دستگاه حکاکی لیزری

تکنولوژی برش لیزری  توسط دستگاه حکاکی لیزری ، امروزه دارای تنوع کاربرد وسیع در صنایع گوناگون می باشد . صنایع گوناگونی شامل صنایع تولد پوشاک ، صنایع خودرو سازی،صنعت چرم و صنایع وابسته ، موسسات تحقیقاتی و نمونه سازی ، مهندسی ، چوپ و دکور ، تابلو سازی ، صنایع سنگ و ... از جمله مصرف کنندگان این تکنولوژی هستند.

با توجه به نوع صنعت و نیاز مصرف کنندگان ، دستگاه برش یا حکاکی ویژه ای مورد استفاده قرار می گیرد.

دستگاه های برش لیزری به دو گروه عمده صنایع فلزی و غیر فلزی تقسیم می گردند. دستگاه های هر گروه نیز با توجه به نوع کاربرد با توان ها و قابلیت های مختلفی تولید می گردند.به عنوان نمونه نوع دستگاه برش لیزری و قدرت مورد استفاده آن در صنایع چرم و کیف با صنعت چوب و حکاکی متفاوت می باشد.

تیوپ لیزر دستگاه حکاکی لیزری در توان ها و عمر مفید گوناگونی تولید می گردند . از جمله 40، ۸۰  ، ۱۰۰ ، ۱۳۰  ، ۲۰۰ وات و .. با عمر مفید 3000 ، 7000 و 10000 ساعت کار می توان نام برد.

تیوپ لیزر نصب شده بر روی دستگاه ها قابل تعویض و ارتقاء می باشد به شرط آنکه پاور تغدیه دستگاه توانایی پشتیبانی از تیوپ لیزر های قوی تر را دارا باشد.

از فاکتور های مهم و تعیین کننده در قیمت و کیفیت یک دستگاه برش یا حکاکی لیزری علاوه بر تیوپ لیزر ، نوع مادربرد و نوع و قابلیت میز کار مورد استفاده در آن و همچنین توان سیستم خنک کننده آن ( چیلر ) می باشد. مادر برد های جدید دارای قابلیت هایی چون کنترل دقیق و پیش نمایش انجام کار و خطا یابی خودکار می باشند و همچنین به علت دارا بودن قابلیت های نرم افزاری پیشرفته ، کنترل کاربر را کمتر و سیستم به صورت تمام خودکار ، تمام مراحل و فرایند کار را کنترل می نماید.  . نوع چیلر و تناسب قدرت خنک کنندگی آن با توان تیوپ لیزر هم از عوامل تاثیر گذار در کارایی و قیمت یک دستگاه لیزر به شمار می رود.

و نکته آخر و مهم  اینکه تمام دستگاه های  دستگاه حکاکی لیزری  که با عنوان یا نام های گوناگون ولی با توان و قدرت برابر و با یک نوع تیوپ لیزر در بازار عرضه می گردند، از لحاظ کیفیت در برش و حکاکی همانند یکدیگر می باشند و عامل تعیین کننده یا متمایز کننده قیمت دستگاه ها ، 1- آپشن های اضافی نصب شده در دستگاه  2-مقدار تعهد و خدمات پس از فروش فروشنده 3- مقدار سودی است که واردکننده یا فروشنده برای خود در نظر می گیرد می باشد.

دستگاه حکاکی لیزری فناوری است که در آن از اشعه لیزر برای برش اجسام استفاده می‌شود؛ و نوعاً از این فناوری در زمینه صنعت استفاده می‌شود.

برش لیزری توسط استعمال اشعه لیزر از یک خروجی قوی لیزر روی اجسامی که می‌خواهند بریده شوند انجام می‌شود. قسمتی از جسم مورد نظر که بریده می‌شود یا آب می‌شود یا می‌سوزد یا تصعید می‌شود و توسط فشار گاز از روی جسم پاک می‌شود. و سر انجام سطح بریده شده با کیفیت خیلی عالی بریده می‌شود.

