برش لیزری چیست؟

برش لیزری چیست؟

برش لیزری یک فناوری پردازش حرارتی غیر تماسی است که از یک پرتو لیزر متمرکز و پرانرژی برای ذوب، تبخیر یا سوزاندن مواد در طول مسیر برنامه‌ریزی‌شده استفاده می‌کند و برش‌هایی با عرض 0.1 میلی‌متر باریک و دقت موقعیتی 0.05 ± میلی‌متر ایجاد می‌کند. یک گاز کمکی فشار بالا به طور همزمان مواد مذاب یا بخار شده را از ناحیه برش خارج می کند و لبه ای تمیز و بدون سوراخ باقی می گذارد که معمولاً نیازی به پرداخت ثانویه ندارد.

این فناوری از یک کنجکاوی آزمایشگاهی در دهه 1960 به روش برش دقیق غالب در فلزکاری، الکترونیک، خودرو، هوافضا و تولید کالاهای مصرفی تبدیل شده است. درک اینکه برش لیزری چیست - و چه چیزی آن را از روش های قدیمی متمایز می کند - اولین گام در ارزیابی اینکه آیا برش لیزری متناسب با نیاز تولید است یا خیر است.

مکانیسم اصلی به زبان ساده

لیزر (تقویت نور با انتشار تشعشعات تحریک شده) یک پرتو منسجم و تک رنگ از نور تولید می کند. در یک دستگاه برش، این پرتو از طریق یک سری آینه یا کابل های فیبر نوری هدایت می شود و توسط یک عدسی به قطر نقطه ای که معمولا بین 0.05 میلی متر و 0.3 میلی متر . در آن نقطه، چگالی توان بیشتر است 106 وات بر سانتی متر مربع - برای ذوب یا تبخیر فوری تقریباً هر ماده مهندسی کافی است.

نقطه متمرکز بر روی سطح قطعه کار به دنبال مسیر برش برنامه ریزی شده با CNC حرکت می کند. از آنجایی که خود تیر برش را انجام می دهد، هیچ ابزاری وجود ندارد که بین برش ها فرسوده، کدر یا نیاز به تعویض داشته باشد.

انواع اصلی دستگاه های برش لیزری

سه فناوری منبع لیزر بر برش صنعتی غالب است. هر کدام با مواد و ضخامت های مختلف مناسب است:

لیزر فیبر

پرتو در یک فیبر نوری دوپ شده تولید می شود و از طریق یک کابل فیبر انعطاف پذیر به سر برش می رسد. طول موج: 1064 نانومتر . کارایی دوشاخه دیواری: 30-40٪ - تقریباً سه برابر بیشتر از لیزرهای CO2. لیزرهای فیبر در برش فلزات به ویژه مواد بازتابنده مانند مس، برنج و آلومینیوم برتری دارند. سرعت برش در فولاد ضد زنگ 1 میلی متر می تواند بیشتر شود 30 متر در دقیقه در 6 کیلو وات

لیزر CO2

پرتو در یک مخلوط گاز (CO2، N2، He) تولید می شود که توسط یک تخلیه الکتریکی برانگیخته می شود. طول موج: 10600 نانومتر . این طول موج طولانی‌تر به خوبی توسط مواد غیر فلزی - اکریلیک، چوب، چرم، پارچه و شیشه - جذب می‌شود و CO₂ را به انتخاب استاندارد برای مغازه‌های مواد مخلوط تبدیل می‌کند. همچنین فولاد نرم ضخیم را به طور موثر برش می دهد، تا 30 میلی متر یا بیشتر در قدرت بالا

لیزر حالت جامد (Nd:YAG / دیسک).

اینها از یک کریستال جامد به عنوان محیط افزایش استفاده می کنند. طول موج: 1064 نانومتر (همانند فیبر). به طور تاریخی در برش و جوشکاری با حالت پالس استفاده می شد، اما اکنون به دلیل راندمان بالاتر فیبر و هزینه تعمیر و نگهداری کمتر توسط لیزرهای فیبر در تاسیسات جدید تا حد زیادی جایگزین آنها شده است.

پنج ویژگی تعیین کننده برش لیزری

• دقت بالا: عرض کرف زیر 0.1 میلی متر؛ تکرارپذیری موضعی ± 0.03-0.05 میلی متر. خطوط پیچیده و ویژگی های ریز از قسمت اول تا ده هزارم قابل تکرار هستند.
• سرعت برش بالا: چگالی انرژی در نقطه متمرکز می شود و باعث حذف سریع مواد می شود. یک لیزر فیبر 12 کیلوواتی فولاد ملایم 3 میلی متری را برش می دهد 20 متر در دقیقه .
• فرآیند بدون تماس: هیچ نیروی مکانیکی به قطعه کار وارد نمی شود، بنابراین مواد نازک یا شکننده در اثر بستن یا فشار ابزار دچار اعوجاج نمی شوند.
• منطقه کوچک متاثر از گرما (HAZ): پرتو بسیار متمرکز، ورودی حرارتی را به یک نوار باریک در مجاورت برش محدود می‌کند و باعث کاهش اعوجاج و حفظ خواص مواد در نزدیکی لبه می‌شود.
• سازگاری مواد گسترده: فلزات، پلاستیک، چوب، سرامیک، کامپوزیت و منسوجات همگی قابل پردازش هستند – اغلب در یک دستگاه با تغییرات پارامتر.

