خدمات حکاکی و برش لیزری

چه یک تولیدکننده، طراح، مهندس یا حتی علاقه‌مند به کارهای فنی باشید، درک کاربردهای برش لیزری دروازه‌ای به سوی نوآوری و دقت در هر چیزی است که می‌سازید. همچنان که این فناوری پیشرفت می‌کند، می شود انتظار داشت که ابزاری حیاتی در شکل دادن به دنیای اطراف ما باقی باشد.

فناوری برش با لیزر از زمان اختراعش در سال ۱۹۶۰ پیشرفت‌های سریع زیادی داشت. الیاس اسنیتزر ایده لیزرهای کابل نوری (فیبر) را در سال ۱۹۶۳ مطرح کرد. با این حال، بیست سال طول کشید تا این فناوری برای استفاده‌های تجاری کاملاً آماده و بی‌نقص شود. کومار پاتل که در آزمایشگاه‌های بل کار می‌کرد، دستگاه لیزر با گاز دی‌اکسید کربن را در سال ۱۹۶۴ اختراع کرد. این یک دستگاه بسیار قدرتمند بود که به صورت پیوسته کار می‌کرد و خیلی زود طرفداران زیادی پیدا کرد. پیشرفت‌ها در چند دهه بعد، برش لیزری را با یک فناوری جدید دیگر به نام “کنترل عددی رایانه‌ای” (دستگاه‌های سی‌ان‌سی) ترکیب کرد.

چه کسی برش لیزری را اختراع کرد؟

تاریخچه برش لیزری به دهه ۱۹۶۰ میلادی برمی‌گردد. تئودور مایمن فناوری لیزر را در سال ۱۹۶۰ اختراع کرد. از این فناوری اولین بار در سال ۱۹۶۵ برای سوراخ کردن الماس استفاده شد. این روش خیلی زود برای کارهای دیگر هم مورد استفاده قرار گرفت. تا دهه ۱۹۷۰، برش لیزری به یک روش تجاری برای بریدن فلز تیتانیوم در صنعت هوافضا تبدیل شده بود.

تاثیر برش لیزری بر محیط زیست

تاثیر دستگاه بر محیط زیست به نحوه استفاده از آن بستگی دارد. از آنجا که این یک فناوری صنعتی است، تا حدی باعث تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود. اما مصرف برق این دستگاه‌ها بسیار کمتر از سایر روش‌های برش است. علاوه بر این، لیزر زباله و ضایعات بسیار کمی تولید می‌کند و دستگاه‌های باکیفیت تا سال‌ها بدون نیاز به تعویض قطعه کار می‌کنند. همه این موارد باعث می‌شود لیزر دوستدار محیط زیست باشد.

پرتو های لیزر به چه صورت کار می کنند ؟

 پرتوهای لیزر به دو شکل کار می‌کنند: پیوسته و تپنده (قطع و وصل شونده). برش لیزری پیوسته از یک پرتو نور برای مدت طولانی و بدون وقفه استفاده می‌کند. حالت تپنده از پرتوهای نوری پرانرژی برای مدت زمان‌های بسیار کوتاه استفاده می‌کند. فشردگی این تپش‌ها باعث می‌شود پرتو نور، انرژی بسیار بالایی داشته باشد.

تنظیمات اصلی در برش لیزری کدامند؟

فهمیدن و تنظیم کردن درست گزینه‌های دستگاه برای رسیدن به بهترین سرعت، دقت و کیفیت در کارهای صنعتی بسیار مهم است. تنظیمات درست باعث می‌شود دستگاه با ماده همخوانی داشته باشد و عملکرد برش را بهتر می‌کند.

