قطع المعادن بالليزر

يمكن قطع مجموعة واسعة من المواد مثل الخشب والأحجار الكريمة مثل الماس والتيتانيوم والصلب والمعادن العاكسة والزجاج والبلاستيك والسيليكون وما إلى ذلك، بأي سمك، أو النقش عليها أو تصنيعها. فتحة تقوم هذه العملية بذلك عن طريق تركيز شعاع الليزر على النقاط التي يجب إجراء القطع فيها وتوفير إخراج دقيق وسلس عن طريق إنشاء ثقوب أولاً باستخدام شعاع الليزر في موقع القطع، ثم يستمر الشعاع في طول الثقوب. يقوم الليزر بشكل أساسي بإذابة المادة التي يمر من خلالها، لذا فهو يشبه الذوبان أكثر من القطع. يمكن استخدام الحزم على شكل نبضات أو موجات مستمرة لقطع المعادن بالليزر. تقوم كل نبضة بتطبيق شعاع الليزر على موقع القطع لفترة قصيرة من الزمن، بينما يقوم الليزر الموجي بذلك بشكل مستمر. اعتمادًا على المعدن الذي تعمل به، يمكنك التحكم في شدة الشعاع وطوله وإخراج الحرارة، ويمكنك أيضًا استخدام مرآة أو عدسة خاصة لتركيز شعاع الليزر بشكل أكبر. بفضل هذه المرافق، يتم التحكم في عملية القطع إلى حد أنه يمكن إنشاء شقوق بقطر 0.1 ملم بمساعدة القطع بالليزر. في قطع المعادن بالليزر، يتم استخدام شعاع ليزر عالي الطاقة، والذي يتم توجيهه بصريًا وبتحكم رقمي بالكمبيوتر (CNC) نحو المادة. عادةً، تستخدم هذه العملية نظام التحكم في الحركة لاتباع كود CNC الخاص بالنموذج الذي سيتم قطعه على المادة. يتم إنشاء شعاع الليزر المستخدم عن طريق إثارة أشعة الليزر من خلال تفريغات كهربائية أو مصابيح داخل حاوية مغلقة. يتم تضخيم الأشعة عن طريق الانعكاس الداخلي من خلال المرآة لإنشاء تيار من الضوء أحادي اللون المتماسك. يتم تركيز هذا الضوء على منطقة العمل عن طريق المرايا أو الألياف الضوئية التي توجه الشعاع من خلال العدسة. في الحالات التي يكون فيها من الضروري بدء عملية القطع من نقطة أخرى غير حواف الصفائح المعدنية، يتم استخدام عملية الحفر، حيث يقوم الليزر النبضي عالي الطاقة بإنشاء ثقب في المادة، على سبيل المثال، مع 5 نبضة مدتها 5 ثواني يمكن قطع لوح من الفولاذ المقاوم للصدأ أحدث ثقبا في الجرس السميك (13 ملم).

أثناء عملية قطع الاندماج، يتم استخدام غاز خامل (النيتروجين عادة) لطرد المادة المنصهرة من القشرة. لا يتفاعل غاز النيتروجين مع المادة المنصهرة وبالتالي لا يساهم في الطاقة المدخلة.

أثناء عملية القطع باللهب، يتم استخدام الأكسجين كغاز مساعد. بالإضافة إلى ممارسة القوة الميكانيكية على المادة المنصهرة، يخلق الأكسجين تفاعلًا طاردًا للحرارة يزيد من مدخلات الطاقة إلى العملية.

أثناء عملية القطع عن بعد، يتم تبخير (صهر) المواد جزئيًا بواسطة شعاع ليزر عالي الكثافة وتقطيعها إلى صفائح رقيقة بدون غاز مساعد.

في عملية القطع بالليزر بمساعدة غاز الأكسجين، يمر التدفق عبر خليط الغاز. يعد نوع تدفق الغاز عاملاً مؤثرًا في أداء الليزر. تشمل الأنواع الشائعة من ليزر الأكسجين التدفق المحوري السريع والتدفق المحوري البطيء والتدفق العرضي واللوح. يستخدم التدفق المحوري السريع خليطًا من ثاني أكسيد الكربون والهيليوم والنيتروجين بسرعة عالية بواسطة توربين أو منفاخ. تستخدم أشعة الليزر ذات التدفق المتقاطع منفاخًا بسيطًا لتدوير خليط الغاز بمعدل أبطأ، بينما تستخدم رنانات الألواح أو الانتشار مجال غاز ثابت لا يتطلب ضغطًا أو أدوات زجاجية. اعتمادًا على حجم النظام وتكوينه، يتم استخدام طرق مختلفة لتبريد مولد الليزر والبصريات الخارجية. ويمكن نقل الحرارة المهدورة مباشرة إلى الهواء، ولكن عادة ما يتم استخدام المبرد. الماء هو مبرد شائع الاستخدام ويتم تداوله غالبًا من خلال نظام نقل الحرارة أو المبرد. مثال على المعالجة بالليزر المبرد بالماء هو نظام الليزر microjet، الذي يجمع بين شعاع ليزر نابض ونفث ماء منخفض الضغط لتوجيه الشعاع بنفس طريقة الألياف الضوئية. يزيل الماء البقايا ويبرد المادة. أصبحت ليزرات الألياف شائعة جدًا لهذا الغرض في صناعة قطع المعادن بالليزر. تستخدم هذه التقنية مادة مضافة صلبة بدلاً من السائل أو الغاز. يتم تضخيم الليزر في الألياف الزجاجية لإنتاج شعاع أصغر بكثير من ذلك الذي يتم الحصول عليه بتقنيات الأكسجين، وهو مناسب تمامًا لقطع المعادن العاكسة.