کاربردهای صنعتی معمولی

برش لیزری تقریباً در هر بخش تولیدی استفاده می شود:

• ساخت ورق فلزی: براکت‌های سازه‌ای، محفظه‌ها و پانل‌های برش‌شده از کویل تخت یا استوک صفحه.
• خودرو: بدنه به رنگ سفید، دیفیوزرهای کیسه هوا، پروفیل های ریل صندلی، و تقویت کننده های لولای در.
• هوافضا: براکت های بدنه هوا تیتانیومی، پانل های پوست بدنه آلومینیومی و دنده های کامپوزیت.
• الکترونیک: سینگولاسیون PCB، برش مدار انعطاف پذیر و برش استنسیل با گام ریز.
• وسایل پزشکی: خالی ابزار جراحی، برش استنت از لوله نازک دیواره، و اجزای ایمپلنت.
• علائم و معماری: صفحه نمایش فولادی تزئینی، حروف آلومینیومی، و صفحه نمایش اکریلیک.

خلاصه

برش لیزری با ترکیبی از انرژی فوتون متمرکز، حرکت کنترل شده توسط کامپیوتر و خروج گاز کمکی که با هم کار می کنند تا برش های دقیق و قابل تکرار را با سرعت بالا ایجاد کنند، تعریف می شود. ماهیت غیر تماسی، دقت زیر میلی‌متری و سازگاری با طیف گسترده‌ای از مواد، آن را به فناوری برش در هر جایی که کیفیت، سرعت و انعطاف‌پذیری باید در یک فرآیند وجود داشته باشد، تبدیل کرده است.

اصل کار برش لیزری

برش لیزری با ایجاد یک پرتو نور منسجم، متمرکز کردن آن بر روی چگالی توان بیش از 106 وات بر سانتی‌متر مربع در سطح قطعه کار، و اجازه دادن به گرمایش موضعی سریع حاصله را برای ذوب یا تبخیر مواد انجام می‌دهد - در حالی که یک جت گاز کمکی هم محور، مواد مذاب یا گازی را از پوسته خارج می‌کند. سپس سیستم حرکت CNC نقطه متمرکز را در امتداد مسیر برش برنامه ریزی شده حرکت می دهد و هندسه نهایی را تولید می کند.

هر مرحله از این فرآیند - تولید پرتو، تحویل، تمرکز، تعامل مواد و کمک گاز - توسط فیزیک متمایز اداره می شود. درک آنها، هم قابلیت ها و هم گزینه های پارامتر فرآیندی را که کیفیت برش را تعیین می کنند، توضیح می دهد.

مرحله 1: تولید پرتو لیزر

منبع لیزر انرژی الکتریکی را از طریق انتشار تحریک شده به فوتون تبدیل می کند. در لیزر فیبر - استاندارد صنعتی فعلی برای برش فلز - محیط افزایش طول فیبر سیلیکا با خاکی کمیاب (معمولا ایتربیوم) است. منبع پمپ دیودی اتم‌های ناخالص را تحریک می‌کند و سپس فوتون‌ها را ساطع می‌کنند 1064 نانومتر wavelength همانطور که آنها استراحت می کنند. حفره فیبر نوری این فوتون ها را به یک پرتو پرتوان، تک حالته یا کم حالت تقویت می کند.

منابع لیزر فیبر مدرن برای برش محدوده از 1 کیلو وات تا 30 کیلو وات خروجی موج پیوسته قدرت بالاتر امکان برش سریع‌تر مواد ضخیم‌تر را فراهم می‌کند، اگرچه کیفیت پرتو (که به عنوان محصول پارامتر پرتو، BPP بیان می‌شود) نیز باید برای دستیابی به یک نقطه متمرکز کوچک حفظ شود.

مرحله 2: تحویل پرتو و تمرکز

از منبع لیزر، پرتو از طریق یک کابل فیبر نوری انعطاف پذیر به سر برش می رود. در داخل هد، یک عدسی موازی پرتوهای واگرا را به پرتوهای موازی تبدیل می‌کند و یک عدسی متمرکز، آن پرتوها را به نقطه کانونی روی سطح قطعه کار یا درست زیر آن همگرا می‌کند.

قطر نقطه متمرکز (d) چگالی توان و در نتیجه قابلیت برش را تعیین می کند:

• قطر لکه معمولی: 0.05 میلی متر - 0.3 میلی متر بسته به فاصله کانونی و کیفیت پرتو.
• فاصله کانونی کوتاهتر ← نقطه کوچکتر ← چگالی توان بیشتر ← اسکلت ریزتر، اما عمق تمرکز کمتر.
• فاصله کانونی بیشتر ← نقطه بزرگتر ← برای برش مواد ضخیم بهتر است، جایی که پرتو باید از طریق عمق بیشتر مواد در فوکوس باقی بماند.

سرهای برش فوکوس خودکار با استفاده از حسگر ارتفاع خازنی که سطح قطعه کار را ردیابی می کند، موقعیت کانونی را در زمان واقعی تنظیم می کند و فوکوس مطلوب را حتی بر روی ورق تابیده یا ناهموار حفظ می کند.

مرحله 3: تعامل مواد - سه حالت برش

بسته به ماده و گاز کمکی، برهمکنش لیزر-مواد یکی از سه مکانیسم اصلی را دنبال می کند:

برش فیوژن (گاز بی اثر)

نیتروژن با فشار بالا (معمولا 10-20 بار ) به عنوان گاز کمکی استفاده می شود. لیزر مواد را ذوب می کند و جت نیتروژن مذاب را بدون هیچ گونه واکنش گرمازایی از داخل پوسته خارج می کند. نتیجه یک است بدون اکسید، لبه روشن - برای قطعات فولادی ضد زنگ و آلومینیومی که جوش، آنودایز یا رنگ می شوند ضروری است. سرعت برش کمی کمتر از برش اکسیداسیون است، اما کیفیت لبه برتر است.

