نظرًا لعدم وجود تكلفة معالجة للأدوات، فإن معدات القطع بالليزر مناسبة أيضًا لإنتاج دفعات صغيرة من الأجزاء ذات الأحجام المختلفة التي لم يكن من الممكن معالجتها من قبل. تستخدم معدات القطع بالليزر عادةً أجهزة تكنولوجيا التحكم العددي المحوسبة (CNC). بعد استخدام هذا الجهاز، يمكنك استخدام خطوط الهاتف لتلقي بيانات القطع من محطات عمل التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD).
مبدأ
تستخدم عملية القطع بالليزر شعاع ليزر عالي الكثافة مركّز لإشعاع قطعة العمل، مما يتسبب في ذوبان المادة المشعة بسرعة أو تبخرها أو تآكلها أو وصولها إلى نقطة الاشتعال، وفي الوقت نفسه، يتم نفخ المادة المنصهرة بواسطة تدفق هواء عالي السرعة متحد المحور مع الشعاع، وبالتالي تحقيق قطع قطعة العمل. القطع بالليزر هو أحد طرق القطع الحراري.
يظهر مبدأ القطع بالليزر في الشكل أدناه.
تصنيف
يمكن تقسيم القطع بالليزر إلى أربع فئات: القطع بالتبخير بالليزر، والقطع بالذوبان بالليزر، والقطع بالأكسجين بالليزر، والنقش بالليزر والكسر المتحكم فيه.
1. القطع بالتبخير بالليزر
يتم تسخين قطعة العمل بواسطة شعاع ليزر عالي الكثافة، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة بسرعة، لتصل إلى نقطة غليان المادة في وقت قصير جدًا، وتبدأ المادة في التبخر وتكوين بخار. يتم إخراج الأبخرة بسرعة عالية، ويتشكل قطع على المادة أثناء إخراج البخار. تكون حرارة تبخر المواد كبيرة جدًا بشكل عام، لذلك يتطلب القطع بالتبخير بالليزر قدرًا كبيرًا من الطاقة وكثافة الطاقة.
يتم استخدام القطع بالتبخير بالليزر في الغالب لقطع المواد المعدنية الرقيقة للغاية والمواد غير المعدنية (مثل الورق والقماش والخشب والبلاستيك والمطاط وما إلى ذلك).
2. القطع بالصهر بالليزر
في القطع بالذوبان بالليزر، يتم استخدام تسخين الليزر لإذابة المادة المعدنية، ثم يتم رش الغاز غير المؤكسد (Ar، He، N، إلخ) من خلال فوهة متحدة المحور مع الشعاع. يتم تفريغ المعدن السائل بواسطة الضغط القوي للغاز لتشكيل شق. لا يتطلب القطع بالذوبان بالليزر تبخر المعدن بالكامل، والطاقة المطلوبة هي 1/10 فقط من القطع بالتبخر.
يتم استخدام القطع بالصهر بالليزر بشكل أساسي لقطع بعض المواد التي ليس من السهل أكسدتها أو المعادن النشطة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألمنيوم وسبائكه.
3. القطع بالأكسجين بالليزر
مبدأ القطع بالأكسجين بالليزر مشابه للقطع بالأكسجين والأسيتيلين. فهو يستخدم الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق والغازات النشطة مثل الأكسجين كغاز قطع. من ناحية، يتفاعل الغاز المرشوش مع المعدن القاطع لإنتاج تفاعل أكسدة وإطلاق كمية كبيرة من حرارة الأكسدة؛ من ناحية أخرى، يتم نفخ الأكسيد المنصهر والذوبان خارج منطقة التفاعل لتشكيل شق في المعدن. نظرًا لأن تفاعل الأكسدة أثناء عملية القطع يولد الكثير من الحرارة، فإن الطاقة المطلوبة للقطع بالأكسجين بالليزر هي نصف تلك المطلوبة للقطع بالذوبان فقط، وسرعة القطع أكبر بكثير من تلك المطلوبة للقطع بالتبخر بالليزر والقطع بالذوبان. يستخدم القطع بالأكسجين بالليزر بشكل أساسي للمواد المعدنية المؤكسدة بسهولة مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ التيتانيوم والفولاذ المعالج بالحرارة.
