ما هو القطع بالليزر؟ التعريف والأنواع والميزات والاستخدامات

التعريف

الليزر جاستخدام هي طريقة القطع الحراري التي تستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة مركّز عالي الطاقة لإشعاع المادة المراد قطعها، مما يؤدي إلى تسخين المادة بسرعة والوصول إلى نقطة الاشتعال، ثم الانصهار والاستئصال والتبخير والتبخر والتبخر لتشكيل ثقوب. وبينما يتحرك الشعاع عبر المادة، تنمو الثقوب لتشكل شقوقًا أضيق، وفي الوقت نفسه، يتم تفجير المادة المنصهرة بواسطة غاز عالي الضغط يعمل على إكمال القطع السلس والنظيف.

المبدأ

يستخدم الليزر إثارة المادة لتوليد شعاع. هذا الشعاع له درجة حرارة قوية. عند ملامسة المادة، يمكن أن يذوب بسرعة على سطح المادة لتشكيل ثقب. وفقًا لحركة نقطة التسجيل، يتم تشكيل القطع. بالمقارنة مع طريقة القطع التقليدية، فإن طريقة القطع لديها فجوة أصغر ويمكن أن توفر معظم المواد. ومع ذلك، يتم تحديد التحليل وفقًا لتأثير القطع. المواد التي يتم قطعها وفقًا لليزر لها تأثير قطع مرضٍ ودقة عالية. هذا هو موروث بالإضافة إلى مزايا الليزر، كما أنه لا مثيل له من خلال طرق القطع العادية.

الأنواع

ينقسم القطع بالليزر إلى أربع فئات: القطع بالتبخير، والقطع بالذوبان، والقطع بالأكسجين، والقطع بالأكسجين، والقطع بالليزر، والقطع المتحكم فيه.

1. القطع بالتبخير بالليزر

باستخدام شعاع ليزر عالي الكثافة للطاقة لتسخين قطعة العمل، ترتفع درجة الحرارة بسرعة، وتصل إلى درجة غليان المادة في وقت قصير جدًا، وتبدأ المادة في التبخر لتكوين بخار. تكون سرعة قذف هذه الأبخرة كبيرة جدًا، وفي نفس الوقت الذي يتم فيه قذف الأبخرة يتشكل قطع في المادة. تكون حرارة تبخير المواد كبيرة جدًا بشكل عام، لذلك يتطلب التبخير والقطع بالليزر الكثير من الطاقة وكثافة الطاقة.

يُستخدم القطع بالتبخير في الغالب للمواد المعدنية الرقيقة للغاية والمواد غير المعدنية (مثل الورق والقماش والخشب والبلاستيك والمطاط، إلخ).

2. القطع بالذوبان بالليزر

في القطع بالذوبان، يتم صهر المادة المعدنية عن طريق التسخين بالليزر، ثم يتم رش الغاز غير المؤكسد (Ar، He، N، إلخ) من خلال الفوهة المحورية مع الشعاع، ويتم تفريغ المعدن السائل بواسطة الضغط القوي للغاز لتشكيل القطع. لا يحتاج القطع بالصهر بالليزر إلى تبخير المعدن بالكامل، والطاقة المطلوبة هي 1/10 فقط من القطع بالتبخير.

يُستخدم القطع بالذوبان في الغالب للمواد التي لا تتأكسد بسهولة أو المعادن النشطة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألومنيوم وسبائكها.