لیزرچیست ؟

لیزر تکنولوژی ای است که توسط تقویب اپتیکی بر پایه تابش گسیل برانگیختگی، (ترجمه فارسی عبارت انگلیسی Light Amplification by Stimulated Emission Radiation), نور تولید می کند. ساده ترین ساختار تولید لیزر شامل دو آینه است که به صورت موازی روبروی هم قرار گرفته اند به گونه ای که یک نوسان ساز را تشکیل می دهند، با ایجاد یک محیط فعال بین آینه که روند تابش و بازتابش بین آن دو را تقویت کند عمل لیزش اتفاق می افتد.

انواع لیزر :

لیزر انواع مختلفی مانند لیزر گازی، لیزر شیمیایی، لیزر رادیواکتیو، لیزر جامد، لیزر فیبری و … دارد، اما در لیزر صنعتی تنها از دو نوع آن یعنی لیزر گازی و جامد استفاده می شود.

لیزر های صنعتی جامد و گازی نیز هر کدام به انواع مختلفی تقسیم می شوند،

در میان انواع لیزر های صنعتی گازی، لیزر صنعتی CO2 بیشترین کاربرد را داشته و از آن برای برش و حکاکی انواع مواد مختلف مانند چوب، پلکسی گلاس، شیشه، پارچه و … استفاده می شود و محبوب ترین لیزر در صنعت است.

لیزر صنعتی جامد نیز بیشتر لیزر یاگ است که برای حکاکی و برش فلزات از آن استفاده می شود.

دستگاه لیزر CNC که از این تکنولوژی استفاده می کنند را می توان به دو بخش تقسیم کرد.

دستگاه لیزر فلزات

دستگاه لیزر غیر فلزات

این دستگاه ها با هدایت کامپیوتری و توسط لیزری که از آنها متساطع می شود عملیات مختلفی مانند برش لیزری، حک لیزری و  دستگاه حکاکی لیزری  را انجام می دهند. این دستگاه ها مزایای زیادی دارند، مثلاً سرعت بسیار بالایی دارند و با توجه به هدایت شدن توسط کامپیوتر، خروجی های کاملاً یکسانی دارند. لیزر صنعتی در صنایع مختلفی مانند صنایع نظامی، ساختمانی، هوافضا، پزشکی، آزمایشگاهی و پژوهشی، ارتباطاتی، فیزیک، شیمی و … کاربرد دارد.

مهم ترین ویژگی های این دستگاه ها عبارتند از :

 سرعت بالای برش و حکاکی

دقت بالا در فرآیندهای  برش و حکاکی

عدم نیاز به دخالت دست

سهولت تبدیل طرح طراحی شده به محصول

انعطاف پذیری بالا

امکان کار بر روی طیف وسیعی از مواد

در ادامه بیشتر با دستگاه حکاکی لیزری آشنا خواهیم شد. 

دستگاه حکاکی لیزری فناوری است که در آن از اشعه لیزر برای برش اجسام استفاده می‌شود؛ و نوعاً از این فناوری در زمینه صنعت استفاده می‌شود. برش لیزری توسط استعمال اشعه لیزر از یک خروجی قوی لیزر روی اجسامی که می‌خواهند بریده شوند انجام می‌شود. قسمتی از جسم مورد نظر که بریده می‌شود یا آب می‌شود یا می‌سوزد یا تصعید می‌شود و توسط فشار گاز از روی جسم پاک می‌شود. و سر انجام سطح بریده شده با کیفیت خیلی عالی ایجاد می‌شود.لیزر صنعتی در صنایع مختلفی مانند صنایع نظامی، ساختمانی، هوافضا، پزشکی، آزمایشگاهی و پژوهشی، ارتباطاتی، فیزیک، شیمی و ... کاربرد دارد.

تاریخچه

در‌سال ۱۹۶۵ اولین دستگاه حکاکی لیزری برای ایجاد سوراخ در قالب‌های الماس استفاده شده است. این دستگاه توسط مرکز تحقیقات Weste Electric Engineering ساخته شد. در سال‌۱۹۶۷‌ بریتانیا در ساخت دستگاه برش‌لیزری به کمک جت اکسیژن برای برش فلزات پیش‌گام شد. در اوایل سال‌۱۹۷۰ این تکنولوژی در کاربرد‌های هوافضا برای برش تیتانیم به‌کار گرفته‌ شد.‌ در‌ همان موقع لیزر‌های CO2 برای برش غیر فلزات مانند:پارچه و ... به‌کار گرفته شد؛‌ چراکه در آن زمان لیزر CO2 به اندازه کافی برای غلبه بر هدایت حرارتی فلزات قدرت‌مند نبود.

