دستگاه حكاكي ليزري

تكنولوژي برش ليزري  توسط دستگاه حكاكي ليزري ، امروزه داراي تنوع كاربرد وسيع در صنايع گوناگون مي باشد . صنايع گوناگوني شامل صنايع تولد پوشاك ، صنايع خودرو سازي،صنعت چرم و صنايع وابسته ، موسسات تحقيقاتي و نمونه سازي ، مهندسي ، چوپ و دكور ، تابلو سازي ، صنايع سنگ و ... از جمله مصرف كنندگان اين تكنولوژي هستند.

با توجه به نوع صنعت و نياز مصرف كنندگان ، دستگاه برش يا حكاكي ويژه اي مورد استفاده قرار مي گيرد.

دستگاه هاي برش ليزري به دو گروه عمده صنايع فلزي و غير فلزي تقسيم مي گردند. دستگاه هاي هر گروه نيز با توجه به نوع كاربرد با توان ها و قابليت هاي مختلفي توليد مي گردند.به عنوان نمونه نوع دستگاه برش ليزري و قدرت مورد استفاده آن در صنايع چرم و كيف با صنعت چوب و حكاكي متفاوت مي باشد.

تيوپ ليزر دستگاه حكاكي ليزري در توان ها و عمر مفيد گوناگوني توليد مي گردند . از جمله 40، ۸۰  ، ۱۰۰ ، ۱۳۰  ، ۲۰۰ وات و .. با عمر مفيد 3000 ، 7000 و 10000 ساعت كار مي توان نام برد.

تيوپ ليزر نصب شده بر روي دستگاه ها قابل تعويض و ارتقاء مي باشد به شرط آنكه پاور تغديه دستگاه توانايي پشتيباني از تيوپ ليزر هاي قوي تر را دارا باشد.

از فاكتور هاي مهم و تعيين كننده در قيمت و كيفيت يك دستگاه برش يا حكاكي ليزري علاوه بر تيوپ ليزر ، نوع مادربرد و نوع و قابليت ميز كار مورد استفاده در آن و همچنين توان سيستم خنك كننده آن ( چيلر ) مي باشد. مادر برد هاي جديد داراي قابليت هايي چون كنترل دقيق و پيش نمايش انجام كار و خطا يابي خودكار مي باشند و همچنين به علت دارا بودن قابليت هاي نرم افزاري پيشرفته ، كنترل كاربر را كمتر و سيستم به صورت تمام خودكار ، تمام مراحل و فرايند كار را كنترل مي نمايد.  . نوع چيلر و تناسب قدرت خنك كنندگي آن با توان تيوپ ليزر هم از عوامل تاثير گذار در كارايي و قيمت يك دستگاه ليزر به شمار مي رود.

و نكته آخر و مهم  اينكه تمام دستگاه هاي  دستگاه حكاكي ليزري  كه با عنوان يا نام هاي گوناگون ولي با توان و قدرت برابر و با يك نوع تيوپ ليزر در بازار عرضه مي گردند، از لحاظ كيفيت در برش و حكاكي همانند يكديگر مي باشند و عامل تعيين كننده يا متمايز كننده قيمت دستگاه ها ، 1- آپشن هاي اضافي نصب شده در دستگاه  2-مقدار تعهد و خدمات پس از فروش فروشنده 3- مقدار سودي است كه واردكننده يا فروشنده براي خود در نظر مي گيرد مي باشد.

دستگاه حكاكي ليزري فناوري است كه در آن از اشعه ليزر براي برش اجسام استفاده مي‌شود؛ و نوعاً از اين فناوري در زمينه صنعت استفاده مي‌شود.

برش ليزري توسط استعمال اشعه ليزر از يك خروجي قوي ليزر روي اجسامي كه مي‌خواهند بريده شوند انجام مي‌شود. قسمتي از جسم مورد نظر كه بريده مي‌شود يا آب مي‌شود يا مي‌سوزد يا تصعيد مي‌شود و توسط فشار گاز از روي جسم پاك مي‌شود. و سر انجام سطح بريده شده با كيفيت خيلي عالي بريده مي‌شود.