3. قطع الأكسجين بالليزر

مبدأ القطع بالأكسجين بالليزر مشابه لقطع الأوكسي أسيتيلين. ويستخدم شعاع الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق وغاز نشط مثل الأكسجين كغاز قطع. فمن ناحية، يتفاعل الغاز المنفوخ مع المعدن المقطوع ليتسبب في تفاعل أكسدة ويبعث كمية كبيرة من حرارة الأكسدة؛ ومن ناحية أخرى، يتم نفخ الأكسيد المنصهر والذوبان من منطقة التفاعل لتشكيل قطع في المعدن. ونظرًا لأن تفاعل الأكسدة في عملية القطع يولد الكثير من الحرارة، فإن الطاقة المطلوبة لقطع الأكسجين بالليزر هي فقط 1/2 من القطع بالذوبان، وسرعة القطع أسرع بكثير من القطع بالتبخير والقطع بالذوبان. يستخدم القطع بالأكسجين بالليزر في الغالب للمواد المعدنية المؤكسدة بسهولة مثل الفولاذ الكربوني وفولاذ التيتانيوم والفولاذ المعالج بالحرارة.

4. الحك بالليزر والكسر المتحكم فيه

تستخدم الخربشة بالليزر الليزرية ليزر عالي الكثافة للطاقة لمسح سطح المادة الهشة، بحيث يتم تسخين المادة لتبخير أخدود صغير، ثم تطبيق ضغط معين، تتشقق المادة الهشة على طول الأخدود الصغير. عادةً ما تكون أجهزة الليزر المستخدمة في المسح الضوئي هي ليزر كيو-سويتش وليزر ثاني أكسيد الكربون.

إن التحكم في الكسر هو استخدام التوزيع الحاد لدرجات الحرارة الناتج عن الحفر بالليزر، والذي يولد إجهادًا حراريًا محليًا في المادة الهشة ويكسر المادة على طول الأخدود الصغير.

الميزات

بالمقارنة مع طرق القطع الحراري الأخرى، فإن ميزات القطع بالليزر مع سرعة القطع السريعة والجودة العالية. تتلخص على وجه التحديد في الجوانب التالية.

1. جودة قطع جيدة

نظرًا لصغر بقعة القطع، وكثافة الطاقة العالية، وسرعة القطع السريعة، يمكنها الحصول على جودة قطع عالية.

a. شق القطع ضيق، وكلا جانبي الشق متوازيان ومتعامدان على السطح، ويمكن أن تصل دقة أبعاد الأجزاء المقطوعة إلى ± 0.05 مم.

b. سطح القطع أملس ونظيف، وخشونة السطح هي عشرات الميكرونات فقط، بدون معالجة ميكانيكية، ويمكن استخدام الأجزاء مباشرة.

c. بعد قطع المادة بالليزر، يكون عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرًا جدًا، ولا يتأثر أداء المادة بالقرب من الشق تقريبًا، ويكون تشوه قطعة العمل صغيرًا، ودقة القطع عالية، وهندسة الشق جيدة، وشكل المقطع العرضي للشق مستطيل أكثر انتظامًا.

2. كفاءة قطع عالية

نظرًا لميزات النقل، فإن آلة القطع بالليزر مجهزة عمومًا بطاولات عمل CNC متعددة، ويمكن التحكم في عملية القطع بالكامل باستخدام الحاسب الآلي. أثناء التشغيل ، تحتاج فقط إلى تغيير برنامج التحكم العددي ، ويمكن تطبيقه على قطع الأجزاء ذات الأشكال المختلفة ، سواء القطع ثنائي الأبعاد أو القطع ثلاثي الأبعاد.

3. سرعة قطع سريعة

باستخدام ليزر بقوة 1200 واط لقطع صفيحة فولاذية منخفضة الكربون بسمك 2 مم، يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 600 سم/دقيقة؛ وباستخدام ليزر بقوة 1200 واط لقطع لوح راتنج البولي بروبلين بسمك 5 مم، يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 1200 سم/دقيقة. لا تحتاج المادة إلى التثبيت والتثبيت أثناء القطع، الأمر الذي لا يوفر تركيبات الأدوات فحسب، بل يوفر أيضًا الوقت الإضافي للتحميل والتفريغ.

4. القطع بدون تلامس

لا تلامس شعلة القطع قطعة العمل، ولا يوجد تآكل في الأداة. لمعالجة الأجزاء ذات الأشكال المختلفة، ليست هناك حاجة لتغيير "الأداة"، فقط قم بتغيير معلمات إخراج الليزر. تتميز عملية القطع بضوضاء منخفضة واهتزازات صغيرة ولا يوجد تلوث.

