تاریخچه دستگاه های برش لیزر و برش فلزات
آشنایی با انواع دستگاه برش لیزر
ژوئن 28, 2021
مزیت برش لیزر نسبت به واترجت
دسامبر 4, 2021از نظریه انیشتین در مورد علاقه الکترون ها به بازگشت به مدارخود وآزاد کردن انرژی نورانی تا استفاده از لیزر به عنوان برش دهنده زمان زیادی گذشت. تاریخچه برش لیزر مشمول تجارب مختلفی است؛ اما در 1967 در انگلستان ورق فولاد با لیزر CO2 برش داده شد و قدرت و ظرافتش، باعث توسعه استفاده از برش لیزر در موارد مختلف صنعتی از جمله خدمات برش لیزر لوله شد.
تاریخچه دستگاه های برش لیزر و برش فلزات
اولین بار آلبرت انیشتین در سال 1916 میلادی در مقاله ای عنوان کرد که الکترون های در حال گردش به دور پروتون هسته عناصر، در صورت خارج شدن از مدار طبیعی خود تمایل به برگشت به حالت عادی دارند. در نتیجه الکترونی که تحریک شده و از مدار خود خارج شده تحت شرایط برگشت به مدار طبیعی خود انرژی آزاد کرده و این انرژی به صورت بسته های فوتون نوری خواهد بود. نظریه انیشتین هر چند در آن سال ها وارد مرحله صنعتی نشد اما تئوری آزاد شدن نور و امکان تمرکز آن نور در شرایط خاص پایه ای برای تجهیزاتی شد که ابتدا محرمانه مورد استفاده قرار می گرفت و در زمانی که وارد عرصه صنعت شد؛ نحوه کنترل و استفاده از این انرژی نیز با دستگاه های کنترل و هدایت لیزر توسعه یافت.
پرتوهای لیزر در سال 1960 ایجاد شدند، اما در سال 1963 بود که کومار پاتل فناوری برش لیزر گازی را با استفاده از CO2 اختراع کرد و فرآیند برش لیزری را ارزان‌تر و کارآمدتر کرد. تلاش‌های پاتل به صنعت اجازه داد تا در سال 1965 به لیزرها یک کاربرد عملی بدهد و بعد ها، در سال 1967، به لطف پیتر هولدکرافت، که اولین نازل برش لیزری را با کمک گاز توسعه داد و امکان برش ورق فولادی به ضخامت 1 میلی متر فراهم شد.
اولین دستگاه برش لیزر
هر چند هنوز فناوری های مرتبط با لیزر به ویژه برش فلزات، جدید به نظر می آیند اما اولین کار عملی و اجراء شده در سال 1967میلادی در موسسه ای زیر نظر دانشگاه کمبریج در انگلستان انجام شد. اولین عملکرد ثبت شده و دارای تصویر قابل ارائه که در آن از لیزر متمرکز CO2 و گاز کمکی اکسیژن با توان 300وات برای برش ورق فولاد به صورت موفقیت آمیز انجام شد. جالب است که نوع فعالیت، برش بر روی فلز و از نوع لیزر گازی بود که هنوز نیز در بازار سهم عمده ای از برش لیزر را برش گازی به خود اختصاص می دهد و سهم زیادی از خدمات برش لیزر نیز متعلق به خدمات برش لیزر لوله و پروفیل هاست.
لیزر SERL دارای پنج بخش و به طول ده متر بود که منبع تغذیه الکتریکی با جریان برق مستقیم45 میلی آمپری با یک جفت کنترل خروجی ژرمانیوم و یک آینه صیقلی در عقب از جنس فولاد ضد زنگ و با توان خروجی 300 وات بود.
برای تولید دستگاه های برش لیزر سریع با همین روال جریان محوری با CO2 آزمایش هایی انجام شد، ابتدا سعی شد با حذف استیمر ها به جریان لیزر سرعت داده شود.
در آزمایش های بعدی برای بهبود عملکرد دستگاه های برش لیزر جریان محور جهت فعالیت به سمت بهبود نوع الکترود ها و جریان گاز و نوع آن و قطر نازل آزمایش و تغییراتی اعمال شد تا توان خروجی قدرت پرتو لیزری بهبود یابد.
پروفسور بیل استون در مقدمه کتاب خود به نام “روند لیزر به عنوان انرژی نورانی ساطع” می گوید از سال 1960 و اختراع و ثبت لیزر و آزمایشات برش لیزری، ما وارد انقلاب جدیدی در صنعت شده ایم و اگر شما مقطع و نوآوری بهتری را به عنوان انقلاب صنعتی نوین در این حیطه سراغ دارید، عنوان کنید.
توسعه و پیشرفت در انواع لیزر
توسعه فناوری های مرتبط با لیزر در زمینه های متعددی رشد و توسعه یافتند. در طب و پزشکی در بخش جراحی با چاقو ها و برش های لیزری، عمل های سخت با کمک این فناوری آسان تر گشت. در اندازه گیری و تعیین مسافت نیز به دلیل ماهیت لیزر به کار گرفته شد. در زمین شناسی و شناسائی لایه های مختلف آن؛ در هنر و صنایع مرتبط با آن از جمله لیتوگرافی و هولوگرام ها و تصاویر سه بعدی لیزری نیز بهره برداری دارند. در درمان سرطان با پرتو درمانی و موارد متعدد دیگر؛ حتی در اسباب بازی های مختلف نام لیزر و کاربرد های آن دیده و شنیده می شود.
در این مطلب با توجه به آزمایشات اولیه با لیزر که اتفاقا برای برش فلز انجام شد و موفقیت آمیز بود؛ توجه ما به روند تاریخی این نوع از لیزر و سیر تطور و تحول آن است. برای بررسی همه انواع لیزر و کاربرد هایش نیاز به دانشنامه ای مفصل است.