ليزرچيست ؟ 

ليزر تكنولوژي اي است كه توسط تقويب اپتيكي بر پايه تابش گسيل برانگيختگي، (ترجمه فارسي عبارت انگليسي Light Amplification by Stimulated Emission Radiation), نور توليد مي كند. ساده ترين ساختار توليد ليزر شامل دو آينه است كه به صورت موازي روبروي هم قرار گرفته اند به گونه اي كه يك نوسان ساز را تشكيل مي دهند، با ايجاد يك محيط فعال بين آينه كه روند تابش و بازتابش بين آن دو را تقويت كند عمل ليزش اتفاق مي افتد.

انواع ليزر :

ليزر انواع مختلفي مانند ليزر گازي، ليزر شيميايي، ليزر راديواكتيو، ليزر جامد، ليزر فيبري و … دارد، اما در ليزر صنعتي تنها از دو نوع آن يعني ليزر گازي و جامد استفاده مي شود.

ليزر هاي صنعتي جامد و گازي نيز هر كدام به انواع مختلفي تقسيم مي شوند،

در ميان انواع ليزر هاي صنعتي گازي، ليزر صنعتي CO2 بيشترين كاربرد را داشته و از آن براي برش و حكاكي انواع مواد مختلف مانند چوب، پلكسي گلاس، شيشه، پارچه و … استفاده مي شود و محبوب ترين ليزر در صنعت است.

ليزر صنعتي جامد نيز بيشتر ليزر ياگ است كه براي حكاكي و برش فلزات از آن استفاده مي شود.

دستگاه ليزر CNC كه از اين تكنولوژي استفاده مي كنند را مي توان به دو بخش تقسيم كرد.

دستگاه ليزر فلزات

دستگاه ليزر غير فلزات

اين دستگاه ها با هدايت كامپيوتري و توسط ليزري كه از آنها متساطع مي شود عمليات مختلفي مانند برش ليزري، حك ليزري و  دستگاه حكاكي ليزري  را انجام مي دهند. اين دستگاه ها مزاياي زيادي دارند، مثلاً سرعت بسيار بالايي دارند و با توجه به هدايت شدن توسط كامپيوتر، خروجي هاي كاملاً يكساني دارند. ليزر صنعتي در صنايع مختلفي مانند صنايع نظامي، ساختماني، هوافضا، پزشكي، آزمايشگاهي و پژوهشي، ارتباطاتي، فيزيك، شيمي و … كاربرد دارد.

مهم ترين ويژگي هاي اين دستگاه ها عبارتند از :

 سرعت بالاي برش و حكاكي

دقت بالا در فرآيندهاي  برش و حكاكي

عدم نياز به دخالت دست

سهولت تبديل طرح طراحي شده به محصول

انعطاف پذيري بالا

امكان كار بر روي طيف وسيعي از مواد

در ادامه بيشتر با دستگاه حكاكي ليزري آشنا خواهيم شد. 

دستگاه حكاكي ليزري فناوري است كه در آن از اشعه ليزر براي برش اجسام استفاده مي‌شود؛ و نوعاً از اين فناوري در زمينه صنعت استفاده مي‌شود. برش ليزري توسط استعمال اشعه ليزر از يك خروجي قوي ليزر روي اجسامي كه مي‌خواهند بريده شوند انجام مي‌شود. قسمتي از جسم مورد نظر كه بريده مي‌شود يا آب مي‌شود يا مي‌سوزد يا تصعيد مي‌شود و توسط فشار گاز از روي جسم پاك مي‌شود. و سر انجام سطح بريده شده با كيفيت خيلي عالي ايجاد مي‌شود.ليزر صنعتي در صنايع مختلفي مانند صنايع نظامي، ساختماني، هوافضا، پزشكي، آزمايشگاهي و پژوهشي، ارتباطاتي، فيزيك، شيمي و ... كاربرد دارد.

تاريخچه 

در‌سال ۱۹۶۵ اولين دستگاه حكاكي ليزري براي ايجاد سوراخ در قالب‌هاي الماس استفاده شده است. اين دستگاه توسط مركز تحقيقات Western Electric Engineering ساخته شد. در سال‌۱۹۶۷‌ بريتانيا در ساخت دستگاه برش‌ليزري به كمك جت اكسيژن براي برش فلزات پيش‌گام شد. در اوايل سال‌۱۹۷۰ اين تكنولوژي در كاربرد‌هاي هوافضا براي برش تيتانيم به‌كار گرفته‌ شد.‌ در‌ همان موقع ليزر‌هاي CO2 براي برش غير فلزات مانند:پارچه و ... به‌كار گرفته شد؛‌ چراكه در آن زمان ليزر CO2 به اندازه كافي براي غلبه بر هدايت حرارتي فلزات قدرت‌مند نبود.

