دستگاه برش لیزر یکی از فناوری‌های پرکاربرد در ساخت و تولید است که با استفاده از پرتو متمرکز لیزر، مواد را در مسیر مشخص برش می‌دهد. بسته به نوع منبع لیزر، جنس و ضخامت متریال و مشخصات دستگاه، این فناوری می‌تواند برای برش فلزات، چوب، پلاستیک، شیشه، سرامیک و برخی مواد دیگر به کار رود.
منظور از «انواع دستگاه برش لیزر» فقط تفاوت ظاهری ماشین‌ها نیست. مهم‌ترین تفاوت میان این دستگاه‌ها به نوع منبع لیزر مربوط می‌شود. در دستگاه‌های صنعتی، لیزرهای CO2، فایبر و لیزرهای حالت جامد کریستالی مانند Nd:YAG از فناوری‌های شناخته‌شده هستند. هرکدام مشخصات نوری، محدوده کاربرد و شرایط نگهداری متفاوتی دارند و انتخاب آن‌ها باید بر اساس نیاز واقعی پروژه انجام شود.
دستگاه برش لیزر چگونه کار می‌کند؟
در فرآیند برش لیزری، منبع لیزر انرژی نوری تولید می‌کند و سیستم اپتیکی آن را به سمت هد برش هدایت و روی نقطه مشخصی از قطعه متمرکز می‌کند. تمرکز انرژی در یک ناحیه کوچک باعث افزایش شدید دما در محل برش می‌شود و متریال بسته به جنس و شرایط فرآیند ذوب، تبخیر یا تجزیه حرارتی می‌شود.
در دستگاه‌های CNC، مسیر حرکت هد برش از روی فایل طراحی و برنامه ماشین تعیین می‌شود. هم‌زمان، گاز کمکی مانند اکسیژن یا نیتروژن می‌تواند برای خارج کردن مواد مذاب از ناحیه برش و کنترل شرایط فرآیند استفاده شود. نتیجه نهایی فقط به توان لیزر وابسته نیست و عواملی مانند سرعت حرکت، فوکوس، نوع نازل، گاز کمکی، ضخامت و جنس متریال نیز در کیفیت برش نقش دارند.
به همین دلیل، نمی‌توان یک مقدار ثابت برای قطر پرتو، سرعت یا توان دستگاه تعیین کرد که برای همه پروژه‌ها مناسب باشد. این پارامترها بر اساس طراحی دستگاه، نوع منبع لیزر و شرایط برش تنظیم می‌شوند.
انواع دستگاه برش لیزر بر اساس منبع لیزر
یکی از رایج‌ترین روش‌های دسته‌بندی دستگاه‌های برش لیزر، بررسی نوع منبع تولید پرتو است. در ادامه سه خانواده مهم این فناوری را بررسی می‌کنیم.
دستگاه برش لیزر CO2
لیزر CO2 یک منبع لیزر گازی است که از مخلوط گازها و تحریک الکتریکی برای تولید پرتو استفاده می‌کند. طول موج رایج این لیزر حدود ۱۰.۶ میکرومتر است و به همین دلیل رفتار آن در برابر مواد مختلف با لیزرهای فایبر تفاوت دارد.
لیزر CO2 در پردازش بسیاری از مواد آلی و غیرفلزی مانند چوب، برخی پلاستیک‌ها، کاغذ، اکریلیک و بعضی مواد مرکب کاربرد دارد. این فناوری در برخی سامانه‌های صنعتی برای برش فلزات نیز مورد استفاده قرار گرفته است؛ بنابراین نمی‌توان به‌صورت مطلق گفت لیزر CO2 فقط برای مواد غیرفلزی مناسب است. قابلیت برش فلز به طراحی دستگاه، توان لیزر، ضخامت متریال و شرایط فرآیند بستگی دارد.
یکی از ویژگی‌های مهم CO2، توانایی پردازش طیف متنوعی از مواد است. در مقابل، ساختار منبع لیزر، سیستم هدایت پرتو و تجهیزات جانبی آن با دستگاه‌های فایبر تفاوت دارد و انتخاب بین این دو باید بر اساس نوع کار انجام شود.