برش اکسیداسیون (گاز راکتیو)

اکسیژن به عنوان گاز کمکی در فشار استفاده می شود 0.5-6 بار . لیزر مواد را تا دمای اشتعال گرم می کند. سپس اکسیژن به صورت گرمازا با فلز واکنش می دهد و انرژی شیمیایی را به فرآیند برش می افزاید. این به طور قابل توجهی سرعت برش را برای فولاد نرم افزایش می دهد - لیزر 6 کیلو وات فولاد نرم 20 میلی متری را تقریباً برش می دهد. 2-3× با اکسیژن سریعتر از نیتروژن . مبادله یک لایه نازک اکسید آهن در لبه برش است.

برش تبخیر

برای مواد غیر فلزی (پلاستیک، چوب، سرامیک، برخی کامپوزیت ها)، قدرت لیزر به اندازه ای بالا است که مواد را مستقیماً بدون فاز مایع تبخیر کند. هوای فشرده اغلب به عنوان گاز کمکی کافی است. عرض کرف می تواند به همان اندازه باریک باشد 0.08 میلی متر در اکریلیک نازک، تولید لبه های نوری شفاف.

مرحله 4: حرکت CNC و تشکیل کرف

سر برش (یا میز قطعه کار، در برخی از تنظیمات) توسط یک سیستم سروو CNC در طول مسیر برنامه ریزی شده X-Y حرکت می کند. برش های لیزری تخت تخت به سبک دروازه ای مدرن از درایوهای سروو خطی یا موتورهای خطی استفاده می کنند که به موارد زیر دست می یابند:

• حداکثر سرعت تراورس: 100-200 متر در دقیقه (موقعیت سریع بین برش ها).
• سرعت برش: 1-60 متر در دقیقه بسته به جنس و ضخامت
• تکرارپذیری موقعیت: 0.03 ± میلی متر یا بهتر

کنترل‌کننده CNC قدرت لیزر، سرعت برش و فشار گاز کمکی را همزمان با تغییر جهت یا وارد شدن سر به گوشه‌ها تعدیل می‌کند و از سوزاندن بیش از حد در ویژگی‌های تیز جلوگیری می‌کند و عرض دهانه را ثابت نگه می‌دارد.

مرحله 5: منطقه متاثر از گرما و کنترل آن

منطقه متاثر از گرما (HAZ) نوار باریکی از مواد در مجاورت برش است که در آن ریزساختار با قرار گرفتن در معرض حرارت تغییر یافته است. در برش لیزری، عرض HAZ به طور معمول است 0.1-0.5 میلی متر ، در مقایسه با 1-3 میلی متر برای برش پلاسما و 3-10 میلی متر برای برش شعله

HAZ کوچک نتیجه مستقیم چگالی انرژی بالای لیزر و سرعت برش سریع است: مواد در قسمت جلویی برش گرم شده و به سرعت حذف می شوند که رسانش به فلز اطراف محدود می شود. سرعت برش سریعتر و قدرت بالاتر هر دو باعث کاهش بیشتر HAZ می شوند، به همین دلیل است که لیزرهای فیبر پرقدرت مدرن اعوجاج کمتری نسبت به ماشین های قدیمی تر و کم مصرف ایجاد می کنند.

پارامترهای کلیدی فرآیند و اثرات آنها

چگونه برش لیزری راندمان تولید را بهبود می بخشد

برش لیزری راندمان تولید را عمدتاً با حذف زمان تعویض ابزار، امکان سرعت برش تا 60 متر در دقیقه، کاهش ضایعات از طریق لانه سازی دقیق، و ادغام یکپارچه با سیستم های بارگیری و تخلیه خودکار بهبود می بخشد - در مجموع کاهش کل زمان چرخه قطعه 40 تا 70 درصد در مقایسه با پرس پانچ معمولی یا جریان کاری پلاسما.

دستاوردهای بهره وری از عوامل متعدد همپوشانی حاصل می شود. این مقاله هر کدام را با داده‌های تولید بتن بررسی می‌کند تا تولیدکنندگان بتوانند تأثیر واقعی را برای عملیات خود ارزیابی کنند.

بدون ابزار - بدون تغییر زمان خرابی

پرس پانچ و پانچ برجک به ابزارهای فیزیکی (پانچ و قالب) برای هر اندازه و پروفیل سوراخ نیاز دارد. تغییر مجموعه ابزار برای یک بخش جدید ممکن است طول بکشد 20-90 دقیقه . برش لیزری از همان سیستم نوری و سر برش برای هر شکل هندسی استفاده می کند - تغییر از یک قسمت به قسمت دیگر فقط به معنای بارگذاری یک برنامه CNC جدید است که طول می کشد. زیر 60 ثانیه .

برای فروشگاهی که 15 شماره قطعه مختلف را در هر شیفت کار می کند، حذف شش توقف تعویض ابزار به مدت 30 دقیقه، بازیابی می شود. 3 ساعت زمان مولد ماشین در هر شیفت - سودی که مستقیماً به خروجی اضافی می رود.

سرعت برش بالا در مواد نازک و متوسط

بر روی ورق فلزی نازک، لیزرهای فیبر قدرتمند مدرن به سادگی سریعتر از هر روش برش مکانیکی هستند:

برای محدوده 1 تا 6 میلی متر - که اکثر تولیدات ورق فلز را پوشش می دهد - یک لیزر فیبر 12 کیلو وات است. 5-10× سریعتر از پلاسما . در آن اختلاف سرعت، یک لیزر جایگزین خروجی چندین جداول پلاسما می شود.

