شماره 196، خیابان لیفا، شهر هایان، نانتونگ، استان جیانگ سو، چین
برش لیزری تقریباً در تمام صنایع اصلی تولید و ساخت، از هوافضا و خودرو گرفته تا دستگاههای پزشکی، الکترونیک، معماری و کالاهای مصرفی استفاده میشود. با متمرکز کردن پرتو لیزر پرانرژی روی سطح قطعه کار برای ذوب، تبخیر یا سوزاندن موضعی مواد - و سپس دمیدن باقیمانده با گاز کمکی فشار بالا - برش لیزری پهنای پوسته زیر 0.1 میلیمتر، مناطق متاثر از حرارت ناچیز، و توانایی پردازش فلزات، پلاستیکها، مواد شیشهای، چوب، و چوب را فراهم میکند. گستردگی موادی که با آن کار میکند و دقتی که به دست میآورد، آن را به یکی از متنوعترین فناوریهای برش در دسترس تولیدکنندگان مدرن تبدیل کرده است.
درک اینکه چرا برش لیزری در بسیاری از صنایع قابل اجرا است نیاز به نگاهی کوتاه به فرآیند اساسی دارد. یک منبع لیزر یک پرتو بسیار متمرکز از نور منسجم تولید می کند - معمولاً CO2، فیبر یا Nd:YAG بسته به کاربرد - که از طریق یک عدسی به قطر نقطه ای اغلب کوچکتر از 0.2 میلی متر متمرکز می شود. در این نقطه کانونی، چگالی انرژی می تواند برسد 10 میلیون وات بر سانتی متر مربع ، باعث ایجاد گرمای موضعی آنی می شود که ماده را بدون توجه به سختی یا چقرمگی آن تبخیر یا ذوب می کند.
یک جت گاز کمکی کواکسیال - اکسیژن برای فلزات آهنی برای ترویج برش اکسیداتیو و بهبود سرعت، نیتروژن برای فولاد ضد زنگ و آلومینیوم برای جلوگیری از اکسیداسیون و دستیابی به لبه تمیز، یا هوای فشرده برای غیر فلزات - مواد مذاب را از قسمت بیرونی بیرون میبرد و از اپتیکهای فوکوس محافظت میکند. نتیجه یک برش تمیز و باریک با ناحیه متاثر از گرما است که معمولاً کمتر از آن است عرض 0.5 میلی متر در اکثر مواد، بسیار کوچکتر از پلاسما یا جایگزین های برش شعله است.
این ترکیبی از دقت، سرعت، انعطافپذیری مواد و پردازش بدون تماس چیزی است که برش لیزر را در طیف متنوعی از صنایع و کاربردها قابل استفاده میکند.
صنعت هوافضا یکی از اولین پذیرندگان برش لیزری بود و همچنان یکی از محیطهای کاربردی بسیار سخت آن است. اجزای هواپیما و فضاپیما به تلورانسهایی نیاز دارند که در صدم میلیمتر اندازهگیری میشوند، موادی که اغلب ماشینکاری آنها با ابزارهای معمولی دشوار است، و پرداختهای سطحی که نیاز به حداقل پس پردازش دارند. برش لیزری هر سه نیاز را به طور همزمان برآورده می کند.
آلیاژهای تیتانیوم و سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل که در اجزای موتور، براکتهای بدنه هوا و پانلهای ساختاری استفاده میشوند، به دلیل چقرمگی، تمایل به کار سخت شدن و هدایت حرارتی ضعیف، برش با ابزارهای معمولی دشوار است. برش لیزری این مواد را با تحمل ابعاد ± 0.05 میلی متر یا بهتر ، بدون سایش ابزار و اعوجاج ناشی از نیرو که روش های برش مکانیکی را آزار می دهد. آسترهای محفظه احتراق موتور، پرههای توربین و پانلهای ناسل همگی معمولاً در تولیدات هوافضای مدرن با لیزر برش داده میشوند.
پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) و کامپوزیت های الیاف شیشه در حال حاضر بیش از 50 درصد وزن سازه هواپیماهای تجاری مدرن مانند جت های پهن پیکر. این مواد را نمی توان به طور موثر با اره های معمولی یا جت های آب بدون لایه برداری یا بیرون کشیدن الیاف در لبه های برش خورده برش داد. برش لیزری - به ویژه با لیزرهای فیبر پالسی - ورقه های کامپوزیت را به طور تمیز با کمترین منطقه متاثر از گرما جدا می کند و کیفیت برش درجه یک هوافضا را در رشته ها، دنده ها، پانل های بدنه و اطراف درها ایجاد می کند.
صنعت خودرو بزرگترین بازار صنعتی واحد برای تجهیزات برش لیزر در سطح جهان است که مصرف تخمینی دارد 30 تا 35 درصد از کل خروجی سیستم لیزر صنعتی . ترکیبی از حجم تولید بالا، الزامات ابعادی کم، و استفاده روزافزون از فولادهای با استحکام بالا و آلیاژهای آلومینیوم، برش لیزری را به یک فرآیند اساسی در تولید خودروهای مدرن تبدیل کرده است.
پانلهای در، بخشهای سقف، تشتکهای کف، ستونهای A/B/C و تقویتکنندههای ساختاری در بدنه خودرو، قبل از شکلدهی و جوشکاری، از قطعات فولادی با استحکام بالا (AHSS) با لیزر برش داده میشوند. برش لیزری اجازه می دهد تا الگوهای سوراخ پیچیده، برش ها و پروفیل های بریده شده در یک عملیات واحد بدون تغییر ابزار تولید شوند - یک مزیت حیاتی برای فناوری که در آن معرفی مدل های جدید به انعطاف پذیری سریع ابزار نیاز دارد. یک بدنه مدرن خودرو شامل بیش از 500 جزء برش لیزری جداگانه است در بسیاری از معماری های خودرو
دستگاههای برش لیزری لولههای سهبعدی، لولههای فولادی و آلومینیومی گرد، مربع، مستطیل و پروفیلشده را به طولهای دقیق با پروفیلهای انتهایی پیچیده، بریدگیها، برشهای زین و طرحهای سوراخ در یک عملیات خودکار تک برش میدهند. اجزای شاسی، بخشهای رول کیج، لولههای سیستم اگزوز، ریلهای قاب صندلی و اجزای سیستم تعلیق همگی از این طریق تولید میشوند. برش لیزری لوله جایگزین 3 تا 5 عملیات جداگانه اره کردن، حفاری و فرز می شود با یک فرآیند پیوسته واحد، زمان چرخه را کاهش می دهد و مدیریت بین عملیات را حذف می کند.
اجزای بادکننده کیسه هوا، قطعات پیش کشنده کمربند ایمنی، و پرتوهای تقویت کننده ضد نفوذ درب، با تلورانس های سخت مورد نیاز برای سیستم های ایمنی جانی، لیزری برش داده می شوند. ماهیت غیر تماسی برش لیزری خطر ریز ترک خوردن لبه را که می تواند با پانچ مکانیکی رخ دهد را از بین می برد - یک ملاحظه کیفیت حیاتی برای قطعاتی که باید در حوادث تصادف عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
تولید دستگاه های پزشکی مستلزم سخت ترین تلرانس ها و تمیزترین سطوح برش در هر صنعتی است. ایمپلنت ها، ابزارها و تجهیزات تشخیصی باید استانداردهای دقیق نظارتی را داشته باشند و نباید آلودگی ذرات یا لایه های سطحی آسیب دیده حرارتی ایجاد کنند که می تواند باعث واکنش های بیولوژیکی شود. برش لیزر - به ویژه با فیبر پالسی و لیزرهای پالس اولتراکوتاه - دقت و تمیزی مورد نیاز برنامه های پزشکی را ارائه می دهد.
صنعت الکترونیک از برش لیزری در هر مقیاسی استفاده می کند، از محفظه های ورق فلزی در سطح ماکرو گرفته تا ویژگی های مقیاس میکرونی در ویفرهای نیمه هادی و بسترهای مدار انعطاف پذیر. ماهیت غیر تماسی پردازش لیزر به ویژه در الکترونیک بسیار ارزشمند است، جایی که تماس مکانیکی می تواند باعث تخلیه استاتیک، آلودگی ذرات یا آسیب به بستر شود.
