برش فایبر لیزر

 

برش فایبر لیزر یکی از پیشرفته ترین فناوریهای برش لیزری است که سرعت و دقت بی نظیری را به صنعت ساخت فلز ارائه میدهد. اما مانند بسیاری از اصطلاحات رایج در صنعت ساخت، برش فایبرلیزر بسیار پیچیده به نظر می رسد. از اینرو ما در اینجا به بررسی و معرفی دقیق آن خواهیم پرداخت.

دستگاه فایبر لیز از فیبر های نوری اکتیو برای ایجاد یک پرتو نوری لیزر و کابلهای فیبر انتقال دهنده به سری برش دستگاه استفاده می کند. این لیزر با حرارتی فوق العاده بالا در قالب یک پرتو باریک نوری ، متراکم می گردد. و برای برش فلزات با ضخامت های مختلف استفاده می شود.

فناوری فیبر بخاطر دارا بودن بازده و قدرت بالا ، در طیف وسیعی از زیرساخت‌ها و کاربردهای تولیدی، استفاده می‌شود. امروزه انواع مختلفی از دستگاه های برش لیزری مورد استفاده قرار می گیرند و تفاوت اساسی بین آنها در نحوه تولید لیزر است. در مطلب زیر، ما شما را از طریق یک مقاله جامع و دقیق ، با هرآنچه که باید در مورد برش لیزر فیبر بدانید، آشنا خواهیم کرد.

 

برش فایبر لیزر ( Fiber Laser ) یا لیزر فیبری چیست؟

برش فایبر لیزر از نوعی لیزر حالت جامد برای ذوب و سوراخ کردن فلزات استفاده می کند و به برشی دقیق و کارآمد می رسد.

بدلیل اینکه برخلاف گاز یا کریستال،  محیط لیزر در این فناوری، فیبر نوری است ، آن را برش لیزر فیبر یا فایبر می نامند.

فایبر لیزرها نوعی از لیزرهای حالت جامد هستند که از فیبرهای نوری به عنوان ناحیه فعال لیزری و یا محیط بهره استفاده می کنند.

در این لیزرها نور متساعد شده از پمپ های دیودی لیزر، در فیبری از جنس شیشه سیلیکات یا فسفات جذب می شوند. و آن را به پرتو لیزری با طول موج های مختلف تبدیل می کند.

جهت تقویت پرتو لیزر، عناصر مختلفی را در ساخت فیبر ترکیب می نمایند. با استفاده از این عناصر تقویتی  مختلف ، میتوان پرتو لیزری با طول موج های متفاوت، برای استفاده در کاربردهای گوناگون ایجاد نمود.

با توجه به قابلیت تولید طیفی از طول موج‌های متفاوت که این لیزرها قادر به تولید آن هستند، دستگاه های لیزر فایبر برای استفاده در کاربردهایی همچون برش لیزری، تمیز کردن سطوح، حکاکی، حفاری، علامت گذاری و جوشکاری لیزر مورد استفاده قرار می گیرند.

در برش های لیزری فیبر، بسته به ظرفیت تجهیزات می توانند طیف وسیعی از مواد و ضخامت ها را برش دهند. اکثر دستگاه های لیزر فیبر می توانند فولاد ضد زنگ برش را تا ضخامت 10 میلی متر برش دهند.

این نوع برش لیزری معمولاً در تولیدات صنعتی استفاده می شود. زیرا دستگاه های برش لیزر فیبر به طور قابل توجهی گران تر از برش های لیزر CO2 هستند .

 

دستگاه برش فایبر چگونه کار می کند؟

 

تکنولوژی و روش عملکرد:

 

فیلم آموزشی درباره عملکرد لیزر فایبر نسخه انگلیسی

 

فناوری لیزر فیبر با استفاده از تشعشعات تحریک شده، یک پرتو لیزر متمرکز و پرقدرت تولید می کند . یک دیود لیزر نوری را ساطع می کند که برای تقویت به کابل فیبر نوری ارسال می گردد. هنگامی که این لیزر قدرتمند به سطح مواد برخورد کند، نور با شدت بالا جذب شده و تبدیل به گرما شده و سطح را ذوب می کند.