استفاده کارآمد از مواد از طریق تودرتوی دقیق

از آنجایی که صفحه لیزر باریک است (0.1-0.3 میلی متر)، قطعات را می توان با شکاف هایی به کوچکی تودرتو کرد. 0.5-1.0 میلی متر روی یک ورق استاندارد نرم افزار Nesting به طور خودکار محل قرارگیری قطعات را برای به حداکثر رساندن بازده هر صفحه بهینه می کند. نرخ استفاده از مواد معمولی برای برش لیزری است 85-92٪ ، در مقایسه با 70–80% for blanking dies and 75–85% for plasma.

روی یک ورق فولادی ضد زنگ 3 میلی‌متر × 1500 میلی‌متر × 3000 میلی‌متر به ارزش تقریبی 400 دلار، بهبود 10 درصدی در عملکرد مواد باعث صرفه‌جویی در عملکرد می‌شود. هر ورق 40 دلار فقط در هزینه مواد - به سرعت در هزاران ورق در سال ترکیب می شود.

حذف عملیات ثانویه

لبه های برش لیزری روی فلزات معمولاً بدون سوراخ و دقت ابعادی کافی دارند تا مراحل جداسازی، سنگ زنی و لبه پانسمان را که پس از برش پلاسما یا شعله اجباری هستند حذف کنند. در مطالعه ای در مورد تولید محفظه های فولادی ضد زنگ:

• قطعات برش پلاسما به طور متوسط نیاز داشتند 4.5 دقیقه تخلیه و پانسمان در هر قسمت قبل از مونتاژ
• معادل های برش لیزری مورد نیاز است زیر 30 ثانیه بازرسی و بدون تکمیل لبه ثانویه.
• صرفه جویی در کار در 800 قطعه در هفته: بیش از 60 ساعت کار در هفته .

یکپارچه سازی اتوماسیون برای تولید چراغ های خاموش

دستگاه های مدرن برش لیزری تخت تخت برای اتوماسیون کامل طراحی شده اند:

• برج های تخلیه و بارگیری اتوماتیک ورق 10 تا 30 پالت مواد خام و پشته های قطعه تمام شده را نگه دارید، که امکان عملکرد مداوم با نظارت یک اپراتور بر چندین ماشین را فراهم می کند.
• تعویض نازل اتوماتیک بدون دخالت اپراتور، نازل های برش را بین کارهای با مواد ضخیم و مواد نازک تعویض کنید.
• ادغام MES/ERP صف های کار و داده های مواد را به صورت خودکار بارگیری می کند، کارها را بر اساس تاریخ مقرر و نوع مواد زمان بندی می کند.

سلول های برش لیزری کاملاً خودکار به طور معمول به دست می آورند 20 ساعت زمان برش مولد در 24 ساعت شبانه روز - در مقایسه با 14 تا 16 ساعت برای ماشین‌هایی که به صورت دستی بارگذاری می‌شوند - زیرا بارگیری، تخلیه و تغییرات برنامه به‌جای توقف آن به موازات برش اتفاق می‌افتد.

کاهش هزینه های ضایعات و دوباره کاری

چون برش لیزری یک فرآیند برنامه ریزی شده و قابل تکرار است، بازده پاس اول به طور مداوم بالا است. نرخ ضایعات در عملیات برش لیزری بهینه اجرا می شود زیر 1% برای قطعات استاندارد، در مقایسه با 3-8٪ برای برش دستی پلاسما یا شعله که مهارت اپراتور مستقیماً بر کیفیت برش تأثیر می گذارد. تأثیر روی کارایی ترکیب می شود: هر قطعه ضایع شده نه تنها مواد، بلکه زمان و نیروی کار ماشین را که قبلاً روی آن سرمایه گذاری شده است نیز هدر می دهد.

چه موادی را می توان با لیزر برش داد؟

برش لیزری با طیف گسترده ای از مواد سازگار است: فولاد کربنی تا 30 میلی متر، فولاد ضد زنگ تا 25 میلی متر، آلومینیوم تا 20 میلی متر، مس و برنج با لیزرهای فیبر پرقدرت، به علاوه طیف گسترده ای از غیر فلزات از جمله اکریلیک، چوب، چرم، پارچه، سرامیک ها و بسیاری از کامپوزیت ها. محدودیت های کلیدی انعکاس (برای فلزات) و خطر دود (برای برخی از غیر فلزات) است، نه هیچ گونه محدودیت اساسی خود فرآیند.

فلزات آهنی

فولاد ملایم (فولاد کربنی)

پرکاربردترین فلز برش لیزری. کمک اکسیژن با یک لایه نازک اکسید برش های سریع و اقتصادی ایجاد می کند. لیزر فیبر 15 کیلووات برش می دهد فولاد ملایم 25 میلی متری تقریباً 1.0 متر در دقیقه ; لیزرهای CO2 با قدرت بالا تا 30 میلی متر را کنترل می کنند. کمک نیتروژن یک لبه بدون اکسید مناسب برای رنگ آمیزی یا پوشش مستقیم می دهد.

فولاد ضد زنگ

نیتروژن با فشار بالا گاز کمکی استاندارد برای تولید لبه های روشن و بدون اکسید است که مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کند. کیفیت برش از ورق 0.5 میلی متری تا عالی است صفحه 20 میلی متری با قدرت لیزر کافی آلیاژهای سری 300 (304، 316) و سری 400 همگی قابل پردازش هستند. توجه داشته باشید که نمرات با کروم بالا بالای 25 میلی متر بهتر است توسط پلاسما یا واترجت ارائه شود.

