نمونه کار برش لیزر با دستگاه سی ان سی CNC
هر فرایند برش لیزی می تواند قطعاتی را با دقت ، دقت و پرداخت‌های لبه‌ای با کیفیت بالا و به طور کلی با آلودگی مواد، آسیب فیزیکی و ضایعات کمتر نسبت به سایر فرآیندهای برش معمولی مانند برش مکانیکی و برش واترجت تولید کند. با این حال، در حالی که برش لیزری مزایای خاصی را نسبت به فرآیندهای برش معمولی نشان می دهد، برخی از کاربردهای تولیدی مانند برش مواد بازتابنده یا موادی که نیاز به ماشینکاری و تکمیل کار ثانویه دارند، می توانند مشکل ساز باشند. الزامات و مشخصات مورد نیاز یک برنامه برش خاص به عنوان مثال، مواد و خواص آنها، محدودیت های مصرف انرژی و توان، تکمیل ثانویه و غیره به تعیین مناسب ترین نوع فرآیند برش برای استفاده کمک می کند. در حالی که هر فرآیند برش مزایا و معایب خود را دارد، این مقاله بر برش لیزری تمرکز دارد و اصول اولیه فرآیند برش لیزری و اجزاء و مکانیک لازم دستگاه برش لیزر را بیان می‌کند. علاوه بر این، این مقاله به بررسی روش‌ها و کاربردهای مختلف برش لیزری، مزایا و محدودیت‌های فرآیند، و مقایسه بین برش لیزری و انواع دیگر فرآیندهای برش می‌پردازد.
دستگاه و فرآیند برش لیزری
برش لیزر یک فراینده ساخت و مبتنی بر حرارت است که برای مواد فلزی و غیرفلزی مناسب است. برای اینکه فرآیند برش لیزری بدون مشکل و با ظرفیت بهینه اجرا شود، عوامل مختلفی باید در نظر گرفته شود، مانند پیکربندی و تنظیمات دستگاه برش لیزر CNC، ماده برش داده شده و خواص آن، و نوع لیزر و گاز کمکی استفاده شده.
بررسی اجمالی اجزای دستگاه لیزر و مکانیک
بر خلاف برش مکانیکی که از ابزارهای برش و تجهیزات برقی استفاده می کند و برش واترجت که از آب تحت فشار و مواد ساینده استفاده می کند، برش لیزری از یک دستگاه برش لیزری برای تولید برش ها، حکاکی ها و نشانه ها استفاده می کند. در حالی که ماشین‌های برش لیزری از مدلی به مدل دیگر و کاربرد به کاربرد متفاوت هستند، راه‌اندازی معمولی شامل مجموعه تشدیدگر لیزری، آینه‌ها و سر برش لیزری است که شامل یک لنز متمرکز لیزر، یک مجموعه گاز تحت فشار و یک نازل است. فرآیند اصلی برش لیزری شامل این مراحل هستند. 1. تولید پرتو. 2. تمرکز پرتو. 3. گرمایش و ذوب موضعی. 4. بیرون ریختن مواد. 5. حرکت پرتو
هر مرحله از فرآیند برش لیزری جدایی ناپذیر است و هنگامی که به درستی اجرا شود، یک برش دقیق ایجاد می کند.
نسل پرتو
واژه لیزر از مخفف LASER یا Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation گرفته شده است. اساساً، این مخفف اصول اولیه تولید لیزر تحریک و تقویت را خلاصه می کند. همراه با این اصول، تشدید کننده لیزر از فرآیندهای گسیل خود به خود و انتشار تحریک شده برای تولید یک پرتو نور با شدت بالا استفاده می کند که هم از نظر فضایی و هم از نظر طیفی منسجم است (یعنی یک پرتو لیزر). جایی که P نشان دهنده قدرت پرتو لیزر اولیه است و πr2 نشان دهنده سطح مقطع پرتو است. همانطور که لنز پرتو لیزر را متمرکز می کند، شعاع (r) پرتو کاهش می یابد. این کاهش شعاع، سطح مقطع تیر را کاهش می دهد، که به نوبه خود شدت آن را افزایش می دهد، زیرا اکنون قدرت آن در سطح کوچکتری توزیع می شود.
