برش لیزری (Laser cutting) بیش از دو دهه است که به عنوان یک فناوری صنعتی و پیشرو معرفی شده و در مقیاس تجاری مورد استفاده قرار گرفته است. از زمان متداول شدن این فناوری تاکنون، با توسعه بیشتر این روش و تولید دستگاه‌های پیشرفته‌تر، اکنون می‌توان هر طرح و الگویی را با این روش انجام داد. فرآیند آن به قدرت و دقت محاسباتی پیشرفته و پرتوهای لیزر متکی است. این فرآیند با استفاده از دستگاهی قدرتمند و به صورت خودکار و از قبل برنامه ریزی شده انجام میشود. صنایع بسیاری از این دستگاه برای برشکاری طرح‌های پیچیده و دقیق روی انواع مواد استفاده می‌کنند. اگر می‌خواهید از خدمات برش لیزری فلزات برای تولید محصولات مورد نظر خود استفاده کنید، لازم است با نحوه کارکرد، انواع و مزایای این روش آشنا شوید.
برش لیزری چیست؟
دستگاه برش لیزری دستگاهی بسیار پرکاربرد برای برش و یا حکاکی روی فلزات و غیرفلزات است. در این دستگاه از پرتو لیزر برای برش استفاده میشود و هیچگونه تماسی بین قطعه کار و ابزار برش برقرار نمی‌شود. برش با لیزر بدین صورت است که پرتو لیزر بر روی قطعه متمرکز میشود و دما در محل برخورد پرتو لیزر بالا می‌رود. با این حرارت منطقه بسیار کوچکی ذوب شده و با خارج شدن مذاب از محل برش انجام میشود. این برش به کمک برنامه‌های کامپیوتری هدایت شده و دقت بالایی دارد.
دستگاه‌های Laser cutting عموماً از کنترل عددی کامپیوتری (CNC) و یا G-code برای هدایت پرتو بهره می‌برند. به این صورت که اپراتور ابتدا طرح برش مورد نظر را از طریق مدل CAD یا برنامه‌ریزی عددی در یک برنامه کامپیوتری وارد می‌کند. بعد از اینکه طرح بارگذاری شد، کامپیوتر یا کنترلر دستگاه پرتو لیزر را طبق برنامه روی سطح ماده‌ای که قصد برش آن را دارد، حرکت می‌دهد. سپس پرتو لیزر ماده خام را بصورت موضعی ذوب یا تبخیر می‌کند و با حرکت روی سطح طرح مورد نظر را برشکاری می‌نماید.
مانند هر ماشین CNC، برش با لیزر نیز با دقت بالا روی محورهای X،Y و Z حرکت و دوران می‌کند. اما دستگاه برش لیزری از پرتو نوری پرقدرت به جای ابزار براده برداری برای انجام برش استفاده می‌کند. معمولاً می‌توان سرعت خروجی، طول و شدت پرتو لیزر را با توجه به نوع متریال زیر کار کنترل کرد. حتی این امکان وجود دارد از لنز یا آینه‌های مخصوص برای تمرکز بیشتر پرتو لیزر بهره برد.
نحوه کار دستگاه برش لیزر
برش لیزری نوعی فناوری ساخت و تولید دیجیتال است که از اطلاعات عددی دو و یا سه بعدی برای هدایت پرتو لیزر استفاده می‌کند. پرتو لیزر به طور کلی با استفاده از یک لنز با کیفیت بالا در ناحیه کار متمرکز میشود. کیفیت پرتو تأثیر مستقیمی بر اندازه نقطه متمرکز و دقت برش دارد. باریک ترین قسمت پرتو متمرکز معمولاً بین 0.05 تا 0.3 میلی‌متر قطر دارد. بسته به ضخامت مواد، ایجاد عرض دهانه برش به اندازه 0.1 میلی‌متر ویا بیشتر امکان پذیر است. برای اینکه بتوان برش را از جایی غیر از لبه کار شروع کرد، لازم است قبل از هر برش سوراخی روی کار ایجاد شود. سوراخ کردن معمولاً با یک پرتو لیزر پالسی پرقدرت انجام می‌گردد و برای مثال بر روی ورقی از فولاد زنگ نزن با ضخامت 12 میلی متر حدود 5 تا 15 ثانیه طول می‌کشد.