فولاد ابزار و فولاد سخت شده

برش لیزری روی فولادهای ابزار سخت شده به خوبی کار می کند، اگرچه لبه برش یک لایه سخت شده (منطقه دوباره ریخته گری) تقریباً نشان می دهد. عمق 0.1-0.2 میلی متر . برای ابزار دقیق، این لایه معمولاً پس از برش آسیاب می شود.

فلزات غیر آهنی

آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم

رسانایی و بازتاب حرارتی بالای آلومینیوم آن را برای لیزرهای CO2 چالش برانگیز کرده است. لیزرهای فیبر با طول موج 1064 نانومتر کوتاه‌تر خود که بهتر جذب آلومینیوم می‌شوند، آن را تمیز می‌برند. کمک نیتروژن فشار بالا استاندارد است. ظرفیت معمولی: تا 20 میلی متر با لیزر فیبر 12 تا 20 کیلو وات. آلیاژهای 5083، 6061 و 7075 همگی قابل برش هستند. سری 1xxx (آلومینیوم خالص) به دلیل هدایت حرارتی بسیار بالا نیاز به کنترل دقیق پارامتر دارد.

مس و برنج

مس بیش از 95 درصد از انرژی لیزر CO2 و حدود 60 درصد از انرژی لیزر فیبر را در دمای اتاق منعکس می کند. پس از ذوب شدن، جذب به طور چشمگیری افزایش می یابد. لیزرهای فیبر پرقدرت (≥ 6 کیلو وات) با شروع پالس سوراخ، مس و برنج را با موفقیت تا ضخامت 6-8 میلی متر . کمک نیتروژن از تغییر رنگ اکسید جلوگیری می کند. کاربردها شامل میله های اتوبوس الکتریکی، پره های مبدل حرارتی و پانل های معماری تزئینی است.

تیتانیوم

تیتانیوم is laser-cut routinely in aerospace and medical manufacturing. Argon or nitrogen assist is required to prevent oxidation that would embrittle the cut edge. Clean, oxide-free edges are achievable on sheet up to 10 میلی متر . رسانایی حرارتی نسبتا کم تیتانیوم در واقع برش آن را نسبت به آلومینیوم با ضخامت مشابه آسان تر می کند.

مواد غیر فلزی

پلاستیک و اکریلیک

لیزرهای CO2 اکریلیک (PMMA)، پلی کربنات، ABS، HDPE و بسیاری از ترموپلاستیک های دیگر را برش داده و حکاکی می کنند. اکریلیک هنگام برش CO2 یک لبه صیقلی با شعله و از نظر نوری شفاف ایجاد می کند - کیفیتی که با برش مکانیکی به دست نمی آید. اکریلیک تا 25 میلی متر به طور معمول پردازش می شود. پی وی سی نباید با لیزر برش داده شود: احتراق گاز کلر و اسید هیدروکلریک تولید می کند که برای اپراتورها مضر و برای اجزای دستگاه خورنده است.

چوب و ام دی اف

لیزرهای CO₂ چوب طبیعی، ام دی اف، تخته سه لا و بامبو را به طور موثر برش می دهند. لبه های بریده شده دارای ظاهر زغالی مشخصی هستند که می توان آن را به عنوان یک ویژگی طراحی باقی گذاشت یا سمباده زد. چوب تا ضخامت 20-25 میلی متر قابل برش در یک پاس است. طرح‌های منبت کاری دقیق و طرح‌های خمشی لولای زنده که امکان ردیابی آنها غیرممکن است، کاربردهای لیزری استاندارد در تولید مبلمان و نمایشگر هستند.

منسوجات، چرم و لاستیک

لیزرهای CO2 پارچه، چرم، نمد، فوم و لاستیک را با لبه های مهر و موم شده و بدون ساییدگی برش می دهند. در تولید پوشاک، میز برش لیزری برش داده می شود چندین لایه پارچه به طور همزمان ، جایگزینی برش دای پرس و حذف هزینه ساخت قالب های برش برای هر قطعه الگو.

سرامیک و شیشه

برش مواد شکننده نیاز به پارامترهای لیزر تخصصی دارد. خط زدن و شکستگی کنترل شده رایج است: لیزر یک خط تنش ایجاد می کند که مواد به طور تمیز از هم جدا می شوند. شیشه نازک (تا 3-5 میلی متر ) و بسترهای سرامیکی برای الکترونیک به این روش پردازش می شوند. شیشه ضخیم به لیزرهای با پالس اولترا کوتاه (پیکوثانیه یا فمتوثانیه) برای اصلاح داخلی تمیز نیاز دارد.

مواد کامپوزیت

پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) و پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) در صنایع هوافضا و کالاهای ورزشی با لیزر برش داده می شوند. چالش کلیدی محدود کردن لایه لایه شدن و تخریب حرارتی رزین ماتریکس است. پارامترهای لیزر بهینه شده HAZ را در زیر نگه می دارند 0.3 میلی متر در CFRP، برای اکثر کاربردهای ساختاری قابل قبول است.

موادی که نباید با لیزر برش داده شوند

• پی وی سی و وینیل: انتشار گاز کلر و اسید هیدروکلریک در هنگام احتراق - برای سلامتی و اپتیک ماشین خطرناک است.
• پلی کربنات ضخیم تر از ~ 5 میلی متر: به دلیل ظرفیت حرارتی بالا تمایل به تغییر رنگ و ایجاد لبه های بی کیفیت دارد. برش واترجت بهتر در ضخامت بیشتر
• مس بریلیم: برش دود سمی اکسید بریلیوم را آزاد می کند. مهار تخصصی مورد نیاز است
• مواد با سطوح لخت بسیار بازتابنده (مس براق/طلا) بدون تجهیزات تخصصی: انعکاس برگشتی می‌تواند به منبع لیزر در ماشین‌های درجه پایین‌تر که به محافظ بازتاب برگشتی مجهز نیستند آسیب برساند.