4. النقش بالليزر والكسر المتحكم فيه
تستخدم عملية النقش بالليزر ليزرًا عالي الكثافة في الطاقة لمسح سطح مادة هشة، مما يتسبب في تبخر المادة من خلال أخدود صغير عند تسخينها، ثم يتم تطبيق ضغط معين، بحيث تتشقق المادة الهشة على طول الأخدود الصغير. عادةً ما تكون الليزر المستخدمة في النقش بالليزر عبارة عن ليزر Q-switched وليزر CO2.
يستخدم الكسر المتحكم فيه توزيع درجة الحرارة الحاد الناتج عن الأخاديد بالليزر لتوليد إجهاد حراري محلي في المادة الهشة، مما يتسبب في كسر المادة على طول الأخدود الصغير.
سمات
بالمقارنة مع طرق القطع الحراري الأخرى، فإن الخصائص العامة للقطع بالليزر هي سرعة القطع العالية والجودة العالية. ويمكن تلخيص ذلك على النحو التالي.
⑴ جودة قطع جيدة
بفضل بقعة الليزر الصغيرة، وكثافة الطاقة العالية، وسرعة القطع السريعة، يمكن للقطع بالليزر تحقيق جودة قطع أفضل.
① شق القطع بالليزر ضيق، وجانبي الشق متوازيان وعموديان على السطح، ويمكن أن تصل دقة أبعاد الأجزاء المقطوعة إلى ±0.05 مم.
② السطح المقطوع أملس وجميل، مع خشونة سطحية تصل إلى عشرات الميكرونات فقط. يمكن استخدام القطع بالليزر حتى كعملية أخيرة دون معالجة ميكانيكية، ويمكن استخدام الأجزاء مباشرة.
③ 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، والشكل المقطعي للشق يقدم شكلًا مستطيلًا منتظمًا نسبيًا. يظهر في الجدول 1 مقارنة بين طرق القطع بالليزر والقطع بالأكسجين والأسيتيلين والقطع بالبلازما. مادة القطع عبارة عن صفيحة فولاذية منخفضة الكربون بسمك 6.2 مم.
⑵ كفاءة قطع عالية نظرًا لخصائص نقل الليزر، فإن آلة القطع بالليزر مجهزة عمومًا بطاولات عمل CNC متعددة، ويمكن التحكم في عملية القطع بالكامل بواسطة CNC. أثناء التشغيل، ما عليك سوى تغيير برنامج CNC لتطبيق قطع أجزاء بأشكال مختلفة، والتي يمكنها إجراء كل من القطع ثنائي الأبعاد والقطع ثلاثي الأبعاد.
⑶ سرعة القطع السريعة
عند قطع صفيحة فولاذية منخفضة الكربون بسمك 2 مم باستخدام ليزر بقوة 1200 وات، يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 600 سم/دقيقة؛ عند قطع صفيحة من راتنج البولي بروبلين بسمك 5 مم، يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 1200 سم/دقيقة. لا تحتاج المادة إلى تثبيتها وتثبيتها أثناء القطع بالليزر، مما يوفر كل من الأدوات والتجهيزات والوقت الإضافي للتحميل والتفريغ.
⑷ قطع بدون تلامس
أثناء القطع بالليزر، لا يتلامس شعلة القطع مع قطعة العمل، ولا يحدث تآكل للأداة. لمعالجة أجزاء ذات أشكال مختلفة، ليست هناك حاجة لاستبدال "الأداة"، فقط تحتاج إلى تغيير معلمات إخراج الليزر. تتميز عملية القطع بالليزر بضوضاء منخفضة واهتزاز منخفض وعدم تلوث.
⑸ أنواع عديدة من مواد القطع
بالمقارنة مع قطع الأكسجين والأسيتيلين وقطع البلازما، فإن مواد القطع بالليزر من أنواع عديدة، بما في ذلك المعادن، وغير المعادن، والمواد المركبة القائمة على المعادن وغير القائمة على المعادن، والجلود، والخشب والألياف. ومع ذلك، بالنسبة للمواد المختلفة، نظرًا لخصائصها الحرارية الفيزيائية ومعدلات امتصاص الليزر المختلفة، فإنها تظهر قدرة مختلفة على التكيف مع قطع الليزر. باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون، يظهر أداء قطع الليزر لمواد مختلفة في الجدول 2.
(6) العيوب: بسبب القيود المفروضة على طاقة الليزر وحجم المعدات، فإن القطع بالليزر لا يمكنه إلا قطع الألواح والأنابيب ذات السماكة المتوسطة والصغيرة، ومع زيادة سمك قطعة العمل، تقل سرعة القطع بشكل كبير.