نحوه کار این بسیار شبیه به زمانی است که شما یک ذره بین را جلوی نور خورشید می‌گیرید. با این کار نور در یک نقطه متمرکز میشود و اگر این نقطه روی سطحی قرار بگیرد باعث داغ شدن و حتی سوختن آن سطح خواهد شد. پرتوهای موازی و منسجم نور از منبع لیزر اغلب در محدوده بین 1.5-2.0 میلی‌متر قطر قرار دارند. این پرتو معمولاً توسط یک عدسی یا یک آینه به نقطه بسیار کوچکی در حدود 0.025 میلی‌متر متمرکز شده و تشدید میشود تا یک پرتو لیزر بسیار شدید ایجاد کند. برای برش ورق استیل، فاصله کانونی معمولاً 38 تا 76 میلی‌متر است.
مزایای برش لیزری
از فواید استفاده از دستگاه Laser cutting برای تولید قطعات مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- انعطاف‌پذیری : این دستگاه برای هر بار برش جداگانه نیازی به تعویض ابزار ندارد. تنظیمات اولیه برای برش قطعات مختلف با هرگونه پیچیدگی به راحتی امکان پذیر است.
- دقت بالا: دقت یکی از مزایای اصلی آن در مقایسه با سایر روش‌های برش حرارتی است. دقت بالا این فرصت را فراهم می‌کند تا قطعات دقیقاً به مانند طرح داخل کامپیوتر برشکاری شوند.
- سرعت بالا: این روش بسیار سریع‌تر از روش‌های برش مکانیکی سنتی است. به همین دلیل می‌توان قطعات بیشتری را در زمان کمتر تولید کرد. این ویژگی به صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌ها منجر میشود.
- اتوماسیون: Laser cutting به نیروی انسانی کمی نیاز دارد زیرا دستگاه به صورت اتوماتیک کار می‌کند. اپراتور لازم نیست استادکار باشد ولی هنوز هم نقش زیادی در کیفیت نهایی کار دارد (عوامل مؤثر بر بهبود کیفیت سطح برش لیزر) اما سرعت برش و نیاز کم به کار دستی باعث کاهش هزینه‌ها نسبت به سایر روش‌های دیگر میشود.
- برش بدون تماس: در این روش فقط پرتو نور با مواد تماس پیدا می‌کند. بنابراین، هیچ تماس مکانیکی و اصطکاکی که بتواند ابزار را مستهلک کند وجود ندارد.
- تطبیق‌پذیری: این روش برای طیف گسترده‌ای از مواد اعم از انواع مختلف فلزات، ام دی اف، چوب، کاغذ، پلکسی گلاس و غیره کاربرد دارد. فقط مهم است برای ماده مورد نظر خود از دستگاه مناسب استفاده کنید.
معایب برش لیزری
از معایب این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نیاز به تخصص: همانطور که قبلاً گفتیم، حضور یک اپراتور متخصص برای استفاده حداکثری از پتانسیل یک دستگاه Laser cutting ضروری است. میزان تخصص اپراتور در نهایت منجر به تولید یک محصول باکیفیت میشود. ولی با این حال دیگر نیاز نیست استادکار حرفه‌ای برشکاری استادانه را انجام دهد!
- ضخامت فلز: این روش در مقایسه با سایر روش‌های برش حرارتی، اغلب برای برش صفحات بسیار ضخیم (بیشتر از 30 میلی‌متر) مناسب نیست.
- هزینه‌های اولیه: قیمت دستگاه برش CNC لیزری بسیار بالاست. هزینه دستگاه برش لیزر در مقایسه با واترجت یا برش پلاسما بیش از دو برابر است. اگرچه این روش هزینه‌های جاری را در دراز مدت جبران می‌کند، اما سرمایه گذاری اولیه بسیار زیاد است.