جدول سازگاری مواد با مرجع سریع

برش لیزری در مقابل برش سنتی

برش لیزری بهتر از روش های برش سنتی برای دقت، مواد نازک به متوسط، هندسه پیچیده و تغییر مکرر است. روش‌های سنتی - به‌ویژه برش پلاسما و شعله - برای صفحات بسیار ضخیم (بالاتر از 25 میلی‌متر) و اشکال ساده با حجم بالا که هزینه هر قطعه بر انعطاف‌پذیری غالب است، مقرون به صرفه‌تر هستند. پاسخ درست به ضخامت مواد، پیچیدگی قطعه، اندازه دسته و الزامات کیفیت لبه بستگی دارد.

برش لیزر در مقابل برش پلاسما

برش پلاسما از یک قوس گازی یونیزه برای ذوب و دمیدن فلز استفاده می کند. روی صفحه ضخیم سریع است و هزینه خرید دستگاه پایین تری دارد، اما یک پوسته پهن تر، یک HAZ بزرگتر و یک لبه زبرتر تولید می کند که معمولاً به آسیاب ثانویه نیاز دارد.

حکم: برای مواد تا 20 میلی متر، برش لیزری بر دقت، سرعت، استفاده از مواد و کیفیت قطعه پیروز می شود. برای صفحه بالای 25 میلی متر که مزیت سرعت پلاسما قابل توجه است و الزامات تحمل ضعیف است، پلاسما رقابتی باقی می ماند.

برش لیزری در مقابل برش شعله (Oxyfuel).

برش شعله از گاز قابل احتراق (استیلن یا پروپان) و اکسیژن برای گرم کردن فولاد ملایم تا دمای اشتعال و سوزاندن آن استفاده می کند. این کم‌هزینه‌ترین نقطه ورود برای برش فولاد ملایم ضخیم است که می‌تواند بیش از صفحات را افزایش دهد ضخامت 300 میلیمتر با تنظیمات چند مشعل مناسب.

معایب آن در مقایسه با لیزر برای ساخت مدرن شدید است: دقت معمولاً وجود دارد ± 1-3 میلی متر ، HAZ گسترش می یابد 3-10 میلی متر از برش، اعوجاج قابل توجهی در مواد نازک رخ می دهد و فقط فولادهای ملایم و فولادهای کم آلیاژ را می توان پردازش کرد (زنگ، آلومینیوم و غیر فلزات را نمی توان شعله برش داد).

حکم: برش لیزری تقریباً در همه کاربردهای زیر 30 میلی متر جایگزین برش شعله می شود. برش شعله تنها در کار فولاد سازه ای بسیار سنگین که سرمایه گذاری سرمایه در لیزر پرقدرت قابل توجیه نیست، نقش خود را حفظ می کند.

برش لیزری در مقابل پانچ مکانیکی

پانچ برجک سوراخ ها و پروفیل های مهر را با استفاده از قالب های سخت شده فشار می دهد. آنها برای ویژگی های تکراری ساده (سوراخ های گرد، شکاف ها) در ورقه نازک بسیار سریع هستند: یک پانچ برجک می تواند یک سوراخ ساده 10 میلی متری ایجاد کند. 0.05 ثانیه . با این حال، سرمایه گذاری ابزار برای هر اندازه سوراخ یا پروفیل جدید مورد نیاز است، کیفیت لبه در برش های پروفیل نیاز به سوراخ کردن ثانویه دارد، و حداقل اندازه سوراخ توسط نیروی پانچ فشار محدود می شود.

برش لیزری نیازی به ابزار ندارد، می تواند سوراخ هایی را به کوچکی برش دهد 0.3 میلی متر diameter در ورق نازک، و بدون هزینه اضافی، هر کانتور را ایجاد می کند. ماشین‌های پانچ لیزری ترکیبی وجود دارند که از هر فناوری برای بهترین عملکرد استفاده می‌کنند - پانچ کردن برای سوراخ‌های دور تکراری، لیزر برای پروفایل‌های پیچیده و سوراخ‌های کوچک.

حکم: برای قطعات با تعداد زیادی سوراخ استاندارد یکسان در حجم بالا، پانچ کردن مقرون به صرفه است. برای هندسه سفارشی، سوراخ های کوچک یا خطوط پیچیده، برش لیزری برتر است. بسیاری از مغازه های مدرن هر دو فناوری را در یک خط اجرا می کنند.

برش لیزری در مقابل برش واترجت

برش واترجت از یک جریان ساینده آب با فشار بالا برای فرسایش مواد استفاده می کند. این یک فرآیند سرد است - به هیچ وجه ورودی گرما ندارد - و آن را برای مواد حساس به گرما (برخی کامپوزیت‌ها، شیشه سکوریت، محصولات غذایی) و برای موادی که لیزر نمی‌تواند پردازش کند (PVC، لاستیک ضخیم) ایده‌آل است. محدودیت اصلی آن سرعت است: واترجت به طور معمول است 5-10× کندتر نسبت به لیزر روی فولاد تا 20 میلی متر، و عرض دهانه آن وسیع تر است (0.8-1.5 میلی متر).

حکم: واترجت بهترین انتخاب برای مواد واقعا حساس به حرارت، غیر فلزات بسیار ضخیم و مواد خطرناکی است که هنگام برش لیزری بخارات سمی تولید می کنند. برای تمام فلزات استاندارد و بیشتر غیر فلزات، برش لیزری سریعتر و مقرون به صرفه تر است.