نحوه‌ی عملکرد

اشعه‌ی لیزر از طریق تحریک مواد مولد لیزر توسط تخلیه‌ی الکتریکی یا تابش یک لامپ در یک محفظه بسته تولید می شود. با تحریک ماده‌ی مولد لیزر پرتو با استفاده از تکه‌های آینه منعکس می شود تا انرژی لازم برای تبدیل شدن به یک جریان نور‌تک‌رنگ‌منسجم را به دست آورد. آینه یا فیبر نوری معمولا برای هدایت نور منسجم به لنز دستگاه استفاده می شود. این لنز در نقطه‌ی کاری دستگاه متمرکز شده است. باریک ترین قسمت پرتو متمرکز شده قطری کمتر از ۰/۳۲‌میلی‌متر دارد.

مزایای برش لیزری

سهولت در به‌کارگیری، کیفیت و تمیزی(عدم وجود لبه های اضافی در قسمت های برش خورده) محصول نهایی از مزایای استفاده از برش لیزری به جای برش های مکانیکی و سنتی است. از آنجایی که از ابتدای شروع عملیات برش تا پایان کار، پرتو لیزر به صورت مداوم و یکنواخت عمل برش را انجام می‌دهد، دقت کار افزایش می‌یابد.

دستگاه برش پلاسما

احتمال تاب برداشتن ماده در برش‌ لیزر بسیار کم است چون، ناحیه‌ی موثر حرارتی در این فرآیند بسیار کوچک می‌باشد.

دستگاه حکاکی لیزری به علت دقت بالا‌تر و مصرف انرژی کمتر در هنگام برش، مزیت بیشتری نسبت به برش پلاسما دارد. با این وجود اغلب دستگاه های برش لیزری‌ نمی‌توانند ضخامتی بیشتر از ضخامت برش دستگاه های پلاسما را برش دهند.امروزه دستگاه‌های برش لیزری قوی‌تری نیز در حال تولید است تا بتوانند ضخامت های بیشتری را برش دهند اما هزینه‌ی تمام شده‌ی این دستگاه ها بیشتر از دستگاه های برش پلاسما است.

انواع لیزر های مورد استفاده در دستگاه حکاکی لیزری

لیزر‌ها انواع مختلفی مانند لیزر گازی، لیزر شیمیایی، لیزر رادیواکتیو، لیزر جامد، لیزر فیبری و ... دارند، اما در صنعت از دو نوع لیزر های گازی و جامد استفاده می‌شود. لیزر های پرکاربرد استفاده شده در دستگاه‌های برش لیزر صنعتی عبارتند از:

۱) لیزر CO2 که برای برش،حکاکی و تضعیف ماده مناسب است.

۲)لیزر های نئودیمیم(Nd) و لیزر‌های نئودیمیم-ایتریم-آلومینیوم-گارنت(Nd-YAG) می‌باشند.این دو لیزر سبک و روشی یکسان دارند و تفاوت آنها در کاربردشان می‌باشد. لیزر Nd برای تضعیف ماده و در مواقعی که قدرت زیاد و تکرار پذیری بالا مد‌نظر است به کار می‌رود. لیزر Nd-YAG برای تضعیف ماده و حکاکی روی قطعه و در مواقعی که قدرت بسیار زیاد مورد نیاز است، استفاده می‌شود.

هرسه نوع لیزر یاد شده را می‌توان برای جوشکاری نیز استفاده کرد.

لیزر CO2 برای برشکاری صنعتی بسیاری از مواد از جمله فولاد، آلومینیوم، فولاد ضدزنگ، تیتانیم، کاغذ، موم، پلاستیک، چوب و پاچه استفاده می‌شود. لیزر YAG در درجه‌ی اول برای برش و حکاکی فلزات و سرامیک ها استفاده می‌شود.

ژنراتور دستگاه لیزر و اپتیک خارجی(لنز فوکوس کننده) نیاز به خنک کاری دارند. بسته به اندازه و پیکربندی دستگاه، گرمای اضافی ممکن است مستقیما و یا توسط یک خنک کننده به هوا منتقل شود. معمولا از آب به عنوان خنک کننده استفاده می‌شود که توسط سیستم خنک کننده به گردش در می‌آید.