- دودهای خطرناک: روش برش حرارتی باعث ذوب شدن مواد و در نتیجه انتشار گازها و دودهای خطرناک میشود. این مشکل به ویژه هنگام برش پلاستیک صادق است. بنابراین یک سیستم تهویه خوب لازمه یک محیط کار ایمن است.
انواع دستگاه‌های برش لیزری
انواع مختلفی از دستگاه‌های Laser cutting با فناوری‌های مختلف در جهان ساخته می‌شوند. هر دستگاه مزایا و قابلیت‌های مختص به خود را دارد که برای برش انواع مواد قابل استفاده هستند. برش لیزری گازی، فایبر و کریستال سه تکنولوژی اصلی برش با لیزر هستند که در صنایع مختلف به کار گرفته می‌شوند. در ادامه می‌توانید اطلاعات بیشتری را در مورد این سه نوع اصلی دستگاه‌های برش لیزری کسب کنید:
دستگاه برش لیزر گازی
دستگاه‌های گازی که به عنوان لیزرهای دی اکسید کربن (CO2) نیز شناخته می‌شوند، از دی اکسید کربن به عنوان محیط لیزر فعال استفاده می‌کنند. مزیت مهم این لیزرها این است که هنگام برش مواد ضخیم، لبه‌های صاف‌تر و دقیق‌تری ارائه می‌دهند. دستگاه‌های گازی محبوب‌ترین نوع برش با لیزر هستند زیرا می‌توانند انواع مواد را با توان خروجی و کارایی بالا برش دهند. لیزرهای CO2 با عبور جریان الکتریسیته از طریق لوله ای پر از مخلوطی از گازها، پرتو نور را تولید می‌کنند. مخلوط گاز عمدتاً شامل دی اکسید کربن و گازهای بی اثر دیگر است که هلیوم و نیتروژن، رایج ترین انواع لیزر است .
برش‌های لیزری CO2 توان خروجی تا 15 کیلو وات و راندمان تا 30% (بیشتر از بقیه دستگاه‌ها) تولید می‌کنند. این دستگاه‌ها برای برش‌های ظریف با زوایای تند، به ویژه در ورق‌های فلزی با ضخامت کمتر از 10 میلی‌متر ایده آل هستند. از لیزرهای گازی می‌توان برای برش شیشه، چرم، چوب، اکریلیک، کاغذ و برخی پلاستیک‌ها استفاده کرد.
دستگاه برش لیزر کریستال
دستگاه برش لیزری کریستال از پرتوهای ساخته شده از کریستال‌هایی مانند آلومینیوم ایتریوم پوشش داده شده با نئودیمیم (Nd:YAG) و ایتریم ارتو وانادات پوشش داده شده با نئودیمیم (Nd:YVO) استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها برای برش مواد قوی و ضخیم مناسب هستند زیرا پرتوهای آنها شدت بالایی دارند.
این دستگاه‌ها می‌توانند طیف گسترده‌ای از مواد از جمله فلزات، شیشه، چوب و پلاستیک را برش دهند. نقطه ضعف اصلی این لیزرها قدرت بسیار بالای آنهاست که منجر به خرابی‌های مکرر در قطعه کار میشود. بنابراین، برای استفاده از این ماشین‌ها نیاز به مهارت و تخصص بیشتری است.
دستگاه برش لیزر فایبر
برش لیزری فایبر یک فناوری جدید است که از مجموعه‌ای از دیودها برای ایجاد پرتو استفاده می‌کند که از طریق یک کابل فیبر نوری متمرکز می‌شوند. این دستگاه فایبر به شما امکان می‌دهد تا فرآیند برش را به ویژه در مواد با ضخامت کمتر از 5 میلی‌متر به شکلی سریع‌تر و تمیزتر نسبت به برش CO2 ایجاد کنید. این مدل از دستگاه‌ها همچنین به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند، ارزان‌تر هستند و نسبت به لیزرهای کریستال عمر بیشتری دارند. برش‌های لیزری فایبر می‌توانند فلزات و پلاستیک‌ها را برش دهند.