وقتی روش‌های سنتی هنوز برنده هستند

• فولاد نرم بسیار ضخیم (بیش از 30 میلی متر): برش پلاسما یا شعله در هر متر برش سریعتر و ارزانتر باقی می ماند.
• جاهای خالی ساده با حجم بسیار بالا: مهر زنی پیشرونده قالب با میلیون ها قطعه در سال هزینه واحد کمتری نسبت به هر لیزری دارد، پس از استهلاک قالب.
• موادی که با لیزر قابل برش نیستند (PVC، مس بریلیوم، کامپوزیت های ساندویچی خاص): واترجت یا برش مکانیکی تنها گزینه است.
• کارگاه های کم هزینه با کار ساده: یک میز پلاسمای استفاده شده با کسری از هزینه لیزر ممکن است برای تحمل 1± میلی متر و خطوط پایه کافی باشد.

نحوه انتخاب دستگاه برش لیزری مناسب

حق برش لیزری دستگاه با چهار پارامتر اصلی تعیین می‌شود: نوع لیزر (فیبر در مقابل CO2)، توان لیزر (کیلووات)، اندازه بستر برش (میلی‌متر × میلی‌متر) و سطح اتوماسیون - انتخاب شده برای مطابقت با مواد اولیه، حداکثر ضخامت، کیفیت برش مورد نیاز و حجم تولید سالانه. انجام هر یک از این اشتباهات منجر به ماشینی می‌شود که نمی‌تواند کار را انجام دهد یا به صرف بیش از حد قابل توجهی برای توانایی‌هایی که هرگز استفاده نمی‌شوند، منجر می‌شود.

این راهنما یک چارچوب تصمیم گیری ساختاریافته ارائه می دهد تا خریداران بتوانند به طور سیستماتیک مشخصات خود را قبل از نزدیک شدن به تامین کنندگان محدود کنند.

مرحله 1: نوع لیزر را بر اساس مواد اولیه خود انتخاب کنید

این تنها مهم ترین تصمیم است و تا حد زیادی بقیه مشخصات را تعیین می کند:

• لیزر فیبر: انتخاب کنید که آیا مواد اولیه شما فلز است - فولاد ملایم، ضد زنگ، آلومینیوم، مس یا برنج. لیزرهای فیبر 3 برابر انرژی کارآمدتر از CO2 هستند، به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند (بدون گاز یا آینه در مسیر پرتو)، و فلزات را با سرعت قابل توجهی در محدوده 1-20 میلی متر برش می دهند. این انتخاب استاندارد برای مغازه های تولید فلز است.
• لیزر CO2: انتخاب کنید که آیا به طور مرتب مواد غیر فلزی - اکریلیک، چوب، چرم، پارچه یا مواد مخلوط را برش می دهید. CO2 همچنین روی فولاد نرم ضخیم موثر است و فناوری فعلی در صنایع تابلوسازی، نمایش و بسته بندی است. توجه داشته باشید که ماشین‌های CO2 به شارژ مجدد گاز، تنظیم آینه و تعویض لنز نیاز دارند - تعمیر و نگهداری بالاتر از فیبر.
• مغازه های مواد مخلوط: برخی از دستگاه های برش لیزر فیبر با توان بالا می توانند غیر فلزات را با پارامترهای مناسب پردازش کنند، اما CO2 برای غیر فلزات ضخیم بهتر باقی می ماند. در نظر بگیرید که آیا دو ماشین تخصصی یا یک ماشین منعطف بهتر با گردش کار و حجم شما سازگار است.

مرحله 2: توان لیزر مورد نیاز را تعیین کنید

توان (کیلووات) حداکثر ضخامت قابل برش و سرعت برش را در یک ضخامت معین تعیین می کند. قدرت را کم نکنید - ماشینی که قابلیت مرزی روی ضخیم ترین مواد شما را دارد، در حد خود عمل می کند و کیفیت لبه ضعیف و زمان سوراخ شدن بیش از حد را ایجاد می کند.

یک قانون مفید مفید: یک کلاس توان بالاتر از حداکثر ضخامت مورد نیاز فعلی خود بخرید . ترکیب مواد تکامل می‌یابد، تقاضای مشتری تغییر می‌کند، و داشتن فضای سر به این معنی است که دستگاه می‌تواند با کسب‌وکار رشد کند.

مرحله 3: اندازه تخت (فرمت) صحیح را انتخاب کنید

اندازه تخت برش باید با فرمت ورق مواد اولیه ای که خریداری می کنید، مطابقت داشته باشد، نه فقط با بزرگترین قطعه فعلی شما. خرید مواد در قالبی که دستگاه نمی تواند آن را به تناسب فشارهای پیش از برش و هدر رفتن مواد لبه مجبور کند.

• 1500 × 3000 میلی متر: رایج ترین فرمت برگه در سطح جهانی. اکثر مغازه های تولید عمومی از این اندازه استفاده می کنند.
• 2000 × 4000 میلی متر و 2000 × 6000 میلی متر: برای ساخت سنگین، فولاد سازه ای و کارهای معماری با فرمت بزرگ.
• 1000 × 2000 میلی متر یا کوچکتر: برای مغازه های دقیق، تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی و پزشکی که عمدتاً با قطعات کوچک و با ارزش کار می کنند.

توجه داشته باشید که تخت های بزرگتر هزینه بیشتری دارند و فضای بیشتری را مصرف می کنند. فقط در صورتی فرمت بزرگتر را مشخص کنید که مواد یا اندازه قطعات شما واقعاً به آن نیاز دارد.

