هذه أساسيات القطع بالليزر

تم استخدام الليزر لأول مرة في عملية القطع في السبعينيات. في الإنتاج الصناعي الحديث، يتم استخدام القطع بالليزر على نطاق واسع لمعالجة المواد مثل الصفائح المعدنية والبلاستيك والزجاج والسيراميك وأشباه الموصلات والمنسوجات والخشب والورق.
عندما يسلط شعاع ليزر مركَّز على قطعة عمل، ترتفع حرارة المنطقة المشعَّعة بشكل كبير لإذابة المادة أو تبخيرها. بمجرد أن يخترق شعاع الليزر قطعة العمل، تبدأ عملية القطع: يتحرك شعاع الليزر على طول خط كفاف أثناء ذوبان المادة. عادةً ما يتم نفخ المادة المنصهرة بعيدًا عن الشق بواسطة تيار من الهواء، مما يترك شقًا ضيقًا بين الجزء المقطوع وحامل اللوحة والذي يكون عرضه تقريبًا مثل شعاع الليزر المركز.

قطع اللهب
القطع باللهب هو عملية قياسية تستخدم عند قطع الفولاذ الطري، باستخدام الأكسجين كغاز القطع. يتم ضغط الأكسجين حتى 6 بار ويتم نفخه في الشق. هناك، يتفاعل المعدن الساخن مع الأكسجين: يبدأ الاحتراق والأكسدة. يطلق التفاعل الكيميائي كمية كبيرة من الطاقة (تصل إلى خمسة أضعاف طاقة الليزر) مما يساعد شعاع الليزر في القطع.
قطع ذوبان
القطع المصهور هو عملية قياسية أخرى تستخدم عند قطع المعادن. ويمكن استخدامه أيضًا لقطع المواد الأخرى القابلة للانصهار، مثل السيراميك.
يتم استخدام غاز النيتروجين أو الأرجون كغاز القطع، ويتم نفخ ضغط الغاز من 2 إلى 20 بار عبر الشق. الأرجون والنيتروجين غازات خاملة، مما يعني أنها لا تتفاعل مع المعدن المنصهر في الشق، ولكن ببساطة تنفخه بعيدًا باتجاه القاع. وفي الوقت نفسه، تعمل الغازات الخاملة على حماية الحافة المقطوعة من أكسدة الهواء.
قطع الهواء المضغوط
يمكن أيضًا استخدام الهواء المضغوط لقطع الألواح الرقيقة. الهواء المضغوط إلى 5-6 بار كافٍ لتفجير المعدن المنصهر في القطع. نظرًا لأن ما يقرب من 80% من الهواء عبارة عن نيتروجين، فإن القطع بالهواء المضغوط هو في الأساس قطع مصهور.
القطع بمساعدة البلازما
إذا تم تحديد المعلمات بشكل صحيح، سوف تظهر سحابة البلازما في الشق قطع ذوبان بمساعدة البلازما. تتكون سحابة البلازما من بخار معدني متأين وغاز قطع متأين. تمتص سحابة البلازما طاقة ليزر ثاني أكسيد الكربون وتحولها إلى قطعة العمل بحيث تقترن المزيد من الطاقة بقطعة العمل وسوف تذوب المادة بشكل أسرع، مما يؤدي إلى سرعة قطع أسرع. ولذلك، فإن عملية القطع هذه تسمى أيضًا قطع البلازما عالي السرعة.
إن سحابة البلازما هي في الواقع شفافة فيما يتعلق بأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة، لذا فإن قطع الذوبان بمساعدة البلازما ممكن فقط باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون.
قطع التغويز
يعمل القطع بالتبخير على تبخير المادة، مما يقلل من تأثير التأثيرات الحرارية على المادة المحيطة. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر لتبخير المواد ذات الحرارة المنخفضة وعالية الامتصاص، مثل الأغشية البلاستيكية الرقيقة والمواد غير القابلة للذوبان مثل الخشب والورق والرغوة.
تسمح أشعة الليزر النبضية فائقة القصر بتطبيق هذه التقنية على مواد أخرى. تمتص الإلكترونات الحرة الموجودة في المعدن الليزر وتسخن بشكل كبير. ولا يتفاعل نبض الليزر مع الجسيمات المنصهرة والبلازما، فتتسامى المادة مباشرة ولا يوجد وقت لتنتقل الطاقة إلى المادة المحيطة على شكل حرارة. تعمل نبضات البيكو ثانية على استئصال المادة دون أي تأثير حراري مرئي أو ذوبان أو تكوين نتوءات.
المعلمات: تعديل العملية
تؤثر العديد من المعلمات على عملية القطع بالليزر، بعضها يعتمد على الخصائص التقنية لليزر والأداة الآلية، والبعض الآخر متغير.
الاستقطاب
يشير الاستقطاب إلى النسبة المئوية لضوء الليزر الذي يتم تحويله. الاستقطاب النموذجي عادة ما يكون حوالي 90٪. هذا يكفي لقطع عالي الجودة.
قطر التركيز
يؤثر القطر البؤري على عرض القطع ويمكن تغييره عن طريق تغيير البعد البؤري لعدسة التركيز. القطر البؤري الأصغر يعني شقًا أضيق.
موضع التركيز
يحدد موضع النقطة البؤرية قطر الشعاع وكثافة الطاقة على سطح قطعة العمل بالإضافة إلى شكل الشق.
قوة الليزر
يجب أن تتوافق قوة الليزر مع نوع المعالجة ونوع المادة وسمكها. يجب أن تكون الطاقة عالية بما يكفي بحيث تتجاوز كثافة الطاقة في قطعة العمل عتبة المعالجة.