کاربردهای رایج لیزر CO2
- برش و حکاکی چوب و برخی فرآورده‌های چوبی
- برش و پردازش اکریلیک و برخی پلاستیک‌ها
- پردازش کاغذ و مواد مشابه
- پردازش برخی مواد مرکب و غیرفلزی
- برخی کاربردهای صنعتی برش فلز، بسته به مشخصات دستگاه
مزایا و محدودیت‌های لیزر CO2
لیزر CO2 برای پروژه‌هایی که نیاز به پردازش مواد غیرفلزی یا طیف متنوعی از متریال دارند می‌تواند گزینه مناسبی باشد. با این حال، انتخاب آن باید با توجه به نوع ماده، ضخامت، سرعت مورد نیاز و هزینه بهره‌برداری انجام شود. بنابراین نمی‌توان صرفاً بر اساس نام فناوری درباره مناسب‌بودن آن برای یک پروژه تصمیم گرفت.
دستگاه برش لیزر فایبر
لیزر فایبر از خانواده لیزرهای حالت جامد است که در آن محیط فعال لیزر در یک فیبر نوری ویژه قرار دارد. بسیاری از منابع فایبر صنعتی در محدوده طول موج حدود ۱۰۷۰ نانومتر کار می‌کنند. این محدوده طول موج برای پردازش بسیاری از فلزات مناسب است و به همین دلیل فایبر در دستگاه‌های برش ورق فلزی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است.
در دستگاه فایبر، پرتو تولیدشده از طریق فیبر نوری به سیستم اپتیکی و هد برش منتقل می‌شود. پس از تمرکز پرتو روی سطح قطعه، انرژی متمرکز باعث ذوب متریال شده و گاز کمکی مواد مذاب را از شکاف برش خارج می‌کند.
فایبر لیزر برای برش بسیاری از فلزات مانند فولاد کربنی، فولاد زنگ‌نزن، آلومینیوم و سایر فلزات غیرآهنی استفاده می‌شود. عملکرد دستگاه در هر ماده به توان لیزر، ضخامت، آلیاژ، سرعت حرکت، فوکوس و انتخاب گاز کمکی وابسته است.
برای آشنایی بیشتر با نحوه تنظیم سرعت، فوکوس و گاز در فرآیند برش می‌توانید مقاله تنظیم پارامترهای دستگاه لیزر فایبر را نیز مطالعه کنید.
مزایای لیزر فایبر برای برش فلزات
- مناسب برای بسیاری از کاربردهای برش فلزات
- امکان تمرکز پرتو در نقطه‌ای کوچک و ایجاد برش دقیق
- انتقال پرتو از طریق فیبر نوری تا هد برش
- مناسب برای دستگاه‌های CNC و تولید قطعات با هندسه‌های پیچیده
- قابلیت استفاده با توان‌ها و تنظیمات مختلف متناسب با ضخامت و جنس قطعه
البته «دقت بالا» یا «سرعت بالا» ویژگی مطلق یک دستگاه نیست. وضعیت اپتیک، سیستم حرکتی، تنظیمات فرآیند، کیفیت متریال و تجربه اپراتور همگی می‌توانند روی نتیجه نهایی اثر بگذارند.
دستگاه لیزر Nd:YAG
Nd:YAG یکی از لیزرهای حالت جامد کریستالی است که در آن کریستال YAG با یون‌های نئودیمیم دوپ می‌شود. طول موج پایه این لیزر حدود ۱۰۶۴ نانومتر است و بسته به طراحی سیستم می‌تواند به صورت پیوسته یا پالسی مورد استفاده قرار گیرد.
Nd:YAG در کاربردهای صنعتی مختلف از جمله برخی فرآیندهای برش، جوشکاری و حکاکی و همچنین کاربردهای تخصصی پالسی استفاده شده است. با این حال، در انتخاب دستگاه برش فلزات امروزی، نباید Nd:YAG را بدون در نظر گرفتن نوع کاربرد در کنار فایبر به‌عنوان یک گزینه کاملاً مشابه در نظر گرفت. معماری منبع، توان، حالت کاری و تجهیزات جانبی هر دستگاه می‌تواند تفاوت قابل‌توجهی ایجاد کند.
لیزرهای حالت جامد و جایگاه فایبر و Nd:YAG
فایبر و Nd:YAG هر دو در خانواده لیزرهای حالت جامد قرار می‌گیرند، اما ساختار منبع آن‌ها یکسان نیست. در فایبر، محیط فعال در فیبر نوری قرار دارد، در حالی که در Nd:YAG از کریستال YAG دوپ‌شده استفاده می‌شود. این تفاوت در معماری منبع، نحوه انتقال پرتو، تعمیر و نگهداری و کاربردهای مناسب هر سیستم اثر می‌گذارد.