مرحله 4: در مورد سطح اتوماسیون تصمیم بگیرید

اتوماسیون بیشترین تأثیر را بر توان عملیاتی کل و همچنین بیشترین تأثیر را بر هزینه سرمایه دارد. سطح اتوماسیون را با الگوی شیفت و حجم واقعی خود مطابقت دهید:

بارگیری دستی (سطح ورودی)

یک اپراتور هر ورق را به صورت دستی بارگیری و تخلیه می کند. مناسب برای مغازه های کم حجم (کمتر از 500 برگ در ماه) یا برای مغازه هایی که صفحات سنگین را برش می دهند که به هر حال جابجایی دستی غیرقابل اجتناب است. زمان از کار افتادن ماشین بین صفحات: 2 تا 5 دقیقه در هر برگه تغییر می کند .

نیمه اتوماتیک (تغییر پالت)

یک سیستم دو پالت به اپراتور اجازه می دهد تا قطعات برش خورده را تخلیه کند و ورق خام بعدی را بارگیری کند در حالی که دستگاه به برش روی پالت دوم ادامه می دهد. زمان تعویض برگه به زیر 30 ثانیه . این رایج‌ترین پیکربندی برای فروشگاه‌های با حجم متوسط است و a 15-25٪ بهبود توان عملیاتی بیش از بارگذاری دستی با افزایش هزینه متوسط.

تمام اتوماتیک (سیستم ذخیره سازی برج)

یک برج چند پالت، ورق های خام را ذخیره می کند و قطعات بریده شده را به صورت خودکار دریافت می کند. دستگاه می تواند ساعت ها یا یک شب بدون مراقبت کار کند. مناسب برای مغازه های با تیراژ بالا (بیش از 2000 برگ در ماه) یا جاهایی که نیروی کار کمیاب است. سیستم های برج اضافه می کنند 30-60٪ به هزینه خرید ماشین اما می تواند یک اپراتور را قادر به نظارت بر سه یا چهار ماشین به طور همزمان کند.

مرحله 5: مشخصات کیفیت برش و تامین گاز کمکی را ارزیابی کنید

اگر قطعات شما برای جوشکاری، آنودایز کردن یا رنگ آمیزی به لبه های بدون اکسید نیاز دارند، دستگاهی را با قابلیت برش نیتروژن با فشار بالا (سر برش با درجه بندی ≥ 20 بار ) و بودجه برای تولید کننده نیتروژن یا تامین نیتروژن مایع. نیتروژن حاصل از یک ژنراتور تقریباً هزینه دارد 0.01-0.03 دلار در هر متر مکعب در مقابل 0.10-0.30 دلار از سیلندرها - تفاوت هزینه عملیاتی قابل توجهی در مقیاس.

برای برش فولاد ملایم با اکسیژن، یک منبع گاز استاندارد در 6 بار کافی است و اکسیژن ارزان است. اگر هم فولاد ملایم و هم ضد زنگ را برش می دهید، مطمئن شوید که سیستم تعویض گاز دستگاه می تواند به طور خودکار بین اکسیژن و نیتروژن بین کارها تغییر کند.

مرحله 6: هزینه کل مالکیت، نه فقط قیمت خرید

قیمت خرید دستگاه برش لیزر معمولاً می باشد 40 تا 60 درصد از کل هزینه 10 ساله مالکیت . هزینه های باقی مانده شامل:

• برق: یک دستگاه لیزر فیبر 12 کیلو وات تقریباً 25 تا 35 کیلو وات کل توان الکتریکی مصرف می کند. با 4000 ساعت برش در سال، هزینه برق به تنهایی می تواند به آن برسد 30000 تا 50000 دلار در سال با نرخ های معمولی صنعتی
• گاز کمکی: مصرف نیتروژن برای برش بی اثر می تواند قابل توجه باشد - یک مولد نیتروژن هزینه خود را پرداخت می کند 12-18 ماه برای مغازه هایی که بیش از 8 ساعت در روز برش می دهند.
• مواد مصرفی: نازل ها، پنجره های محافظ و لنزهای فوکوس نیاز به تعویض دوره ای دارند. بودجه تقریبا 5000 تا 15000 دلار در سال برای ماشینی با کاربرد متوسط
• قراردادهای خدمات و نگهداری: به طور معمول 1-3٪ از قیمت خرید ماشین در سال . لیزرهای فیبر به دلیل اجزای نوری کمتر هزینه تعمیر و نگهداری به طور قابل توجهی نسبت به لیزرهای CO2 دارند.

خلاصه Decision Checklist

1. مواد اولیه - فلز یا غیر فلز؟ ← فیبر یا CO2؟
2. حداکثر ضخامت مواد (میلی متر) → حداقل توان مورد نیاز (کیلووات) - یک کلاس بالاتر را خریداری کنید.
3. فرمت ورق خام خریداری شده → حداقل اندازه تخت مورد نیاز است.
4. حجم برگه ماهانه ← اتوماسیون برج دستی، نیمه خودکار یا کامل؟
5. الزامات کیفیت لبه → برش نیتروژن با فشار بالا مورد نیاز است؟ ژنراتور یا سیلندر؟
6. محاسبه TCO 10 ساله → برق، گاز، مواد مصرفی، خدمات - نه فقط قیمت خرید.
7. شبکه خدمات تامین کننده - آیا تامین کننده می تواند در محل پاسخ دهد 24-48 ساعت در منطقه شما؟ هزینه خرابی باید در انتخاب تامین کننده لحاظ شود.

پیروی از این چارچوب به طور سیستماتیک مشخصاتی را تولید می کند که به جای حداکثر مشخصات یک بروشور بازاریابی، با نیازهای واقعی تولید مطابقت دارد - و کمترین هزینه کل هر قطعه برش را در طول عمر دستگاه ارائه می دهد.