بردهای مدار چاپی (PCB) با لیزر از ورقههای FR4 برش داده میشوند تا تختههایی با شکل دقیق با بریدگیهای داخلی، شکافها برای اتصالات و خطوط منحنی ایجاد کنند - بدون فشار مکانیکی که برش روتر بر روی الگوهای ردیابی ظریف در نزدیکی لبههای برد وارد میکند. مدارهای چاپی منعطف (FPC) مورد استفاده در گوشیهای هوشمند، پوشیدنیها و دستگاههای پزشکی با لیزر برش داده شده از بسترهای پلیآمید با قابلیت تحمل ویژگی 0.02 ± میلی متر ، امکان مسیریابی متراکم ردیابی مورد نیاز در الکترونیک مینیاتوری را فراهم می کند.
دیس مخفیانه با استفاده از لیزرهای مادون قرمز، پرتو را در داخل یک ویفر سیلیکونی متمرکز میکند تا یک ناحیه اصلاح زیرسطحی ایجاد کند، و به ویفر اجازه میدهد تا در امتداد خطوط دقیق بدون سطح قابل مشاهده شکاف شود. این فرآیند تولید می کند عرض کرف صفر در سطح ویفر، به حداکثر رساندن بازده قالب از مواد گران قیمت ویفر، و در حال حاضر یک روش استاندارد در تولید پردازنده های گوشی های هوشمند، تراشه های حافظه و نیمه هادی های قدرت است.
محفظه های سرور، محفظه های ابزار، قوطی های محافظ EMI و صفحات پخش کننده حرارت از آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و ورق مس با طرح های سوراخ تهویه، برش های رابط و آرایه های شکاف نصب که برای بسته بندی الکترونیکی نیاز دارد، با لیزر برش داده شده اند. مس - که به طور مشهور منعکس کننده و رسانای حرارتی است، و بنابراین برش لیزری آن دشوار است - اکنون به طور معمول توسط لیزرهای فیبر پرقدرت پردازش می شود که در طول موج هایی که مواد به طور موثرتری جذب می کنند کار می کنند.
ساخت ورق فلزی عمومی - شامل همه چیز از تجهیزات صنعتی و اجزای HVAC گرفته تا وسایل نمایشگر خردهفروشی و عناصر معماری - حوزه کاربردی است که برش لیزر عمیقترین تأثیر خود را داشته است. برش لیزری تا حد زیادی جایگزین پانچ مکانیکی و برش پلاسما برای ورق های تخت در مغازه های ساخت دقیق در سراسر جهان شده است زیرا این کار را ارائه می دهد. راه اندازی سریع تر (بدون تغییر ابزار)، تحمل های سخت تر، کیفیت لبه بهتر و انعطاف پذیری هندسی بیشتر از هر جایگزینی
| روش برش | پهنای کرف معمولی | منطقه متاثر از گرما | دقت موقعیت | انعطاف پذیری مواد |
|---|---|---|---|---|
| برش لیزری | 0.05-0.3 میلی متر | 0.05-0.5 میلی متر | ± 0.05-0.1 میلی متر | بسیار زیاد (فلزات غیر فلزات) |
| برش پلاسما | 1-3 میلی متر | 1-5 میلی متر | ± 0.5-1 میلی متر | فقط فلزات |
| برش شعله/اکسی سوخت | 2-5 میلی متر | 5-15 میلی متر | ± 1-2 میلی متر | فقط فلزات آهنی |
| پانچ مکانیکی | وابسته به ابزار | هیچ (فرآیند سرد) | ± 0.1-0.2 میلی متر | فلزات؛ نیاز به ابزار در هر شکل دارد |
| برش واترجت | 0.5-1.5 میلی متر | هیچ کدام | ± 0.1-0.2 میلی متر | سرعت بسیار بالا اما کندتر |
کاربردهای ساخت ورق فلزی عبارتند از کانال کشی و دیفیوزر HVAC، محفظه های صنعتی و پانل های کنترل، تجهیزات خدمات مواد غذایی، حفاظ ماشین آلات کشاورزی، قفسه بندی خرده فروشی و سیستم های نمایش، وسایل روشنایی، تابلوها و فلزکاری های معماری. توانایی برش هر نوع هندسه از یک فایل DXF یا DWG بدون تولید ابزار اختصاصی، برش لیزری را به فرآیند ترجیحی هم برای مقادیر نمونه اولیه و هم برای دورههای تولید با حجم متوسط تبدیل میکند.