مقایسه انواع دستگاه برش لیزر
| نوع لیزر | منبع لیزر | طول موج رایج | کاربردهای شاخص | نکته مهم |
|---|---|---|---|---|
| CO2 | گازی | حدود ۱۰.۶ میکرومتر | مواد آلی، چوب، برخی پلاستیک‌ها، اکریلیک و برخی کاربردهای فلزی | رفتار آن با مواد مختلف با فایبر متفاوت است و برای انتخاب باید نوع متریال بررسی شود. |
| فایبر | حالت جامد با محیط فعال فیبری | معمولاً حدود ۱۰۷۰ نانومتر | برش بسیاری از فلزات از جمله فولاد، استیل و آلومینیوم | برای بسیاری از کاربردهای برش ورق فلزی گزینه‌ای رایج است. |
| Nd:YAG | حالت جامد کریستالی | ۱۰۶۴ نانومتر | کاربردهای تخصصی صنعتی، برش، جوشکاری و حکاکی | معماری و شرایط کاری آن با فایبر متفاوت است و باید بر اساس کاربرد انتخاب شود. |
برش لیزر، حکاکی لیزری و مارکینگ چه تفاوتی دارند؟
واژه‌های برش، حکاکی و مارکینگ گاهی به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، در حالی که هدف فرآیند در آن‌ها یکسان نیست.
برش لیزر
هدف در برش لیزر، جداسازی کامل بخشی از قطعه و ایجاد یک مسیر برش در ضخامت متریال است. برای این کار معمولاً از توان، فوکوس و شرایط فرآیندی استفاده می‌شود که امکان عبور پرتو در ضخامت مورد نظر را فراهم کند.
حکاکی لیزری
در حکاکی، هدف برداشتن یا تغییر کنترل‌شده بخشی از سطح متریال برای ایجاد نوشته، طرح یا بافت است، بدون اینکه قطعه به طور کامل از هم جدا شود.
مارکینگ لیزری
در مارکینگ، هدف اصلی ایجاد یک نشانه یا تغییر قابل مشاهده روی سطح قطعه است. بسته به جنس متریال و روش مورد استفاده، این تغییر می‌تواند ناشی از تغییر رنگ، اکسیداسیون، تغییر بافت سطح یا برداشت بسیار محدود از لایه رویی باشد.
برای بررسی جزئیات فنی حکاکی روی فلز و تفاوت آن با برش می‌توانید به مقاله حکاکی لیزری روی فلز چیست؟ مراجعه کنید.
چه عواملی در انتخاب دستگاه برش لیزر اهمیت دارند؟
انتخاب دستگاه مناسب فقط با توجه به نام فناوری یا توان لیزر انجام نمی‌شود. پیش از انتخاب، باید مشخصات پروژه و شرایط تولید بررسی شوند.
نوع و ضخامت متریال
اولین عامل، جنس قطعه است. فولاد کربنی، استیل، آلومینیوم، مس و مواد غیرفلزی رفتار یکسانی در برابر طول موج و انرژی لیزر ندارند. ضخامت نیز مستقیماً روی انتخاب توان، سرعت و تنظیمات فرآیند اثر می‌گذارد.
دقت و کیفیت مورد نیاز
اگر قطعه برای مونتاژ دقیق یا تولید یک مجموعه مهندسی استفاده می‌شود، فقط جدا شدن قطعه از ورق کافی نیست. تلرانس ابعادی، کیفیت لبه، میزان پلیسه و تکرارپذیری باید بر اساس الزامات نقشه بررسی شوند. بنابراین اعلام یک تلرانس ثابت برای همه دستگاه‌ها و متریال‌ها قابل اتکا نیست.
برای آشنایی بیشتر با مفهوم تلرانس و عوامل مؤثر بر آن، می‌توانید مقاله تلرانس در خدمات برش لیزر را مطالعه کنید.
توان منبع لیزر
توان بالاتر لزوماً به معنای مناسب‌تر بودن دستگاه برای همه پروژه‌ها نیست. توان باید متناسب با جنس و ضخامت متریال، سرعت مورد انتظار، کیفیت برش و نوع دستگاه انتخاب شود.
گاز کمکی
انتخاب گاز کمکی نیز بخشی از فرآیند برش است. گازهایی مانند اکسیژن و نیتروژن می‌توانند رفتار متفاوتی در ناحیه برش ایجاد کنند و انتخاب میان آن‌ها به جنس متریال و کیفیت مورد انتظار وابسته است.
ابعاد میز و سیستم حرکتی
ابعاد میز کار باید با اندازه قطعاتی که قرار است تولید شوند هماهنگ باشد. در پروژه‌های صنعتی، علاوه بر ابعاد میز، ساختار محورهای حرکتی، پایداری مکانیکی و قابلیت اجرای تکراری مسیرها نیز اهمیت دارد.