 

روش تولید پرتو نوری متمرکز و تقویت شده

جهت بدست آوردن توان لازم جهت این فرآیند و با توجه به اینکه قدرت تنها یک دیود لیزری، جهت ایجاد توان مورد نیاز کافی نمی باشد ، از اینرو معمولا تعدادی از این دیودها به یک کوپلر فیبر نوری با ورودی های متعدد، متصل می گردند و این کوپلر نورهای متساعد شده از هر یک از این دیودها را به یک رشته فیبر نوری متصل می کند و در خروجی این کوپلر تمام پرتو های جذب شده در قالب یک پرتو و بصورت تجمیع و متمرکز شده، از طریق تنها یک فیبر خارج می شود.

در مرحله بعد، پرتو نور حاصله توسط فیبر نوری از ناحیه فعال لیزری عبور می‌کند.

در مسیر انتقال نور از طریق فیبر، نور نهایتا به قسمت تحریک شده فیبر می‌رسد. این قسمت با نام حفره لیزر شناخته می‌شود. در این بخش پرتولیزر به اتم‌های عنصرهای خاکی کمیاب برخورد می‌کند و الکترون‌های آن را تا سطح انرژی بالاتری تحریک می‌کند. به پرتو حاصله در این فرآیند پرتو خام لیزری گفته می شود.

پرتو خام لیزری حاصله پس از چند مرحله تقویت و پالایش توسط فرآیندهای گوناگون فیزیکی از جمله عبور از فیبر براگ گریتینگ (FBGs) و نوسان ساز (و یا یک ترکیب کننده)، پس از تقویت و ایجاد ثبات در جریان و بهبود انسجام بعنوان خروجی ، توسط یک فیبر نوری به هد دستگاه ارسال می گردد.

در این قسمت یک جریان گاز با سرعت بالا که با پرتو لیزر موازی است برای دمیدن بر ماده مذاب استفاده می شود و امکان برش قطعه کار را می دهد.

 

شروع فرآیند برش در فایبر لیزر

قدرت در اولین نقطه تماس لیزر فیبر با ماده باید شدیدتر از ادامه فرآیندهای بعدی باشد، زیرا به جای بریدن ساده از طریق ماده، این اولین تماس باید آن را سوراخ کند. این کار مستلزم استفاده از یک پرتو پالس پرقدرت است که برای ایجاد سوراخی در مواد بکار می رود، که تقریباً ده ثانیه برای یک ورق دوازده میلی متری فولاد ضد زنگ. طول می کشد . به طور همزمان، جریان هوا با سرعت بالا، براده را پاک می کند تا تصویر واضحی از خروجی نشان داده شود.

به طور معمول، یک دستگاه برش لیزر فیبر از فناوری CNC استفاده می کند، که اجازه می دهد تا داده های برش را از رایانه دریافت کنید. این فناوری‌ها با کنترل محورها و حرکت لیزر یک الگو یا طرح خاص را اجرا می‌کند.

همچنین دستگاه های برش فایبر لیزر میتوانند بر روی پلت فرمی دوگانه کار کنند ، بگونه ای که ورق و یا قطعه کار بصورت اتوماتیک بارگذاری شود و در پایان برش محصول آماده، تخلیه و مجددا دستگاه بصورت اتوماتیک با قطعه خام بارگذاری گردد به این نوع میز کار چنجر یا شاتل میگویند . این ویژگی فرآیند برش لیزری را با حفظ دقت و تکرار پذیری، بصورت سریع تر ممکن می کند که باعث صرفه جویی در زمان، در سفارش های تیراژی و تکرار شونده می شود.

نگهداری دستگاه برش لیزر فیبر نیز آسان است. قطعات نیاز به تعویض و تنظیم کمی دارند که باعث کاهش هزینه های سرویس و نگهداری می شود. علاوه بر این، لیزرهای فیبر از نیتروژن در فرآیند برش خود استفاده می‌کنند که امکان برش سریع‌تر، دقیق‌تر و با آلودگی کمتر را مهیا می سازد.