نحوه‌ي عملكرد

اشعه‌ي ليزر از طريق تحريك مواد مولد ليزر توسط تخليه‌ي الكتريكي يا تابش يك لامپ در يك محفظه بسته توليد مي شود. با تحريك ماده‌ي مولد ليزر پرتو با استفاده از تكه‌هاي آينه منعكس مي شود تا انرژي لازم براي تبديل شدن به يك جريان نور‌تك‌رنگ‌منسجم را به دست آورد. آينه يا فيبر نوري معمولا براي هدايت نور منسجم به لنز دستگاه استفاده مي شود. اين لنز در نقطه‌ي كاري دستگاه متمركز شده است. باريك ترين قسمت پرتو متمركز شده قطري كمتر از ۰/۳۲‌ميلي‌متر دارد.

مزاياي برش ليزري

سهولت در به‌كارگيري، كيفيت و تميزي(عدم وجود لبه هاي اضافي در قسمت هاي برش خورده) محصول نهايي از مزاياي استفاده از برش ليزري به جاي برش هاي مكانيكي و سنتي است. از آنجايي كه از ابتداي شروع عمليات برش تا پايان كار، پرتو ليزر به صورت مداوم و يكنواخت عمل برش را انجام مي‌دهد، دقت كار افزايش مي‌يابد.

دستگاه برش پلاسما

احتمال تاب برداشتن ماده در برش‌ ليزر بسيار كم است چون، ناحيه‌ي موثر حرارتي در اين فرآيند بسيار كوچك مي‌باشد.

دستگاه حكاكي ليزري به علت دقت بالا‌تر و مصرف انرژي كمتر در هنگام برش، مزيت بيشتري نسبت به برش پلاسما دارد. با اين وجود اغلب دستگاه هاي برش ليزري‌ نمي‌توانند ضخامتي بيشتر از ضخامت برش دستگاه هاي پلاسما را برش دهند.امروزه دستگاه‌هاي برش ليزري قوي‌تري نيز در حال توليد است تا بتوانند ضخامت هاي بيشتري را برش دهند اما هزينه‌ي تمام شده‌ي اين دستگاه ها بيشتر از دستگاه هاي برش پلاسما است.

انواع ليزر هاي مورد استفاده در دستگاه حكاكي ليزري

ليزر‌ها انواع مختلفي مانند ليزر گازي، ليزر شيميايي، ليزر راديواكتيو، ليزر جامد، ليزر فيبري و ... دارند، اما در صنعت از دو نوع ليزر هاي گازي و جامد استفاده مي‌شود. ليزر هاي پركاربرد استفاده شده در دستگاه‌هاي برش ليزر صنعتي عبارتند از:

۱) ليزر CO2 كه براي برش،حكاكي و تضعيف ماده مناسب است.

۲)ليزر هاي نئوديميم(Nd) و ليزر‌هاي نئوديميم-ايتريم-آلومينيوم-گارنت(Nd-YAG) مي‌باشند.اين دو ليزر سبك و روشي يكسان دارند و تفاوت آنها در كاربردشان مي‌باشد. ليزر Nd براي تضعيف ماده و در مواقعي كه قدرت زياد و تكرار پذيري بالا مد‌نظر است به كار مي‌رود. ليزر Nd-YAG براي تضعيف ماده و حكاكي روي قطعه و در مواقعي كه قدرت بسيار زياد مورد نياز است، استفاده مي‌شود.

هرسه نوع ليزر ياد شده را مي‌توان براي جوشكاري نيز استفاده كرد.

ليزر CO2 براي برشكاري صنعتي بسياري از مواد از جمله فولاد، آلومينيوم، فولاد ضدزنگ، تيتانيم، كاغذ، موم، پلاستيك، چوب و پاچه استفاده مي‌شود. ليزر YAG در درجه‌ي اول براي برش و حكاكي فلزات و سراميك ها استفاده مي‌شود.

ژنراتور دستگاه ليزر و اپتيك خارجي(لنز فوكوس كننده) نياز به خنك كاري دارند. بسته به اندازه و پيكربندي دستگاه، گرماي اضافي ممكن است مستقيما و يا توسط يك خنك كننده به هوا منتقل شود. معمولا از آب به عنوان خنك كننده استفاده مي‌شود كه توسط سيستم خنك كننده به گردش در مي‌آيد.