برش لیزری با ساخت فلزات زینتی پیچیده، پانل های نمای پارامتریک، صفحه نمایش های سفارشی و پارتیشن های تزئینی در هر دو مقدار یکبار مصرف و تولید، امکان طراحی کاملاً جدیدی را در معماری و طراحی داخلی باز کرده است. طرح هایی که به صدها ساعت ساخت دستی نیاز داشتند، اکنون می توانند مستقیماً از یک فایل طراحی دیجیتال برش داده شوند.
صنعت انرژی - از زیرساختهای نفت و گاز معمولی گرفته تا تاسیسات خورشیدی و بادی تجدیدپذیر - به شدت به برش لیزری برای اجزای دقیق داخل سیستمهای تبدیل انرژی و ساختار فولادی زیرساختهای انرژی وابسته است.
در تولید سلول های خورشیدی، برش لیزری برای نوشتن و جداسازی سلول های خورشیدی لایه نازک بر روی لایه های شیشه ای و جداسازی سلول های سیلیکونی کریستالی از ویفرها استفاده می شود. این فرآیند به کیفیت لبه سلولی دست می یابد که مناطق مرده الکتریکی را در حاشیه سلول به حداقل می رساند. بهبود 1% در کیفیت سینگلاسیون سلول مستقیماً به بهبود 1% در کارایی ماژول ترجمه می شود. - یک مزیت تجاری قابل توجه در مقیاس تولید خورشیدی. پروفیلهای قاب ماژول آلومینیومی نیز با لیزر برش داده میشوند و با شکافهای آسیاب انتهایی در یک عملیات لیزر تک لولهای برش داده میشوند.
برجهای توربین بادی از بخشهای ورق فولادی سنگین با پروفیلهای فلنج پیچیده و بریدگیهای درب دسترسی ساخته میشوند - همه با لیزر برش داده میشوند تا تلورانسهای سخت مورد نیاز برای اتصال اتصال جوش با نفوذ کامل. ریخته گری هاب با لیزر برش داده می شود و پس از ریخته گری برای دستیابی به هندسه رابط اتصال تیغه بریده می شود. سیستم های برش لیزری پرقدرت با خروجی بیش از حد 20 کیلو وات اکنون ورق فولادی تا ضخامت 40 میلی متر را برش می دهیم، که امکان استفاده مستقیم برای اجزای ساختاری سنگین در توربین های بادی در مقیاس کاربردی را فراهم می کند.
لنت های تقویت کننده نازل، صفحات زین، صفحات فلنج و اجزای قرقره لوله با لیزر از فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و صفحه آلیاژی دوبلکس برای تجهیزات فشار نفت و گاز برش داده شده اند. دقت ابعادی پروفیلهای آمادهسازی جوش برش لیزری، هندسه اتصال صحیح و ابعاد گلوگاه جوش سازگار را تضمین میکند - عواملی که برای صدور گواهینامه یکپارچگی تجهیزات تحت فشار تحت استانداردهای ASME، EN یا معادل آن حیاتی هستند.
برش لیزری به فلزات محدود نمی شود. لیزرهای CO2 برش و حکاکی چوب، MDF، تخته سه لا، اکریلیک، چرم، پارچه و کاغذ را با همان دقتی که لیزرهای فایبر فولاد پردازش میکنند - برش لیزری را به یک فناوری اصلی تولید برای مبلمان، کالاهای مصرفی، محصولات تبلیغاتی و ساخت صنایع دستی تبدیل میکند.
پانل های تزئینی پیچیده، دهانه های پشتی صندلی، درج های درب کابینت و اجزای نازک کاری با لیزر از MDF و تخته سه لا تا تلورانس برش داده شده اند. ± 0.1 میلی متر ، امکان مونتاژ خشک محکم بدون چسب - یک مزیت قابل توجه در تولید مبلمان با بسته بندی تخت. فریم های مبلمان فولادی و آلومینیومی با آرایه های سوراخ پیچیده و پروفیل های شکافی توسط سیستم های لیزر فیبر بریده می شوند و نیاز به ابزار پانچ اختصاصی در دوره های تولید کوتاه را از بین می برند.