دستگاه برش لیزر میکروجت
این مدل از دستگاه، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های برش را ارائه می‌دهد که در آن از فناوری لیزر و واترجت هم‌زمان برای برش استفاده میشود. این دستگاه می‌تواند مزیت‌های هر دو روش را ارائه دهد. بدین صورت که می‌تواند مانند واترجت برش را در دمای پایین انجام دهد و مانند برش لیزر سریع و با دقت باشد.
دستگاه میکروجت، لیزر را با باریکه‌ای از آب پرفشار بسیار نازک، به سمت قطعه هدایت می‌کند. ترکیب لیزر و جریان آب سبب میشود تا پرتو لیزر با دقت بسیار زیادی به سمت قطعه هدایت شود که این هدایت به صورت بازتاب داخلی اتفاق می‌افتد. آب پر فشار علاوه بر خنک کاری سطح قطعه، اثرات تخریبی ناشی از برش را نیز از بین می‌برد.
کاربردهای Laser cutting
دستگاه برش لیزر را می‌توان در طیف وسیعی از صنایع و مواد استفاده کرد. یکی از مهمترین کاربردهای آن، برش فلزات است. فلزات در بسیاری از کاربردهای صنعتی و حتی دکوراتیو به کار گرفته میشود. به عنوان مثال، این دستگاه ازساخت قاب گوشی گرفته تا ساخت قطعات بدنه خودرو و حتی قطعات صنعتی بزرگ کاربرد دارد. یکی دیگر از کاربردهای قابل توجه این روش، در بخش پزشکی است. دقت این تکنیک به شکل گیری دستگاه‌های پزشکی بسیار پیشرفته کمک می‌کند. پزشکان حتی از این روش در جراحی برای سوزاندن و تبخیر بافت بدن انسان به جای چاقوی جراحی استفاده می‌کنند.
این دستگاه‌ها همچنین برای حکاکی روی اشیاء کاربرد دارند. این دستگاه‌ها قادرند تا طرح‌های پیچیده‌ای را روی سطح مواد مختلف برش یا حکاکی کنند و علاوه بر ارزش صنعتی ارزش زیبایی شناختی نیز ایجاد نمایند. از روش‌های برش لیزر و حکاکی لیزری می‌توان برای ساخت جواهرات و اشیاء تزئینی استفاده کرد. علاوه بر این، کسب و کارهایی که در صنایع میکروالکترونیک، نیمه هادی‌ها و انرژی خورشیدی فعل هستند، از برش CNC لیزری برای برش سیلیکون استفاده می‌کنند.
به طور کلی، از کاربردهای این دستگاه می‌توان به صنایع زیر اشاره کرد:
- صنعت ساختمان و معماری
- صنعت خودرو و حمل ونقل
- صنعت مبلمان و دکوراسیون
- صنایع برق و الکترونیک
- صنعت تبلیغات
- صنعت کاغذ و بسته بندی
- صنعت چوب و معرق کاری
- ساخت جواهرات
کلام آخر
دستگاه‌های برش لیزر در حال حاضر تقاضای زیادی دارند زیرا بهره وری و دقتی که با این دستگاه به دست می‌آورید، غیرقابل مقایسه است! امروزه بسیاری از افراد در صنایع مختلف به دنبال استفاده از خدمات برش لیزری برای تولید محصولات مورد نظر خود هستند. از این رو، مجموعه «استیل رخ» با سال‌ها تجربه در زمینه برش فلزات، به ویژه استنلس استیل، آهن، فولاد و انواع ورق فلزی، پروفیل استیل و لوله استیل آماده ارائه خدمات برش لیزری برای صنایع مختلف در سرتاسر کشور است.