 

دسته بندی

این ماشین از نظر نحوه به کارگیری به دو دسته تقسیم می شود:

• دستگاه لیزر فایبر کنترل عددی
• دستگاه لیزر فایبر دستی

برای برشکاری و حکاکی به طور معمول از نوع کنترل عددی و جهت زنگ زدایی و جوش لیزری از نوع دستی آن استفاده می شود. قسمت های اصلی تشکیل دهنده دستگاه عبارتند:

1.  اپتیک شامل سورس لیزر،فیبر نوری انتقال لیزر و هد برش
2.  الکترونیکی شامل کنترلر و درایورها
3.  مکانیکی شامل شاسی، ریل ها، رک و پینیون وموتورها

چنانچه گفته شد دستگاه فایبر کاربردهای بسیار دارد. معمولا برای عملیات های برش کاری، علامت زنی، جوشکاری، حفاری، تمیز کاری و غیره مورد استفاده قرار می گیرد و بر این اساس با توان های متفاوت عرضه می گردد. توان های این سیستم ازچند وات تا چندکیلو وات (تا این لجظه لیزرهای 40 کیلووات )می باشد.

لازم به ذکر است حکاکی بر روی مواد شفاف و نیمه شفاف بدلیل پراکنده شدن پرتو نور با این سیستم امکان پذیر نیست.

این دستگاه CNC مزایا و قابلیت های بسیاری نسبت به دستگاه لیزر هایی مانند CO2 دارد. در برش لیزر CO2 برای انتقال لیزر از آینه ها و کابل ها استفاده می شود، در حالی که در سیستم فایبر از فیبر نوری بهره گرفته شده است و به همین علت تلفات در فایبر کاهش یافته و راندمان را بالا می برد.

 

سیستم های برش  فایبر، از نظر استفاده از نور  برای برش مشابه سیستم های  CO2 هستند. با این وجود از نظر شدت نور تولید شده و نحوه انتقال اشعه  از سورس  به قسمت برشکاری با هم تفاوت دارند.

قسمتهای تشکیل دهنده لیزر فایبر:

سورس لیزر

فیبر نوری

هد برش

چیلر خنک کننده

 

تفاوت بین برش لیزر CO2 و برش لیزر فیبر چیست؟

مقایسه سرعت و کیفیت فرآیند برش فایبر لیزر با برش لیزر CO2

برش های لیزری CO2 و برش های لیزری فیبر در درجه اول در مکانیسم هایی که برای تولید و تمرکز لیزر بکار می رود، متفاوت هستند.  آنها همچنین در طول موج های متفاوت عمل می کنند و برای مواد مختلف مناسب هستند.  این باعث ایجاد تفاوت های عملی در کارایی می گردد و متناسب با کارهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

 

مکانیسم ها

برش های لیزری CO2 و فیبر از مکانیسم های مختلفی برای برش مواد استفاده می کنند.

لیزرهای CO2 از گازهایی مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و هلیوم و گاهی اوقات زنون یا هیدروژن استفاده می کنند.  در دستگاه فرآیند تولید لیزر با مخلوط کردن و برانگیختن این گازها صورت می پذیرد.

لیزرهای فیبر از عناصری مانند اربیوم، ایتربیوم، نئودیمیم یا دیسپروزیم استفاده می کنند. مخلوط کردن این عناصر با هم منجر به ایجاد یک جامد کریستالی به نام فیبر می شود و این ماده از طریق یک فیبر واسط به داخل سر برش دستگاه هدایت می شود.

 

طول موج

برش لیزر فیبر و برش لیزر CO2 نیز با استفاده از طول موج های مختلف کار می کنند.

لیزر تولید شده توسط دستگاه لیزر فیبر دارای طول موج کوتاه تری نسبت به دستگاه های CO2 است. این به لیزر فیبر قدرت جذب بیشتری می دهد که سرعت برش و کیفیت برش کلی را افزایش می دهد.

 

مناسب بودن مواد و ضخامت

یکی دیگر از تفاوت های عمده بین دو برش لیزری، موادی است از لیزر برای برش آنها مورد استفاده قرار می گیرند.

برش لیزری فیبر برای برش ورق فلز که برای بسیاری از مشاغل حیاتی است، کاملاً مناسب است. دستگاه های لیزر CO2 برای برش صفحات ضخیم کارآمدتر عمل می کنند(استفاده در غیر فلزات فراگیر است).

 

کارایی و خروجی

از آنجایی که دستگاه لیزر فیبر می‌تواند لیزر برش را سریع‌تر و کارآمدتر تولید کند و مواد ضخیم‌تر را برش دهد، مزایای مالی برای تولیدکنندگان با حجم بالا دارد.