سیستم های برش لیزر CO2 چرم، چرم مصنوعی و منسوجات بافته شده و نبافته را بدون ساییدگی برش می دهند، زیرا حرارت لیزر به طور همزمان لبه برش را مهر و موم می کند. رویه کفش، پانل های کیف دستی، بند ساعت و قطعات اثاثه یا لوازم داخلی با استفاده از الگوهای دیجیتالی تو در تو با لیزر برش داده شده اند که استفاده از مواد را بهینه می کند - یک فاکتور هزینه مهم با توجه به قیمت چرم با کیفیت. برش با الگوی توری در منسوجات، جلوههای تزئینی ایجاد میکند که از نظر ساختاری امکان دستیابی به آن با برش قالب مکانیکی وجود ندارد.
ورق اکریلیک (PMMA) برای تولید ویترین های خرده فروشی، غرفه های محل فروش، تابلوهای نورانی، اجزای جایزه و مدل های معماری برش لیزری است. لیزر لبه ای با شعله بر روی اکریلیک تولید می کند که نیازی به پس پردازش ندارد و زمان تولید را در مقایسه با لبه های برش اره که نیاز به صاف کردن و پرداخت دارند کاهش می دهد.
برش لیزری لوله سه بعدی - که در آن یک چاک چرخشی با کنترل CNC، بخش های لوله را تغذیه و می چرخاند در حالی که یک سر برش لیزری ویژگی های پیچیده را در همه محورها پردازش می کند - یکی از بالاترین پیشرفت ها در ساخت فلزات مدرن را نشان می دهد. چندین عملیات ماشینکاری متوالی را با یک فرآیند خودکار جایگزین می کند، کاهش قابل توجهی در زمان چرخه ایجاد می کند و پیچیدگی هندسی را که قبلا غیر عملی بود، ممکن می سازد.
کاربردهایی که برش لیزر لوله بیشترین ارزش را دارد عبارتند از:
شرکتهای متخصص در تجهیزات پردازش لوله و راهحلهای اتوماسیون - مانند آنهایی که خطوط برش لیزری لولهای کاملاً یکپارچه را با بارگیری، برش، مرتبسازی و تخلیه خودکار ارائه میدهند - کارایی تولید با حجم بالا را به انعطافپذیری ساخت کارگاه میرسانند. گیپفل به عنوان یک شرکت با فناوری پیشرفته که تحقیق و توسعه، تولید، فروش و خدمات را در این زمینه ادغام می کند، هم تجهیزات برش و هم سیستم های اتوماسیونی را که اطراف آن را احاطه کرده است توسعه و تولید می کند - با استفاده از مراکز ماشینکاری پیشرفته CNC، مراکز ماشینکاری زیر بشکهای و تجهیزات تست با دقت بالا برای اطمینان از پایداری و دقت محصول خود.
یکی از مشخصه های تعیین کننده برش لیزری نسبت به فناوری های رقیب، وسعت موادی است که می تواند به طور موثر پردازش کند. جدول زیر کاربردهای معمولی را بر اساس نوع مواد و منبع لیزری که بیشتر برای هر کدام استفاده می شود، خلاصه می کند.
| مواد | محدوده ضخامت معمولی | نوع لیزر | برنامه های کاربردی نماینده |
|---|---|---|---|
| فولاد کربن | 0.5-40 میلی متر | لیزر فیبر | قطعات سازه، ماشین آلات، قاب خودرو |
| فولاد ضد زنگ | 0.5-25 میلی متر | لیزر فیبر (N₂ assist) | تجهیزات غذایی، تجهیزات پزشکی، پانل های معماری |
| آلیاژ آلومینیوم | 0.5-20 میلی متر | لیزر فیبر (high power) | سازه های هوافضا، محفظه های الکترونیکی، حمل و نقل |
| مس / برنج | 0.5-8 میلی متر | لیزر فیبر پرقدرت | اتصالات الکتریکی، سخت افزارهای تزئینی، مبدل های حرارتی |
| تیتانیوم | 0.5-15 میلی متر | لیزر فیبر (N₂/Ar assist) | هوافضا، ایمپلنت های پزشکی، تجهیزات ورزشی |
| اکریلیک (PMMA) | 1-25 میلی متر | لیزر CO2 | تابلوها، نمایشگرها، پخش کننده های نور |
| چوب / ام دی اف / تخته سه لا | 1-30 میلی متر | لیزر CO2 | مبلمان، پانل های داخلی، مدل ها، صنایع دستی |
| پارچه / چرم | تا 10 میلی متر | لیزر CO2 | پوشاک، کفش، اثاثه یا لوازم جانبی |
| CFRP / کامپوزیت ها | 0.5-10 میلی متر | فیبر پالسی / CO2 | پانل های هوافضا، تجهیزات ورزشی، خودرو |
| شیشه / سرامیک | 0.3-10 میلی متر | لیزر CO2 / UV | صفحه نمایش های الکترونیکی، بسترهای حسگر، شیشه های تزئینی |
فراتر از حوزه های کاربردی تاسیس شده، با افزایش توان لیزر، عملی شدن طول موج های جدید، و اتوماسیون هزینه هر قطعه را کاهش می دهد، برش لیزر به مناطق جدیدی گسترش می یابد. چندین حوزه کاربردی در حال ظهور به سرعت در حال رشد هستند.