لیزر های پیشرفته تر

دستگاه حکاکی لیزری Microjet هدایت پرتو‌ لیزر به وسیله‌ی جت آب است. در این دستگاه پرتو لیزر با جت آب کم فشار همراه است. لیزر وظیفه اصلی برش را برعهده دارد درحالی که جت آب پرتو لیزر را هدایت می‌کند. عمل هدایت پرتو از طریق بازتاب داخلی کلی انجام می‌شود. مانند آنچه که در فیبر نوری اتفاق می‌افند. در این روش، آب علاوه بر از بین بردن اثرات تخریبی ناشی از برش،‌ سطح ماده را نیز خنک‌کاری می‌کند که ازجمله مزایای این روش به حساب می‌آید

لیزر فیبر، یک نوع از لیزر های حالت جامد است که به سرعت در صنعت برش فلز در حال رشد است. برخلاف لیزر CO2 تکنولوژی فیبر با بهره‌گیری ازمحیط جذب جامد به عنوان گاز یا مایع مخالف عمل می‌کند. دانه‌ی لیزر پرتو‌ی لیزر را تولید می ‌کند و پس از آن پرتو در الیاف شیشه‌ای(Glass Fiber) تقویت می‌شود. با طول موجی در حدود ۱/۰۶۴ میکرومتر لیزر فیبر، نقطه اثر بسیار کوچکی(۱۰۰ برابر کوچکتر از نقطه‌ی اثر لیزر CO2 ) ایجاد می‌کند که این نوع لیزر را برای برش مواد فلزی‌ بازتابنده ،موثر می‌سازد.

انواع روش‌های برش فلزات توسط لیزر

روش های مختلفی در برش با استفاده از لیزر وجود دارد.برخی از این روش‌ها عبارتند از:

۱) تبخیر ماده

۲) ذوب ماده به همراه دمیدن گاز پرفشار

۳) سوزاندن

۴) ایجاد شکاف به وسیله تنش‌های حرارتی

۵) برش سرد

برش تبخیری: در این روش حرارت پرتو متمرکز شده،‌دما‌ی نقطه اثر رابه دما‌ی نقطه‌ی جوش می‌رساند و موجب تبخیر ماده و ایجاد حفره می‌شود. این روش برای برش موادی استفاده می‌شود که ذوب نمی‌شوند مانند:چوب، کربن و پلاستیک‌های ترموست.

برش ذوبی به همراه دمیدن گاز پرفشار: در این روش ابتدا پرتو‌ی لیزر، ماده مورد نظر را در نقطه‌ی کاری به دمای نقطه‌ ذوب می‌رساند. بلافاصله با استفاده از جریان پر‌فشار یک گاز(معمولا هوا) به نقطه‌ی مورد نظر ضربه ای وارد شده و باعث ریزش مواد ذوب شده از روی جسم مورد نظر می‌شود. در این روش نیازی به بالا بردن دما به اندازه ای بیشتر از نقطه‌ی ذوب ماده نیست در نتیجه دستگاه قدرت مصرفی کمتری دارد. از این روش عموما برای برش فلزات استفاده می‌شود.

برش با ایجاد شکاف به وسیله تنش‌های حرارتی:مواد ترد به شکستگی حرارتی حساس می‌باشند. از این ویژگی مواد ترد در روش یاد شده استفاده می‌شود.اشعه‌ی لیزر روی سطح ماده متمرکز شده و باعث ایجاد حرارت موضعی و انبساط حرارتی می‌شود. این عمل باعث ایجاد شکاف در ماده شده و با حرکت دادن پرتو می‌توان آن را هدایت کرد تا برش مد نظر اتفاق بیفتد.این روش عموما برای برش لیزری شیشه ها و مواد شیشه مانند استفاده می‌شود.

مصرف انرژی

مهمترین اشکال دستگاه حکاکی لیزری  مصرف زیاد برق آن‌ها است. بازدهی لیزر‌های صنعتی چیزی در حدود ۵ تا ۴۵ درصد است مقدار قدرت مورد نیاز برای برش لیزر در یک کار بخصوص به نوع ماده، ضخامت، روش مورد استفاده و نرخ برش مدنظر، بستگی دارد.