• قدرت لیزر: قدرت دستگاه که با کیلووات اندازه‌گیری می‌شود، مشخص می‌کند چه ضخامت و چه نوع موادی را می‌توان برید. تنظیم درست برای ایجاد برش‌های دقیق ضروری است؛ قدرت کم نمی‌تواند ماده را سوراخ کند و قدرت زیاد می‌تواند به آن آسیب برساند.
• سرعت برش: سرعت حرکت که با متر بر دقیقه اندازه‌گیری می‌شود، باید با قدرت لیزر هماهنگ باشد تا برشی تمیز داشته باشیم. سرعت مناسب باعث برش‌های صاف می‌شود و خطراتی مثل سوختن یا نصفه بریده شدن را کم می‌کند.
• دفعات تپش (فرکانس): این مورد که با هرتز اندازه‌گیری می‌شود، نشان می‌دهد دستگاه در هر ثانیه چند بار نور می‌تاباند. این گزینه روی سرعت و کیفیت تاثیر می‌گذارد. دفعات بالاتر برای مواد نازک، و دفعات پایین‌تر برای مواد ضخیم‌تر بهتر است.
• مدت زمان تپش: این زمان که بسیار کوتاه است (میکروثانیه یا نانوثانیه)، مشخص می‌کند که چه مقدار انرژی روی سطح ماده بماند. زمان‌های کوتاه برای کارهای ظریف و زمان‌های طولانی‌تر برای برش‌های عمیق‌تر روی مواد ضخیم لازم است.
• طول موج: طول موج مشخص می‌کند که نور چگونه با مواد مختلف ارتباط برقرار کند. دستگاه‌های نوری (فیبر) برای برش فلزات، دستگاه‌های گازی برای غیرفلزات، و دستگاه‌های کریستالی برای برش دقیق فلزات مناسب هستند. (لیزرهای نوری: ۸۰۰ تا ۲۲۰۰ نانومتر، لیزرهای گازی: ۱۰.۶ میکرومتر، لیزرهای کریستالی: ۱.۰۶۴ میکرومتر).
• تنظیم نقطه تمرکز: این تنظیم مشخص می‌کند که نور در کجای ماده جمع شود. تنظیم درست باعث می‌شود انرژی کافی برای برش فراهم شود. برای بهترین نتیجه، این نقطه باید دقیقاً در وسط ضخامت ماده باشد.
• نوع و فشار گاز کمکی: گاز اکسیژن سرعت برش را برای فولاد ضخیم بالا می‌برد، نیتروژن از زنگ‌زدگی فلزات جلوگیری می‌کند، و هوای فشرده معمولی برای مواد نازک ارزان‌تر تمام می‌شود.
• اندازه دهانه (نازل): اندازه دهانه روی شکلِ پرتو تاثیر می‌گذارد. دهانه کوچک، نوری متمرکز برای برش‌های ظریف می‌سازد، در حالی که دهانه بزرگ‌تر اجازه می‌دهد سرعت برش برای مواد ضخیم‌تر بیشتر شود.
• فاصله دستگاه تا قطعه کار: فاصله بین دهانه دستگاه و سطح ماده، جریان گاز و تمرکز نور را تنظیم می‌کند. فاصله کم و مناسب باعث می‌شود فشار گاز، مسیر برش را تمیز کند و کیفیت کار را بالا ببرد.
• میزان تکرار: نشان می‌دهد لیزر در هر ثانیه چند بار قطع و وصل می‌شود. سرعت‌های بالا برای مواد نازک مناسب است، در حالی که سرعت‌های پایین‌تر، انرژی بیشتری در هر تپش برای مواد ضخیم فراهم می‌کند و از داغ شدن زیاد جلوگیری می‌کند. 

تکنیک‌های مختلف در برش لیزری کدامند؟

برش لیزری فقط نصف کردن یک تکه چوب یا فلز نیست. راه‌های مختلفی برای استفاده از این دستگاه وجود دارد که کارهای آن را بسیار گسترش می‌دهد:

برش تبخیری

 معمولاً مواد وقتی گرم می‌شوند، ابتدا ذوب شده و سپس می‌جوشند. اما در این روش، دستگاه دمای ماده را با سرعت بسیار زیادی بالا می‌برد. ماده مستقیماً به نقطه جوش می‌رسد و بخار می‌شود. ماده اصلاً ذوب نمی‌شود و زمانی برای پخش شدن گرما نیست. این کار یک برش بسیار دقیق و باریک می‌سازد. این روش فقط برای ورقه‌های نازک آهنی کاربرد دارد. برای موادی مثل چوب که نقطه جوش ندارند قابل استفاده نیست و به قدرت بسیار بالایی نیاز دارد.