توسعه دستگاه های برش لیزر و خدمات برش لیزر لوله
انواع مختلفی از لیزرها بر اساس تجربیات اولیه لیزر گازی دی اکسید کربنی طراحی و توسعه یافتند و نمونه های های پیشرفته تر بر روی نوع نازل یا هد لیزر تغییراتی را اعمال کردند و یا حالت گازی دی اکسید کربن را کلا به ماده دیگر مانند پشم شیشه و نوع جامد تبدیل کردند ولی اساس ایده لیزر تغییری نکرد و تنها نحوه به کار بردن و ظرافت در کار و انواع استفاده های اختصاصی از هر ابزار متفاوت شد. در دسته بندی هایی می توان ابتدا اساس ماده تحریک شونده لیزر ها به لیزر های گازی، جامد، رادیو اکتیو و لیزرهای فایبر یا فیبری و مختلط تقسیم بندی کرد و کاربرد هر کدام نیز به این ترتیب اند.
لیزر های CO2: بیشترین کاربرد را در خدمات برش لیزر لوله و پروفیل و خدمات حکاکی با تضعیف ماده با ظرافت و با تنش حرارتی در محدوده ای کوچک، در حد نانو انجام می دهد.
لیزرهای CO2 در برش کاری فلزات از مراحل اولیه تولید لیزر در خط اول فعالیت بودند. این نوع لیزر توان برش فلزاتی مانند تیتانیوم و فولاد و فولاد آبکاری شده و فولاد مقاوم شده و دیگر مواد مانند کاغذ و چوب و.. را دارد؛ ولی بیشترین کاربرد را در برش فلزات دارد. هد ها یا نازل این دستگاه ها نیاز به خنک شدن دارند که از آب و جریان هوا و یا در نمونه های از نیتروژن می شود.
لیزرهای ND , YAG كه نام اختصاری لیزرهای نئودیمیم و ایتریم.نئودیمیم.آلومینیوم.گارنت هستند و در مواردی که به قدرت بیشتری نیاز است از این لیزر برش استفاده می شود و توان انجام کار با مداومت بالا را بیشتر دارند.
ND-YAG نیز از دسته لیزر های جامد که ترکیبی از عناصر ذکر شده در آن هستند، تفاوت زیادی از لحاظ ساختاری به جز تفاوت در ماده تشکیل دهنده گسیل یکنواخت نوری را ندارند، آینه و عدسی های آزمایش ابتدائی با گاز CO2 وجود دارند و پیشرفته تر شده اند و اکسیژن و نیتروژن برای تسهیل فرآیند در گداخت و برش و از آرگون برای برش قطعات فلزات رنگین و بازتابنده مثل طلا و نقره و..استفاده می شود و ضریب قدرت بیم و تمرکز آن بالاتر از نمونه گازی است.
لیزر فیبری: این نوع لیزر از نوع لیزرهای حالت جامد است و عملیات القاء از طریق عناصر در هم تنیده مانند اربیم و.. انجام می گیرد و این نوع لیزر توسعه زیادی با رشد و توسعه فناوری یافته و در برش فلزات و از جمله خدمات برش لیزر لوله و خم کاری و دیگر موارد کاربرد دارند و سطح ایمنی بالاتری نیز دارند.
پیشرفت در خدمات برش لیزر لوله و پروفیل
لیزر ها را فارغ از از نوع ساختار و قطعاتشان به لیزرهای با توانائی برش فلز و غیر فلز نیز تقسیم می کنند. این نوع تقسیم بندی رایج و از مشخصه های نوع و سیستم لیزر نیز هست. در بین فلزات نیز لیزرهائی که توانائی برش فلزات رنگین از جمله طلا و نقره را دارند از دیگر لیزرها جدا و در دسته دیگری قرار می دهند.(فلزات رنگین یا بازتابنده نور در یک دسته و فلزات سخت و غیر بازتابنده در دسته دیگر قرار می گیرند)
نمونه های لیزر CO2 و ND-YAG و YAG و فیبری توانائی برش فلزات را دارند و از جمله لیزر YAG به توانایی و قدرت در برش فلزات و سرامیک ها شناخته می شود.
این نحوه تقسیم بندی لیزرهایی که اختصاصی برای خدمات برش لیزر لوله و پروفیل که غالبا از فلزات صنعتی مانند آهن و فولاد و آلومینیوم هستند را ویژه و در دسته ای جداگانه قرار می دهد.
با پیشرفت در کنترل دستگاه های برش لیزر تحول جدیدی در ساختار خدمات برش لیزر لوله نیز ایجاد شد. ایجاد سامانه های دیجیتال و کامپیوتر برای خوراک دهی به صورت فایل های کامپیوتر(CNC) امکان کنترل بیشتری در خدمات برش لیزر لوله و پروفیل ها ایجاد شد.
CNC ها با توانایی دریافت و خوانش نقشه های اتوکد یا راینوسروس یا امثال این نوع نرم افزار های نقشه کشی دو بعدی و سه بعدی در تنظیم دقیق تر و بهینه شدن مصرف متریال کمک بسیاری به اپراتور ها و صاحبان دستگاه های خدمات برش لیزر لوله و پروفیل ها کردند. این ابزار این توانائی را ایجاد کرد که نقشه ها در ابعاد و اندازه های مختلف ابتدا شبیه سازی شوند. بعد از اطمینان از صحت آن ها و تایید شان با چیدمان مناسب در کنار هم در بالا رفتن راندمان متریال ورودی و پرتی کمتر فلزات تحت برش نیز نقش موثری داشتند.