 

لیزر فیبر چه موادی را می تواند برش دهد؟

دستگاه برش لیزر فیبر در برش ورق فلز از جمله فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، مس، برنج، آلومینیوم و تیتانیوم بسیار مفید است. لیزرهای فیبر در برش مواد بازتابنده که لیزرهای CO2 با آنها دچار چالش می شود برتری دارند.

 

طبیعی است که فکر کنیم چون لیزرهای فیبر از مقداری نور مرئی استفاده می کنند، مواد بازتابنده مانند برنج، آلومینیوم و مس مشکل ایجاد می کنند. اما این موضوع مشکلی برای آنها ایجاد نمی کند. لیزرهای فیبر اکنون بسیار پیشرفته‌تر شده‌اند و می‌توانند به‌طور یکپارچه موادی را که زمانی برای سازندگان فلزات چالش‌برانگیز بود، برش دهند.

 

یکی از بزرگترین کاربردهای فایبر لیزر در صنایع تولیدی، ساختمانی و زیرساختی است. با این حال، برش لیزری در دنیای خلاقیت، از جمله هنر فلزو شیت متال و مجسمه سازی، نیز به طور فزاینده ای محبوب است و کاربرد دارد. با کمک یک برش لیزری فیبر، فلزکاری بسیار آسان تر می شود.

 

لیزر فیبر چقدر می تواند ضخامت را برش دهد؟

دستگاه های برش لیزر فیبر بسته به قدرتشان قابلیت های برش متفاوتی دارند. اما تقریباً تمام دستگاه های لیزر فیبر می توانند ورق فلزی را با ضخامت 13 میلی متر برش دهند. در زیر بعنوان نمونه مشخصات یک سورس سه کیلووات ذکر گردیده است.

مزایا و معایب برش لیزر فیبر

با درک بهتر این که برش لیزر فیبر چیست و چگونه کار می کند، می توانیم برخی از مزایا و معایب کلیدی دستگاه های برش لیزر فیبر را شناسایی کنیم. آگاهی از مزایا و معایب این فناوری به شما نقطه دید بسیار بهتری را هنگام تصمیم گیری در مورد اینکه کدام یک از آنها جهت کارگاه یا پروژه ساخت فلز شما کاربردی تر خواهد بود، می دهد.

 

مزایای برش فایبر لیزر

با توجه به مزایای بسیار، به راحتی می توان فهمید که چرا سازندگان حرفه ای فلزات در استرالیا دستگاه های فایبر لیزر را به کارگاه های خود اضافه می کنند.

 

برخی از مزایای کلیدی برش فایبر لیزر عبارتند از:

• جدیدترین و پیشرفته ترین شکل برش لیزری
• قابلیت سازگاری از یک نیاز صنعتی به صنعت دیگر را دارد
• قابل استفاده بر روی طیف وسیعی از فلزات
• می تواند با طول موج ها، دامنه ها و حتی سرعت های مختلف سازگار شود
• با سرعت بیشتری نسبت به لیزرهای CO2 کار می کند و کارایی کلی را افزایش می دهد
• افزایش کارایی با کاهش زمان نصب و راه اندازی
• توان خروجی بالا و کیفیت پرتو، که لبه برش تمیزتری ایجاد می کند
• مصرف انرژی کمتر هزینه های جاری را پایین نگه می دارد
• دستگاه با وجود قدرت، خطر گرما ندارد
• ایمن‌تر است زیرا پرتو به راحتی جذب می‌شود و از آسیب انعکاس جلوگیری می‌کند
• کاهش زمان راه‌اندازی و توقف
• آسیب حرارتی کمتر
• کیفیت بهتر در لبه های کار

برش لیزری فیبر عملکرد بی‌نظیری در ساخت فلز ارائه می‌دهد و صحت عملکرد و دقت آن منجر به خروجی هایی بهینه می‌شود. در مقایسه با سایر انواع برش لیزری موجود، لیزرهای فیبر نتایج باکیفیت بالایی را با سرعتی بیشتر و میزان مصرف موادی کمتر به دست آوردند.