ليزر هاي پيشرفته تر

دستگاه حكاكي ليزري Microjet هدايت پرتو‌ ليزر به وسيله‌ي جت آب است. در اين دستگاه پرتو ليزر با جت آب كم فشار همراه است. ليزر وظيفه اصلي برش را برعهده دارد درحالي كه جت آب پرتو ليزر را هدايت مي‌كند. عمل هدايت پرتو از طريق بازتاب داخلي كلي انجام مي‌شود. مانند آنچه كه در فيبر نوري اتفاق مي‌افند. در اين روش، آب علاوه بر از بين بردن اثرات تخريبي ناشي از برش،‌ سطح ماده را نيز خنك‌كاري مي‌كند كه ازجمله مزاياي اين روش به حساب مي‌آيد

ليزر فيبر، يك نوع از ليزر هاي حالت جامد است كه به سرعت در صنعت برش فلز در حال رشد است. برخلاف ليزر CO2 تكنولوژي فيبر با بهره‌گيري ازمحيط جذب جامد به عنوان گاز يا مايع مخالف عمل مي‌كند. دانه‌ي ليزر پرتو‌ي ليزر را توليد مي ‌كند و پس از آن پرتو در الياف شيشه‌اي(Glass Fiber) تقويت مي‌شود. با طول موجي در حدود ۱/۰۶۴ ميكرومتر ليزر فيبر، نقطه اثر بسيار كوچكي(۱۰۰ برابر كوچكتر از نقطه‌ي اثر ليزر CO2 ) ايجاد مي‌كند كه اين نوع ليزر را براي برش مواد فلزي‌ بازتابنده ،موثر مي‌سازد.

انواع روش‌هاي برش فلزات توسط ليزر 

روش هاي مختلفي در برش با استفاده از ليزر وجود دارد.برخي از اين روش‌ها عبارتند از:

۱) تبخير ماده

۲) ذوب ماده به همراه دميدن گاز پرفشار

۳) سوزاندن

۴) ايجاد شكاف به وسيله تنش‌هاي حرارتي

۵) برش سرد

برش تبخيري: در اين روش حرارت پرتو متمركز شده،‌دما‌ي نقطه اثر رابه دما‌ي نقطه‌ي جوش مي‌رساند و موجب تبخير ماده و ايجاد حفره مي‌شود. اين روش براي برش موادي استفاده مي‌شود كه ذوب نمي‌شوند مانند:چوب، كربن و پلاستيك‌هاي ترموست.

برش ذوبي به همراه دميدن گاز پرفشار: در اين روش ابتدا پرتو‌ي ليزر، ماده مورد نظر را در نقطه‌ي كاري به دماي نقطه‌ ذوب مي‌رساند. بلافاصله با استفاده از جريان پر‌فشار يك گاز(معمولا هوا) به نقطه‌ي مورد نظر ضربه اي وارد شده و باعث ريزش مواد ذوب شده از روي جسم مورد نظر مي‌شود. در اين روش نيازي به بالا بردن دما به اندازه اي بيشتر از نقطه‌ي ذوب ماده نيست در نتيجه دستگاه قدرت مصرفي كمتري دارد. از اين روش عموما براي برش فلزات استفاده مي‌شود.

برش با ايجاد شكاف به وسيله تنش‌هاي حرارتي:مواد ترد به شكستگي حرارتي حساس مي‌باشند. از اين ويژگي مواد ترد در روش ياد شده استفاده مي‌شود.اشعه‌ي ليزر روي سطح ماده متمركز شده و باعث ايجاد حرارت موضعي و انبساط حرارتي مي‌شود. اين عمل باعث ايجاد شكاف در ماده شده و با حركت دادن پرتو مي‌توان آن را هدايت كرد تا برش مد نظر اتفاق بيفتد.اين روش عموما براي برش ليزري شيشه ها و مواد شيشه مانند استفاده مي‌شود.

مصرف انرژي

مهمترين اشكال دستگاه حكاكي ليزري  مصرف زياد برق آن‌ها است. بازدهي ليزر‌هاي صنعتي چيزي در حدود ۵ تا ۴۵ درصد است مقدار قدرت مورد نياز براي برش ليزر در يك كار بخصوص به نوع ماده، ضخامت، روش مورد استفاده و نرخ برش مدنظر، بستگي دارد.