رشد سریع تولید وسایل نقلیه الکتریکی (EV) تقاضای زیادی برای برش لیزری در تولید سلولهای باتری و بستهها ایجاد کرده است. کلکتورهای جریان آلومینیومی، بسترهای آند مسی و صفحات انتهایی ماژول باتری با ابعاد دقیق لیزر برش داده می شوند. یک بسته باتری EV ممکن است شامل بیش از 7000 قطعه جداگانه برش لیزری باشد در سطح سلول، ماژول و بسته، تولید باتری را به یکی از سریعترین بخشهای کاربردی برش لیزری در سطح جهان تبدیل میکند.
لیزرهای پالس اولتراکوتاه (پیکوثانیه و فمتوثانیه) مواد لایه نازک - از جمله اکسیدهای رسانای شفاف، فیلمهای فتوولتائیک انعطافپذیر، و بسترهای الایدی آلی - را با آسیبهای حرارتی ناچیز و دقت ویژگی زیر برش میدهند. 10 میکرومتر . این امکان تولید نمایشگرهای انعطاف پذیر، حسگرهای پوشیدنی و لوازم الکترونیکی چاپی را با سطوح عملکردی غیرقابل دستیابی با هر فرآیند برش دیگری فراهم می کند.
حذف تکیه گاه برش لیزری و جداسازی قطعات فلزی پرینت سه بعدی از صفحات ساختمانی به طور فزاینده ای توسط سیستم های برش لیزری که مستقیماً در سلول های تولیدی افزودنی ادغام شده اند انجام می شود. دقت برش لیزری تضمین می کند که رابط قطعه به ساپورت به طور تمیز بدون آسیب رساندن به سطوح عملکردی قطعه قطع می شود.
فولاد بالستیک و آلیاژهای زرهی مورد استفاده در سیستم های حفاظتی خودروهای نظامی به برش لیزری برای پانل های بدنه، براکت های نصب و نفوذ بدنه نیاز دارند. برش سیستم های لیزری پرقدرت فولاد زرهی با ضخامت 40 تا 60 میلی متر با کیفیت لبه کافی برای جوش مستقیم، حذف سنگ زنی و پروفیل مجدد مورد نیاز پس از برش پلاسما یا شعله این مواد.
تنوع کاربردهای برش لیزری به این معنی است که هیچ پیکربندی دستگاهی برای هر موردی بهینه نیست. انتخاب راه حل مناسب مستلزم تطبیق نوع لیزر، سطح توان، پیکربندی سیستم حرکتی و سطح اتوماسیون با الزامات خاص برنامه مورد نظر است.
به عنوان یک تامین کننده برش لیزر سفارشی و شرکت برش لیزر OEM/ODM Gipfel قابلیتهای طراحی درجه یک بینالمللی، زیرساختهای تولید خودکار پیشرفته، و تخصص عمیق مهندسی برنامهها را برای ارائه راهحلهای برش بهینهسازی شده برای نیازهای پردازشی خاص هر مشتری - با پشتیبانی از برنامههای کاربردی استاندارد و راهحلهای اتوماسیون هوشمند بسیار سفارشیشده در طیف گستردهای از صنایع توصیفشده در این مقاله، گرد هم میآورد.