 

معایب برش فایبر لیزر

 

همانطور که برش های لیزری فیبر پیشرفته شده اند، هنوز هم کامل نیستند و دارای معایب خاص خود هستند. استفاده از این لیست از معایب به عنوان یک نقطه مرجع می تواند به شما در تعیین اینکه آیا برش لیزر فیبر برای کارگاه شما مناسب است یا خیر کمک کند.

 

• قیمت خرید دستگاه های برش لیزر فیبر و اجزای آن گران تر است.
• دستگاه های لیزر فیبر کم توان، در هنگام پرداخت فلزات ضخیم تر در مقایسه با لیزرهای CO2 ، افت کیفیت برش را بیشتر نشان می دهند.

 

همانطور که مشاهده می کنید، به دلیل عملکرد پیچیده و کاربردهای متنوع، دستگاه های برش لیزر فیبر بسیار گران هستند. اما با این وجود و چند عیب دیگر، هنوز کاملا واضح است که برش لیزر فیبر مزایای بیشتری دارد. با توسعه فناوری، احتمالاً تمام معایب برش لیزر فیبر به آرامی برطرف شده و بهبود خواهند یافت.

 

کاربرد دستگاه های برش لیزر فایبر چیست؟

دستگاه برش لیزر فیبر در صنایع تولیدی و زیرساختی بسیار مفید است. در اینجا شش کاربرد برتر دستگاه های برش لیزر فیبر بیان می شود:

 

• صنعت خودرو – از یک دستگاه برش لیزری فیبر در پرداخت و برش بخش‌های زیادی از قطعات خودرو، از جمله درها، ترمزها و لوله‌های اگزوز استفاده می شود.
• صنعت ظروف آشپزخانه – بسیاری از وسایل موجود در آشپزخانه ها از قطعات نازک فولاد ضد زنگ پرداخت شده توسط فایبر لیزر، ساخته می شوند.
• تولید لوازم خانگی – برش های لیزری فیبر بیشتر در این صنعت برای بهبود کیفیت لوازم و بهینه سازی ظاهر آنها استفاده می شود.
• تولید دستگاه تناسب اندام – بخشی از تجهیزات باشگاه های ورزشی توسط برش لیزری فیبر پرداخت می گردند.
• تولید روشنایی – اکثر لامپ های معابر در فضای باز دارای لوله هایی هستند که با کمک این ماشین آلات شکل می گیرند.
• تولید هنر دکور و فلز – برش لیزری فیبر را می توان با کنترل دیجیتال کامپیوتری برای ایجاد طرح ها و الگوهای گرافیکی در ورق های فلزی استفاده کرد. این بدان معنی است که می توان قطعات سفارشی برای تزئین و تابلوهای فلزی ساخت.
• فقط با نگاه کردن به اطراف خانه خود، کاربردهای دستگاه های برش لیزر فیبر فوراً خودنمایی می کند. تقاضای مداوم برای این دستگاه های لیزر فیبر دلیلی است که فناوری برش لیزر فیبر به سرعت پیشرفت کرده است.
• بسیاری از چیزهای ضروری دیگر مانند ماشین آلات حمل و نقل و تجهیزات پزشکی بدون برش لیزر فیبر نمی توانند به طور کارآمد و در تیراژ بالا ایجاد شوند.

 

پرسش های مرتبط

 

چه نوع لیزری برای برش از طریق فلز بهترین است؟

بهترین نوع لیزر برای برش فلز، برش لیزری فیبر است. این دستگاه ها نتایج بهتری را برای فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ در مقایسه با لیزرهای CO2 ایجاد می کنند. از آنجایی که پرتو جذب می شود، برش های لیزری فیبر می توانند فلزات بازتابنده مانند مس، برنج و آلومینیوم را به مراتب موثرتر برش دهند.

 

چرا از لیزر برای برش مواد استفاده می شود؟

لیزرها به دلیل کارایی بالا در کارهایی با تیراژ بالا، برای برش بسیاری از مورد استفاده قرار می گیرند. برش لیزری انرژی و زمان کمتری برای برش فلزات سخت مانند آلومینیوم و فولاد در مقایسه با برش فلز سنتی مصرف می کند. بدون قطعات سایشی و بدون تماس های مستهلک کننده با مواد مورد برش، برش لیزری به تعمیر و نگهداری بسیار کمتری نیاز دارد. و برای طراحی های پیچیده و دقیق بسیار کاربردی می باشند.

 

منابع :

یک

دو

سه