تیراژ و نوع تولید
دستگاهی که برای نمونه‌سازی یا سفارش‌های محدود انتخاب می‌شود ممکن است با دستگاه مناسب برای تولید مداوم و تیراژ بالا متفاوت باشد. زمان برش، تعداد قطعات، آماده‌سازی دستگاه و هزینه نگهداری باید در محاسبات تولید لحاظ شوند.
دستگاه‌های برش لیزر مورد استفاده در خدمات آجین CNC
در بخش خدمات برش لیزر آجین CNC، از دستگاه‌های فایبر برای برش ورق‌های فلزی استفاده می‌شود. طبق مشخصات اعلام‌شده در صفحه خدمات این مجموعه، دو دستگاه با توان ۳ و ۶ کیلووات و میزهایی با ابعاد متفاوت در اختیار این مجموعه است.
در دستگاه ۶ کیلووات، حداکثر ضخامت‌های اعلام‌شده برای آهن، استیل و آلومینیوم به‌ترتیب ۲۵، ۱۵ و ۸ میلی‌متر است. برای دستگاه ۳ کیلووات نیز ضخامت‌های اعلام‌شده برای همین سه متریال به‌ترتیب ۱۵، ۸ و ۴ میلی‌متر است. این اعداد مشخصات خدمات اعلام‌شده از سوی مجموعه هستند و امکان اجرای هر پروژه همچنان به جنس، گرید، ابعاد و شرایط واقعی قطعه بستگی دارد.
کاربردهای دستگاه برش لیزر
به دلیل امکان اجرای مسیرهای پیچیده و کنترل حرکت به کمک CNC، برش لیزر در بخش‌های مختلف تولید استفاده می‌شود. این کاربردها را نمی‌توان فقط به یک صنعت محدود کرد، زیرا نوع قطعه و متریال تعیین می‌کند که لیزر چه نقشی در فرآیند تولید داشته باشد.
- قطعه‌سازی و ماشین‌سازی: تولید براکت، صفحات اتصال، قطعات شاسی و اجزای سفارشی
- ساختمان و دکوراسیون: اجرای طرح‌های فلزی، پنل‌های دکوراتیو و قطعات سفارشی
- خودروسازی: تولید برخی قطعات و نمونه‌های فلزی با هندسه‌های دقیق
- تجهیزات صنعتی: ساخت محفظه‌ها، صفحات فلزی و قطعات مورد استفاده در ماشین‌آلات
- صنایع برق و الکترونیک: تولید برخی تابلوها، رک‌ها، محفظه‌ها و قطعات ورقی
چرا لیزر فایبر برای برش فلزات اهمیت دارد؟
در بسیاری از کاربردهای امروزی برش ورق فلزی، فایبر لیزر به دلیل طول موج مناسب، قابلیت تمرکز پرتو و امکان استفاده در منابع توان بالا، جایگاه مهمی پیدا کرده است. با این حال، مناسب بودن فایبر برای یک پروژه به معنی کنار گذاشتن سایر فناوری‌های برش نیست.
برای مثال، در پروژه‌ای که متریال غیرفلزی است، CO2 ممکن است انتخاب مناسب‌تری باشد. در پروژه‌هایی با نیازهای خاص نیز فناوری‌های دیگر مانند واترجت یا پلاسما می‌توانند گزینه‌های قابل بررسی باشند. بنابراین روش برش باید از روی مشخصات قطعه انتخاب شود، نه صرفاً بر اساس رایج‌تر بودن یک فناوری.
برای مقایسه کاربرد لیزر با روش‌های پلاسما و واترجت، مقاله تفاوت برش لیزر، پلاسما و واترجت می‌تواند اطلاعات تکمیلی در اختیار شما قرار دهد.
نکات مهم قبل از انتخاب یا سفارش برش لیزر
برای انتخاب دستگاه یا سفارش خدمات برش، بهتر است پیش از شروع پروژه اطلاعات زیر مشخص باشد:
- جنس و گرید متریال
- ضخامت ورق یا قطعه
- ابعاد نهایی قطعات
- تعداد قطعات و تیراژ تولید
- فرمت و کیفیت فایل CAD
- تلرانس مورد نیاز
- کیفیت مورد انتظار برای لبه برش
- زمان مورد نیاز برای تحویل
داشتن این اطلاعات کمک می‌کند مناسب بودن فناوری برش، توان دستگاه و پارامترهای فرآیند پیش از شروع کار بهتر بررسی شود.