برش ذوبی

 این شکل ساده و پایه برش لیزری است. دستگاه، قطعه کار را ذوب می‌کند. سپس یک دمنده، مواد ذوب شده را کنار می‌زند تا قطعه بریده شود. این روش می‌تواند مواد ضخیم‌تر را به راحتی ببرد. استفاده از گاز خنثی در این روش مهم است تا از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته به دلیل گرمای زیاد جلوگیری شود.

برش شعله لیزری

 در این روش، گاز اکسیژن هم به کمک لیزر می‌آید. اکسیژن همراه با پرتو نور به قطعه دمیده می‌شود. حرارت دستگاه، اکسیژن را شعله‌ور می‌کند و آن را به یک مشعل بسیار داغ تبدیل می‌کند. ماده با این شعله و گرما سریع‌تر بریده می‌شود. این روش بسیار سریع‌تر از تکنیک‌های دیگر است، اما کیفیت و دقت لبه‌های برش پایین می‌آید و خط برش پهن‌تر می‌شود.

برش با ایجاد ترک

 این روش برای بریدن مواد شکننده استفاده می‌شود. مواد شکننده در برابر گرمای زیاد خرد می‌شوند. این دستگاه یک پرتو بسیار باریک را روی بخش کوچکی متمرکز می‌کند تا قطعه در همان نقطه یک ترک کوچک بخورد. سپس دستگاه با سرعت حرکت می‌کند تا ترک را در طول مسیر دلخواه ادامه دهد. این روش معمولاً برای بریدن شیشه و سرامیک استفاده می‌شود. لیزر به طور کامل از ضخامت ماده رد نمی‌شود، بلکه ماده خودش از روی خط ترک، جدا می‌شود.

برش پنهان (از داخل)

 این یک روش پیشرفته برای ورقه کردن قطعات الکترونیکی است. دستگاه در این روش ماده را ذوب نمی‌کند، بلکه نوری می‌تاباند که کاملاً از داخل ماده عبور می‌کند و باعث ایجاد ترک‌ها و تغییراتی در درون آن می‌شود. سپس با یک فشار کششی، قطعه از همان جاهایی که از داخل آسیب دیده بود، به تمیزی جدا می‌شود. نتیجه کار بسیار تمیز و بدون سوختگی است.

حکاکی خطی

 این روش برای کشیدن طرح و حکاکی روی قطعه کار است. دستگاه تمام ضخامت ماده را سوراخ نمی‌کند. در عوض، خطوط طرح را روی سطح آن می‌کشد. ضخامت و عمق قسمت حکاکی شده به راحتی قابل تنظیم است و می‌توان با آن از خطوط ساده تا طرح‌های پیچیده را پیاده کرد.

چه موادی برای لیزر نامناسب هستند؟

با اینکه لیزر می‌تواند بیشتر مواد را ببرد، اما موادی هم هستند که هرگز نباید زیر دستگاه لیزر قرار بگیرند:

• فایبرگلاس (پشم شیشه): این ماده دارای چسبی به نام رزین اپوکسی است که هنگام برش لیزری گازهای بسیار سمی تولید می‌کند.
• فوم پلی‌پروپیلن: خیلی سریع آتش می‌گیرد. وقتی می‌سوزد، ذوب می‌شود و قطره‌های ذوب شده آن همچنان به سوختن ادامه می‌دهند و خودبه‌خود خاموش نمی‌شوند.
• پلاستیک ای‌بی‌اس: این پلاستیک هم به سرعت آتش می‌گیرد و ذوب می‌شود که باعث کثیف شدن دستگاه می‌گردد. از همه مهم‌تر، هنگام سوختن، گاز سمی سیانور تولید می‌کند که برای انسان کشنده است.
• پلاستیک پی‌وی‌سی و وینیل: این مواد هنگام گرم شدن با لیزر، گاز کلر آزاد می‌کنند. این گاز باعث زنگ‌زدگی و خرابی قطعات فلزی و نوری دستگاه می‌شود.
• ورق‌های ضخیم پلی‌کربنات: ورق‌های ضخیم‌تر از یک میلی‌متر ممکن است آتش بگیرند، تغییر رنگ بدهند و لبه برش بسیار بدی داشته باشند.
• پلاستیک اچ‌دی‌پی‌ئی: این ماده هم قابل اشتعال است، ذوب می‌شود و دستگاه را کثیف می‌کند.