گرمایش و ذوب موضعی و خروج مواد
همانطور که پرتو به سطح ماده برخورد می کند، مواد تشعشع را جذب می کند و انرژی داخلی را افزایش می دهد و گرما تولید می کند. شدت بالای پرتو لیزر به آن اجازه می دهد تا یک ناحیه موضعی از سطح قطعه کار را گرم، ذوب و تا حدی یا به طور کامل تبخیر کند. ضعیف شدن و حذف ناحیه آسیب دیده مواد برش های مورد نظر را تشکیل می دهد. گاز کمکی که در سر برش لیزری سیفون شده و به صورت کواکسیال به پرتو متمرکز می‌رود، برای محافظت و خنک کردن لنز فوکوس استفاده می‌شود و ممکن است برای بیرون راندن مواد ذوب شده به بیرون استفاده شود. عرض ماده برداشته شده و برش تولید شده - و از فرآیند برش پشتیبانی کنید. برش لیزری از چندین نوع مکانیزم برش و حذف مواد استفاده می کند، از جمله برش ذوبی، برش تخریب شیمیایی، برش تبخیر، خط زدن و برش اکسیداسیون. برش فیوژن: که به آن برش مذاب گاز بی اثر یا برش گاز بی اثر نیز گفته می شود، برش فیوژن توسط دستگاه های برش لیزر CO2 و Nd:YAG استفاده می شود. پرتو لیزر تولید شده توسط دستگاه برش قطعه کار را ذوب می کند و مواد ذوب شده توسط یک جت گاز کمکی به کار رفته از ته قفسه خارج می شود. گاز کمکی و فشار گاز کمکی به کار گرفته شده به نوع ماده بریده شده بستگی دارد، اما گاز بی اثر همیشه بر اساس عدم واکنش شیمیایی آن نسبت به ماده انتخاب می شود. این مکانیزم برای برش لیزری اکثر فلزات و ترموپلاستیک ها مناسب است. تخریب شیمیایی: تجزیه شیمیایی توسط دستگاه های برش لیزر CO2 استفاده می شود و برای برش لیزری پلیمرهای ترموست و مواد آلی مانند چوب مناسب است. از آنجایی که مواد ترموست و آلی در هنگام اعمال گرما ذوب نمی شوند، پرتو لیزر در عوض مواد را می سوزاند و به کربن و دود تبدیل می شود. برش تبخیری: برش تبخیری توسط دستگاه های برش لیزر CO2 استفاده می شود و به دلیل نزدیک بودن نقطه ذوب و جوش برای موادی مانند اکریلیک و پلی استال برش لیزری مناسب است. از آنجایی که لیزر تبخیر مواد در طول برش تبخیر می شود، لبه تولید شده به طور کلی براق و صیقلی است. خط زدن: خط زدن توسط دستگاه‌های برش لیزر CO2 و Nd:YAG برای ایجاد شیارها یا سوراخ‌هایی با نفوذ جزئی یا کامل، معمولاً روی سرامیک‌ها یا تراشه‌های سیلیکونی استفاده می‌شود. این شیارها و سوراخ ها امکان شکستن مکانیکی در امتداد خطوط ساختاری ضعیف را فراهم می کنند. برش اکسیداسیون: که به آن برش اکسیژن شعله نیز گفته می شود، برش اکسیداسیون توسط دستگاه های برش لیزر CO2 و Nd:YAG استفاده می شود و برای برش لیزری فولادهای نرم و کربنی مناسب است. برش اکسیداسیون یکی از نمونه‌های مکانیزم برشی برشی مذاب گاز راکتیو است که به طور خاص از گازهای کمکی واکنش‌پذیر شیمیایی استفاده می‌کند. همانند بی اثری، واکنش پذیری یک گاز کمکی نسبت به ماده بریده شده است. همانطور که از نامش پیداست، برش اکسیداسیون از اکسیژن به عنوان گاز کمکی استفاده می کند که به طور گرمازایی با مواد واکنش می دهد. گرمای تولید شده فرآیند برش را تسریع می‌کند و لبه‌ای مذاب اکسید شده تولید می‌کند که می‌تواند به راحتی توسط یک جت گاز حذف شود تا لبه‌ای تمیزتر و برش لیزری ایجاد شود.
