلزات و سنگ های قیمتی سخت تر مانند الماس را برش دهد.

می‌توانید از پرتو لیزر پالسی یا امواج پیوسته استفاده کنید، که اولی در فواصل کوتاه ارسال می‌شود در حالی که دومی به طور مداوم کار می‌کند. می توانید شدت، طول و گرمای خروجی پرتو را بسته به ماده ای که با آن کار می کنید کنترل کنید و همچنین از یک آینه یا لنز مخصوص برای تمرکز بیشتر پرتو لیزر استفاده می کند. این فرآیند بسیار دقیق است. و سطح بالایی از کنترل به شما ارائه می شود. هنگام استفاده از این فرآیند، می توان شکاف هایی با عرض کوچک به اندازه 0.1 میلی متر ایجاد کرد.

 سیستم های لیزر CO2

لیزر CO2 نوعی لیزر گازی است. در این دستگاه الکتریسیته از طریق لوله پر از گاز عبور می کند و نور تولید می کند. انتهای لوله آینه است. یکی از آنها کاملاً بازتابنده است و دیگری که مقداری نور از آن عبور می کند. مخلوط گاز به طور کلی از دی اکسید کربن، نیتروژن، هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. نور تولید شده توسط لیزرهای CO2 نامرئی است و در محدوده مادون قرمز دور طیف نور قرار می گیرد.

هنگامی که توسط جریان الکتریکی تحریک می شود، مولکول های نیتروژن در مخلوط گاز برانگیخته می شوند، به این معنی که انرژی دریافت می کنند. نیتروژن به این دلیل استفاده می شود که می تواند این حالت برانگیخته را برای مدت طولانی بدون تخلیه انرژی به شکل فوتون یا نور حفظ کند. ارتعاشات پرانرژی نیتروژن به نوبه خود مولکول های دی اکسید کربن را تحریک می کند. در این مرحله، لیزر به حالتی به نام وارونگی جمعیت دست می یابد، نقطه ای که در آن سیستم هیجان بیشتری دارد.

نمودار سطح انرژی لیزر CO2

نور CO2 به اندازه کافی قدرتمند است که بتواند بسیاری از مواد از جمله پارچه، چوب و کاغذ را برش دهد. قوی ترین لیزرهای CO2 برای ماشینکاری فولاد و سایر فلزات استفاده می شود. اگرچه پرقدرت ترین لیزرهای CO2 بیش از 1000 وات کار می کنند، لیزرهایی که برای ماشین کاری استفاده می شوند معمولاً بین 25 تا 100 وات هستند. در مقایسه، نشانگرهای لیزری چند هزارم وات هستند. از آنجایی که در مادون قرمز قرار دارد، دارای طول موج بسیار طولانی، حدود 10.6 میکرومتر است. این نور بسیار طولانی تر از نور مرئی است که بین 450 تا 700 نانومتر است. همانطور که لیزرهای پیوسته پیش می روند، نوع CO2 قوی ترین در تولید است.

 انواع روش برش لیزری:

• تبخير – ماده عمدتاً با تبخیر به دلیل شدت بالای تابش لیزر در ناحیه برش برداشته می شود.
• ذوب – مواد توسط یک پرتو لیزر در ناحیه برش ذوب شده و توسط یک گاز کمکی دور می شوند. عمدتاً مواد فلزی با استفاده از این فرآیند برش داده می شوند.
• سوختن- یک پرتو لیزر ماده را تا دمای اشتعال خود گرم می کند، بنابراین می تواند در یک واکنش گرمازا با گاز واکنش پذیر (به عنوان مثال، اکسیژن) بسوزد و سرباره توسط یک گاز کمکی از ناحیه برش خارج می شود. فولادهای تیتانیوم، کم کربن و مقاوم در برابر خوردگی را می توان از این طریق برش داد.