5. هناك أنواع عديدة من مواد القطع

بالمقارنة مع القطع بالأوكسي أسيتيلين والقطع بالبلازما، هناك العديد من أنواع المواد القابلة للقطع بالليزر، بما في ذلك المواد المعدنية وغير المعدنية والمواد المركبة القائمة على المعادن وغير القائمة على المعادن والجلود والخشب والألياف. ولكن بالنسبة للمواد المختلفة، نظرًا لاختلاف خواصها الفيزيائية الحرارية ومعدلات امتصاصها المختلفة لليزر، فإنها تُظهر قدرة مختلفة على التكيف مع القطع بالليزر.

التطبيقات

يتم التحكم في معظم قواطع الليزر بواسطة برامج التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب أو يتم تحويلها إلى روبوتات قطع. وكطريقة معالجة دقيقة، يمكن لليزر قطع جميع المواد تقريباً، بما في ذلك القطع ثنائي الأبعاد أو القطع ثلاثي الأبعاد للألواح المعدنية الرقيقة.

في مجال تصنيع السيارات، تم استخدام تقنية قطع المنحنيات الفضائية مثل النوافذ العلوية للسيارة على نطاق واسع. وتستخدم شركة فولكس فاجن الألمانية ليزر بقوة 500 واط لقطع صفائح الهيكل المعقدة الشكل ومختلف الأجزاء المنحنية. وفي مجال الطيران، تُستخدم تكنولوجيا الليزر في قطع مواد الطيران الخاصة، مثل سبائك التيتانيوم وسبائك الألومنيوم وسبائك النيكل وسبائك الكروم والفولاذ المقاوم للصدأ وأكسيد البريليوم والمواد المركبة والبلاستيك والسيراميك والكوارتز. تشمل الأجزاء الفضائية التي يتم قطعها بالليزر أنبوب لهب المحرك، وغلاف سبائك التيتانيوم رقيقة الجدران، وإطار الطائرة، وجلد سبائك التيتانيوم، ودعامات الأجنحة، ولوحة جناح الذيل، والدوار الرئيسي لطائرة الهليكوبتر، وبلاط العزل الحراري الخزفي للمكوك الفضائي، إلخ.

تُستخدم تقنية القطع بالليزر أيضًا في مجال المواد غير المعدنية. لا يمكنها فقط قطع المواد ذات الصلابة العالية والهشاشة، مثل نيتريد السيليكون والسيراميك والكوارتز وما إلى ذلك ؛ ولكن يمكنها أيضًا قطع ومعالجة المواد المرنة، مثل القماش والورق والألواح البلاستيكية والمطاط وما إلى ذلك، مثل قطع الملابس بالليزر، يمكن أن توفر الملابس 10 %～ 12%، وتحسين الكفاءة بأكثر من 3 مرات.

الاتجاهات

1. ستواصل ماكينة القطع بالليزر ثورة صناعة المنتجات بالليزر.

يعد مصدر الليزر هو المكون الأساسي للقاطع، وهو أيضًا مؤشر مهم يحدد نوع قاطع الليزر وقدرته على القطع. وغني عن القول أن التغييرات المستقبلية في قواطع الليزر ستحدث أيضًا في مصادر الليزر. كما ذكرنا أعلاه، فإن استبدال ثاني أكسيد الكربونماكينة قطع السير بواسطة قاطع ألياف الليزر الليفي هو أهم ثورة تكنولوجية في الأربعين عامًا منذ ولادة قاطع الليزر، والتي جلبت فوائد اقتصادية تصنع حقبة للمصنعين والمستخدمين الجدد والقدامى في هذا المجال. إذن، هل سيكون هناك في المستقبل مصدر ضوء جديد أرخص من ليزر الألياف، ويتمتع بأداء أفضل، ووضع شعاع أكثر تميزًا، ومعدل تحويل كهربائي بصري أعلى أو تكلفة إجمالية أقل؟ الإجابة بالطبع نعم. ثم اسأل، أي نوع من الليزر؟ بالطبع، من المستحيل إعطاء إجابة دقيقة الآن. فالعلم والتكنولوجيا يتعثران أحياناً، وأحياناً آلاف الأميال في اليوم.

