در سال ۱۹۶۵، اولین دستگاه برش لیزری تولید شده و برای سوراخ کاری قالب های الماس استفاده شد . این دستگاه نوعی فناوری است که به وسیله آن می توان انواع فلزات و اجسام را با دقت میکرومتر برش داد . با کمک این نوع دستگاه می توان انواع سطوح سخت را با بهترین کیفیت و سرعت بالا برش داد . در طی فرایند برش ، تبخیر مواد از نقطه مورد نظر اتفاق می افتد و در نتیجه خروجی کار بسیار تمیز وقابل قبول است . عمده کاربردهای این گونه برش ، در موارد صنعتی است و کاربردهایی نظیر : لیزرهایی برای کاربردهای هوافضا دستگاه لیزر برش منسوجات برش فولاد و … دارد .
مزایای برش لیزری
از آنجا که هیچ لبه برشی وجود ندارد که بتواند توسط مواد آلوده شود یا مواد را آلوده کند این نوع برش بسیار کاربردی است . از دیگر مزایای این نوع برش می تواند به این نکته اشاره کرد که ، برش لیزری نسبت به برش های مکانیکی می تواند به راحتی فرد در زمان کار کردن وکاهش آلودگی قطعه کار بسیار کمک کند .
در این نوع برش پرتو لیزر در طول فرایند ، سایش نمی کند . همچنین احتمال تاب دادن ماده ای که بریده می شود کاهش یافته است . سیستم های لیزر دارای یک منطقه کوچک تحت تاثیر گرما هستند . برش برخی از مواد با استفاده از روش های سنتی نیز بسیار دشوار یا غیر ممکن است . برش لیزری برای فلزات نسبت به برش پلاسما دقیق تر بوده و استفاده کمتری از انرژی برق هنگام برش ورق استفاده می شود .
توان بالای دستگاه های برش لیزری
بیشتر لیزرهای صنعتی نمی توانند فلزها یا اجسام را با ضخامت بالا برش دهند . در این موارد می توان از دستگاه پلاسما نیز بهره برد .
به تازگی دستگاه های جدید لیزر به بازار آمده اند که توان بالاتری نسبت به مدل های قدیمی تر این دستگاه ها دارند و در برش مواد ضخیم ، به دستگاه های پلاسما نزدیک تر هستند . اما هزینه خرید این ماشین ها بسیار بیشتر از انواع پلاسما است .
میکرو جت لیزر
میکروات لیزر یک لیزر هدایت شونده با جت آب است که در آن پرتو لیزر پالسی ، به یک جت آب کم فشار متصل می شود .
در این عملکرد برش لیزری از جت آب برای هدایت پرتو لیزر استفاده می شود از مزایای این امر خنک شدن مواد در حال برش است . از دیگر مزایای میکرو جت لیزر نسبت به برش لیزری ( خشک ) سنتی سرعت بالا ، قیمت گذاری و برش چند جهته است .
لیزرهای الیافی یا فیبر
لیزرهای الیافی نوعی لیزر حالت جامد هستند که در صنعت برش فلزات به سرعت در حال رشد هستند ، این دستگاه ها ، از یک ماده افزایش جامد استفاده می کند .
مزایای برش لیزر فیبر شامل :
- زمان پردازش سریع
- کاهش مصرف انرژی وصورت حساب به دلیل کارایی بیشتر .
- قابلیت اطمینان و عملکرد بیشتر بدون اپتیک برای تنظیم یا تراز کردن و لامپ برای جایگزینی .
- حداقل نگهداری
- توانایی پردازش مواد بسیار بازتابنده مانند برنج
برخی از روش های برش لیزری عبارت اند از تبخیر ، ذوب و دمیدن ، ضربه و سوختگی مذاب ، ترک خوردگی تنش حرارتی ، نوشتن ، برش سرد و سوزاندن برش لیزر تثبیت شده .
به طور کلی سه پیکربندی مختلف برای دستگاه های برش لیزر صنعتی وجود دارد :
مواد متحرک ، ترکیبی و سیستم های نوری پرواز ، این موارد به نحوه انتقال پرتوی لیزر بر روی ماده ای برای برش یا پردازش اشاره دارد . برای همه اینها ، محورهای حرکت معمولاً محورهای X و Y مشخص می شوند . اگر سر برش قابل کنترل باشد ، محور Z تعیین می شود .