لیزر چگونه در خم‌کاری ورق‌های فلزی استفاده می‌شود؟

 لیزر به دلیل سرعت و دقت بی‌نظیرش، کار خم کردن فلزات را بسیار راحت کرده است:

• برش‌های بسیار دقیق: برش دقیق باعث می‌شود فلز دقیقاً از روی خط‌های مشخص شده خم شود و خطا به صفر برسد.
• سرعت بخشیدن به کار: آماده‌سازی ورقه‌ها با لیزر بسیار سریع است و باعث می‌شود کل پروژه زودتر تمام شود.
• آزادی در طراحی: با لیزر می‌توان طرح‌های پیچیده‌ای برید و سپس آن‌ها را خم کرد، که این کار گزینه‌های طراحی را بسیار بیشتر می‌کند.

برنامه‌های طراحی برای برش لیزری

نرم‌افزارهای طراحی لیزر، کار را برای کاربر راحت کرده و کیفیت برش را بالا می‌برند. کار با این برنامه‌ها ساده‌تر از برنامه‌نویسی دستگاه است. نکته مهم این است که این برنامه‌ها فایل‌های “برداری” (خطی) تولید می‌کنند. این فایل‌ها بر خلاف عکس‌های معمولی (پیکسلی) با بزرگ‌نمایی بی‌کیفیت و تار نمی‌شوند.

نکات طراحی برای برش لیزری

 شرکت ما نکات مفیدی برای گرفتن بهترین نتیجه ارائه می‌دهد:

• از فرمت‌های درست برای فایل طراحی خود استفاده کنید. فرمت‌های قابل قبول شامل دی‌ایکس‌اف، ای‌پی‌اس، استپ و ای‌آی هستند. عکس‌های معمولی (مثل فرمت جی‌پی‌جی) قابل قبول نیستند.
• هیچ‌وقت در فایل طراحی از جعبه‌های متنی استفاده نکنید؛ چون دستگاه نوشته را نمی‌فهمد. باید نوشته‌ها را به شکل (خطوط) تبدیل کنید. مثلاً حرف “M” باید به عنوان چهار خط کشیده شود، نه یک حرف تایپ شده.
• ماده درستی را انتخاب کنید و مطمئن شوید که برای دستگاه بی‌خطر است.
• طرح‌های ساده همیشه بهترین هستند. طرح‌های خیلی شلوغ هنگام برش مشکل‌ساز می‌شوند و زودتر می‌شکنند.

میزان خطای مجاز (تلرانس) در برش لیزری

خطای مجاز به معنای تفاوت بین اندازه واقعی قطعه بریده شده با اندازه طراحی شده است. هرچه این عدد کمتر باشد، یعنی دقت کار بالاتر است. دستگاه‌های لیزر خطایی کمتر از مثبت و منفی ۰.۰۱ اینچ (حدوداً ۰.۲۵ میلی‌متر) دارند. این عدد یکی از کمترین میزان خطاها در بین تمام روش‌های برش صنعتی است.

بیشترین ضخامت قابل برش با لیزر

اینکه دستگاه چقدر ضخامت را می‌تواند ببرد، کاملاً به جنس ماده بستگی دارد. مثلاً پرتو لیزر می‌تواند فولاد ساده را تا ضخامت ۲.۵ سانتی‌متر ببرد. برای مواد دیگر، این ضخامت معمولاً در حدود ۲ سانتی‌متر است. قدرت دستگاه لیزر هم عامل مهمی است؛ دستگاه‌های پرمصرف و قوی‌تر می‌توانند مواد ضخیم‌تری را ببرند.

خطرات برش لیزری چیست؟

دستگاه‌های لیزر خطرات خاص خود را دارند. آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که سخت‌ترین مواد را ذوب کنند، پس قدرت بسیار وحشتناکی دارند. شناخت این خطرات قبل از کار با دستگاه ضروری است. دستگاه‌های جدید سیستم‌های ایمنی متعددی برای رفع این نگرانی‌ها دارند، اما خرید یک دستگاه باکیفیت و استاندارد بسیار مهم است.