2. سيصبح ليزر الألياف الليزرية عالية الطاقة القوة الرئيسية في سوق القطع بالليزر.

في الوقت الحاضر، شهدت آلات القطع بالألياف الضوئية ذات نطاقات الطاقة المختلفة تطورًا كبيرًا. ومع ذلك، أين هي القوة السائدة لآلات القطع بالليزر في المستقبل؟ على الرغم من أن الآلات في كل نطاق طاقة لها استخداماتها الخاصة، إلا أن عائلة آلات الليزر التي بدأت بألياف الليزر عالية الطاقة وأطلقت ثورة تكنولوجيا الليزر العالمية، تعتبر الطاقة الأعلى والدقة الأعلى وقدرة القطع الأكبر أحد اتجاهات التطوير المهمة لقاطع ألياف الليزر. أطلقت شركة BOGONGCNC مؤخرًا قاطع ليزر فائق السرعة بقوة 15 كيلو وات الألياف ماكينة القطع بالليزر، والتي حققت طفرة غير مسبوقة في سرعة القطع وسماكة القطع، والتي جذبت انتباه الصناعة. هل يحتوي هذا على اتجاه التطوير المستقبلي لقواطع الليزر؟ يجدر التطلع إلى خبراء الصناعة والعلماء وأصدقاء المستخدمين. بالإضافة إلى ذلك ، يمكننا أن نكون واثقين من أنه في المستقبل القريب ، فإن العديد من الشركات المصنعة لآلات القطع بالليزر الليزرية المحلية والأجنبية ستدخل في منافسة شرسة في السوق. فقط الشركات التي تتمتع بجودة منتج ممتازة، والتركيز المستمر على الاستثمار في البحث والتطوير، وإتقان التقنيات التنافسية الأساسية هي التي يمكنها القيام بذلك وتكون لا تقهر.

3. عصر الذكاء قادم.

سواء أكانت الصناعة 4.0 في ألمانيا أو التصنيع الذكي في الصين، فإن الثورة الصناعية الرابعة في المجال الصناعي قادمة. وباعتبار أن ماكينة القطع بالليزر CNC، فإن آلة القطع بالليزر ستواكب بالتأكيد العصر وتطير مع التكنولوجيا. لقد أدى تطوير أتمتة آلة القطع بالليزر إلى تحسين القدرة الإنتاجية ومستوى التشغيل الآلي لورشة الصفائح المعدنية بشكل كبير.

في المستقبل، على هذا الأساس، فإن حقبة التصنيع الذكي لقواطع الليزر تختمر في مجالات تكنولوجيا الشبكات وتكنولوجيا الاتصالات وتكنولوجيا برامج الكمبيوتر وغيرها من المجالات. من المتوقع أنه كوسيلة لتقطيع الصفائح المعدنية الدقيقة، فإنها ستستخدم حتماً قدرات الاتصال الشبكي الخاصة بها للتواصل مع خط فك اللف للصفائح في المصنع، وآلة الثني، وآلة التثقيب باستخدام الحاسب الآلي، ووحدة اللحام (التثبيت) المشتركة، وخط السفع بالخردق والطلاء. وقد أصبحت المعدات الأخرى، المدمجة في خطة إنتاج موحدة ونظام إدارة المهام والتقييم، جزءًا مهمًا من نظام إدارة ورشة الصفائح المعدنية. ونتيجة لذلك، سيتحول مصنعو الليزر تدريجيًا إلى مقاولي تصنيع الصفائح المعدنية.