لیزرهای مواد متحرک دارای یک سر برش ثابت هستند و مواد را در زیر آن حرکت می دهند . این روش یک فاصله ثابت از ژنراتور لیزر تا قطعه کار و یک نقطه واحد را برای حذف پساب برش فراهم می کند .
این دستگاه سبک تمایل به داشتن کمترین اپتیک تحویل پرتو را داراست اما از سرعت پایین تری برخوردار است و نیاز به جا به جایی قطعات را دارد .
دستگاه های برش ترکیبی
لیزرهای ترکیبی جدولی ارائه می دهند که در یک محور ، حرکت می کنند و سر را در امتداد محور کوتاه تر حرکت می دهد .
این امر باعث ایجاد یک طول مسیر تحویل پرتو ثابت تر از یک ماشین نوری پرواز می کند وممکن است یک سیستم تحویل پرتو ساده تر را فراهم کند . این می تواند باعث کاهش قدرت در سیستم تحویل و ظرفیت بیشتر در هر وات نسبت به ماشین های نوری پرواز شود .
لیزرهای نوری پرواز
لیزرهای نوری پرواز دارای یک جدول ثابت و یک سر برش ( با پرتوی لیزر ) هستند که بر روی قطعه کار در هر دو بعد افقی حرکت می کنند .
برش های اپتیکی پرواز در حین پردازش قطعه کار را ثابت نگه می دارند و اغلب به بستن مواد نیازی ندارند . جرم متحرک ثابت است ، بنابراین اندازه متغیر قطعه کاربر دینامیک تاثیر نمی گذارد .
دستگاه های نوری پرواز سریع ترین نوع از انواع دستگاه های برش لیزری هستند که یکی از بزرگ ترین مزایای آنها برش قطعات نازک تر است .
ماشین های نوری پرواز باید از روشی استفاده کنند تا تغییر طول پرتو را از برش نزدیک میدان ( نزدیک به تشدید کننده ) به برش میدان دور ( دور از تشدید کننده ) در نظر بگیرند .
روش های متداول برای کنترل این مورد شامل اوج گرفتن ، اپتیک تطبیقی یا استفاده از یک محور طول پرتو است .
دقت بالا در برش های دستگاه لیزر
لیزرهای پالسی که برای مدت کوتاهی انفجار زیادی از انرژی ایجاد می کنند ، در برخی از فرایندهای برش لیزر ، به ویژه برای سوراخ کردن ، یا در صورت نیاز به سوراخ های بسیار کوچک یا سرعت برش بسیار کم ، بسیار موثر هستند ، زیرا اگر از یک پرتو لیزر ثابت استفاده شود ، گرما می تواند به نقطه ذوب شدن کل قطعه برسد.
معایب دستگاه های برش لیزری
عیب اصلی برش لیزری مصرف زیاد برق است . بازده لیزر صنعتی ممکن است از ۵% تا ۴۵% باشد . مصرف برق و کارایی هر لیزر خاص بسته به توان خروجی و پارامترهای عملکرد متفاوت خواهد بود .
این بستگی به نوع لیزر و مطابقت لیزر با کار موجو دارد . مقدار قدرت برش لیزر مورد نیاز ، معروف به ورودی گرما ، برای یک کار خاص به نوع ماده ، ضخامت ، فرایند ( واکنش پذیر / بی اثر ) استفاده شده و سرعت برش مورد نظر بستگی دارد .
نتیجه گیری
وجود مزیت های گوناگون ، بهره وری بالاتر هزینه ها ، خروجی رضایت بخش و همچنین روش های مختلف برش لیزری باعث شده که استقبال روز افزونی از این فناوری به عمل بیاید .
با استفاده از دستگاه های برش لیزری می توان قطعات بسیار سخت را به گونه ای بی نقص و تمیز برش داد این دستگاه ها کمک شایان توجه ای به انواع صنایع و ساخت قطعات می کند .
در نتیجه می توان این فناوری را یک تحول بزرگ و دست آوردی مهم در پیشرفت صنعت و تکنولوژی دانست .