دستگاه برش لیزر چیست و چگونه کار می‌کند؟

برش لیزری بیش از دو دهه است که به عنوان یک فناوری صنعتی و پیشرو معرفی 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 برش و الگویی را با برش لیزری انجام داد. فرآیند برش لیزر 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 می‌کند. بسیاری از صنایع از دستگاه برش لیزر 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، باید نسبت به نحوه کارکرد، انواع و مزایای این روش اطلاعات خود را افزایش دهید.

برش لیزری چیست؟

دستگاه‌های برش لیزر عموماً از کنترل عددی کامپیوتری (CNC) و یا G-code برای هدایت پرتو بهره می‌برد. به این صورت که اپراتور ابتدا طرح برش مورد نظر را از طریق مدل CAD یا برنامه ریزی 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 و تبخیر می‌کند و با حرکت روی سطح طرح مورد نظر را برشکاری می‌نماید.

مانند هر ماشین CNC، برش لیزری نیز با دقت بالا روی محورهای X،Y و Z حرکت 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 برحسب نوع متریال زیر کار کنترل کرد. حتی این امکان وجود دارد از لنز یا آینه‌های مخصوص برای تمرکز بیشتر پرتو لیزر بهره برد.

بیشتر بخوانید: مقایسه برش لیزری فلزات و برش پلاسما فلزات

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 می شود. کیفیت پرتو تأثیر مستقیمی بر اندازه نقطه متمرکز و دقت برش دارد. باریک ترین قسمت پرتو متمرکز معمولاً کمتر از 0.3 میلی‌متر قطر دارد. بسته به ضخامت مواد، ایجاد عرض دهانه برش به اندازه 0.1 میلی‌متر 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.

روش کار برش لیزری 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 برش لیزری برای تولید قطعات مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انعطاف پذیری: برش لیزری 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 برش لیزر 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: برش لیزری بسیار سریع‌تر از روش‌های برش مکانیکی سنتی است. به همین دلیل می‌توان قطعات بیشتری را در زمان کمتر تولید کرد. این ویژگی به صرفه جویی در زمان و هزینه‌ها منجر می‌شود.
• اتوماسیون: برش لیزر 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 برش لیزر فقط پرتو نور با مواد تماس پیدا می‌کند. بنابراین، هیچ تماس مکانیکی و اصطکاکی که بتواند ابزار را مستهلک کند وجود ندارد.
• تطبیق پذیری: برش لیزر 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.

بیشتر بخوانید: آیا برش لیزر مقرون به صرفه است؟

معایب برش لیزری

از معایب برش لیزر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نیاز به تخصص: همانطور که قبلاً گفتیم، حضور یک اپراتور متخصص برای استفاده حداکثری از پتانسیل یک دستگاه برش لیزری 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: برش لیزری 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 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 هنوز 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.

بیشتر بخوانید: رفع مشکلات رایج در برش لیزر استنلس استیل

انواع دستگاه‌های برش لیزری

انواع مختلفی از دستگاه‌های برش لیزری در جهان ساخته می‌شوند. هر دستگاه مزایا و قابلیت‌های مختص به خود را دارد که برای انواع مواد قابل استفاده می‌باشند. برش لیزری گازی، فایبر و کریستال سه نوع اصلی برش لیزری 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:

1- دستگاه برش لیزر گازی

دستگاه‌های برش لیزری 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 لیزری 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 می کنند. مخلوط گاز عمدتاً شامل دی اکسید کربن و گازهای بی اثر دیگر است که هلیوم و نیتروژن، رایج ترین انواع لیزر است (دستورالعملی برای گازهای کمکی برش لیزر).

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.

2- دستگاه برش لیزر کریستال

دستگاه‌های 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 ماشین‌های برش نیاز به مهارت و تخصص بیشتری است.

3- 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. دستگاه‌های برش لیزری فایبر به شما امکان می‌دهند تا فرآیند برش را به ویژه در مواد با ضخامت کمتر از 5 میلی‌متر به شکلی سریع‌تر و تمیزتر نسبت به برش لیزری CO2 ایجاد کنید. این 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.

کاربردهای برش لیزری

دستگاه برش لیزر را می‌توان در طیف وسیعی از صنایع و مواد استفاده کرد. یکی از مهمترین کاربردهای برش لیزری، برش فلزات است. فلزات در بسیاری از کاربردهای صنعتی و حتی دکوراتیو به کار گرفته می‌شود. به عنوان نمونه‌ برش لیزر ازساخت قاب گوشی گرفته تا ساخت قطعات بدنه خودرو و حتی قطعات صنعتی بزرگ کاربرد دارد. یکی دیگر از کاربردهای قابل توجه برای برش لیزر، 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.

دستگاه برش لیزری 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 برش لیزری می‌توان به صنایع زیر اشاره کرد:

• صنعت ساختمان و معماری
• صنعت خودرو و حمل ونقل (انواع کاربرد ورق استیل در صنعت خودروسازی)
• صنعت مبلمان و دکوراسیون
• صنایع برق و الکترونیک
• صنعت تبلیغات
• صنعت کاغذ و بسته بندی
• صنعت چوب و معرق کاری
• ساخت جواهرات (مزایا و معایب فولاد ضد زنگ در جواهر سازی)

برای آشنایی بیشتر با کاربرد برش ورق استیل در صنایع ساختمانی و معماری، مطالب زیر را بخوانید:

• 5 بنای خیره کننده با نمای استیل
• آشنایی با آلیاژهای فولاد ضد زنگ برای پروژه‌های معماری
• طرح‌های مدرن ورق سقفی استیل با برش لیزر برای خانه
• پنج کاربرد دیگر برش لیزر ورق استیل برای دکوراسیون

کلام آخر

دستگاه‌های برش لیزر در حال حاضر تقاضای زیادی دارند زیرا بهره وری و دقتی که با دستگاه برش لیزر 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. برای دریافت خدمات، شرایط کار، لیست قیمت و موارد دیگر با تیم پشتیبانی مجموعه استیل رخ تماس بگیرید.