جمع‌بندی
انواع دستگاه برش لیزر را می‌توان بر اساس منبع تولید پرتو به خانواده‌هایی مانند CO2، فایبر و لیزرهای حالت جامد کریستالی مانند Nd:YAG تقسیم کرد. هیچ‌کدام از این فناوری‌ها برای تمام پروژه‌ها انتخاب یکسانی نیستند و جنس و ضخامت متریال، دقت مورد نیاز، سرعت تولید، نوع قطعه و شرایط فرآیند در انتخاب دستگاه نقش دارند.
برای بسیاری از پروژه‌های برش ورق فلزی، فایبر لیزر یکی از فناوری‌های مهم و پرکاربرد است؛ در حالی که CO2 همچنان در پردازش بسیاری از مواد غیرفلزی و برخی کاربردهای صنعتی جایگاه خود را دارد. Nd:YAG نیز بیشتر در کاربردهای تخصصی مورد توجه قرار می‌گیرد.
اگر برای پروژه خود به خدمات برش لیزر فلزات نیاز دارید، می‌توانید فایل طراحی و مشخصات متریال را برای بررسی ارسال کنید.
اگر برای پروژه خود به خدمات برش لیزر فلزات نیاز دارید، می‌توانید فایل طراحی و مشخصات متریال را برای بررسی ارسال کنید. برای مشاهده جزئیات خدمات و بررسی امکان اجرای پروژه، به صفحه خدمات برش CNC لیزر آجین مراجعه کنید.
سوالات متداول
دستگاه برش لیزر چیست و چگونه کار می‌کند؟
دستگاه برش لیزر با استفاده از پرتو متمرکز لیزر، انرژی را روی بخش مشخصی از متریال متمرکز می‌کند تا ماده در مسیر تعیین‌شده ذوب، تبخیر یا به شکل کنترل‌شده جدا شود. در دستگاه‌های CNC، حرکت هد بر اساس فایل طراحی و برنامه ماشین کنترل می‌شود و گاز کمکی نیز می‌تواند به خروج مواد مذاب از ناحیه برش کمک کند.
کدام نوع لیزر برای برش فلزات مناسب است؟
برای بسیاری از کاربردهای برش فلزات، فایبر لیزر یکی از گزینه‌های رایج است؛ اما نمی‌توان یک نوع لیزر را برای همه فلزات و ضخامت‌ها مناسب دانست. جنس، گرید، ضخامت، توان دستگاه، کیفیت مورد نیاز و شرایط فرآیند باید پیش از انتخاب بررسی شوند.
آیا دستگاه لیزر CO2 می‌تواند فلزات را برش دهد؟
بله، برخی سیستم‌های CO2 برای برش فلزات طراحی شده‌اند. بنابراین این تصور که CO2 فقط برای چوب و پلاستیک است دقیق نیست. قابلیت برش فلز به مشخصات منبع، توان دستگاه، نوع فلز، ضخامت و تنظیمات فرآیند بستگی دارد.
تفاوت لیزر فایبر و CO2 چیست؟
مهم‌ترین تفاوت آن‌ها به نوع منبع و طول موج لیزر مربوط می‌شود. CO2 یک لیزر گازی با طول موج رایج حدود ۱۰.۶ میکرومتر است، در حالی که بسیاری از منابع فایبر صنعتی در محدوده حدود ۱۰۷۰ نانومتر کار می‌کنند. همین تفاوت باعث می‌شود رفتار آن‌ها در برابر مواد مختلف متفاوت باشد و کاربردهای متفاوتی پیدا کنند.
آیا توان بالاتر لیزر همیشه به معنی برش بهتر است؟
خیر. افزایش توان می‌تواند ظرفیت فرآیند را در برخی شرایط افزایش دهد، اما کیفیت برش به مجموعه‌ای از عوامل مانند جنس و ضخامت متریال، سرعت حرکت، فوکوس، نازل، گاز کمکی و وضعیت سیستم حرکتی وابسته است. دستگاه باید متناسب با نیاز پروژه انتخاب و تنظیم شود.
برای انتخاب دستگاه برش لیزر به چه عواملی توجه کنیم؟
نوع متریال، ضخامت، دقت و کیفیت لبه مورد نیاز، تیراژ تولید، ابعاد قطعات، توان دستگاه، هزینه‌های بهره‌برداری، امکانات کنترلی و خدمات فنی از مهم‌ترین عواملی هستند که باید قبل از انتخاب بررسی شوند.
