دستگاه برش لیزری چیست و چه کاربردی دارد؟
دستگاه برش لیزری یک ماشین صنعتی یا کارگاهی است که برای برش دادن یا حکاکی کردن متریال مختلف از پرتو لیزر استفاده میکند. در این دستگاه، یک پرتو نوری بسیار پرانرژی و متمرکز بر سطح متریال تابانده میشود و با ایجاد حرارت بالا، بخش مورد نظر را ذوب یا تبخیر میکند و بدین ترتیب برش شکل میگیرد. از آنجا که فرایند برش با لیزر بدون تماس فیزیکی انجام میشود، دقت کار بسیار بالا بوده و لبههای ایجاد شده تمیز و صاف هستند. این دستگاهها در صنایع گوناگون کاربرد دارند. بهعنوان مثال در صنعت خودروسازی برای برش قطعات فلزی دقیق، در صنعت تبلیغات برای ساخت تابلوهای پلکسی و حروف برجسته، در صنعت چوب برای برش طرحهای دکوراتیو و حتی در بخش پزشکی برای برش متریال ویژهای مانند برخی بافتها یا تجهیزات پزشکی استفاده میشوند؛ همچنین دستگاه برش لیزری در کسبوکارهای کوچکتر مانند کارگاههای صنایع دستی و تولید هدایای شخصیسازیشده نیز محبوبیت یافته است. قابلیت حکاکی لیزری متن و طرح روی اجسام مختلف (از پلاکها و تندیسها گرفته تا قطعات صنعتی) از دیگر کاربردهای مهم این دستگاه به شمار میرود. به طور خلاصه، هر جا نیاز به برش دقیق و سریع مادهای باشد، احتمالاً ردپای یک دستگاه برش لیزری در آنجا دیده میشود.
دستگاه برش لیزری چگونه کار میکند؟
عملکرد دستگاه برش لیزری مبتنی بر متمرکز کردن یک پرتو لیزر قدرتمند بر روی متریال مورد نظر و حرکت کنترلشده آن است. در داخل دستگاه، منبع تولید لیزر برای مثال تیوب لیزر CO2 یا منبع لیزر فایبر پرتو لیزر را ایجاد میکند. این پرتو توسط آینهها و لنزهای مخصوص به سمت هد دستگاه هدایت و کاملاً متمرکز میشود. زمانی که پرتو متمرکز لیزر به سطح قطعه برخورد میکند، انرژی بسیار زیادی را در ناحیهای کوچک آزاد کرده و آن نقطه را به سرعت ذوب، برش یا تبخیر میکند. یک سیستم کنترل پیشرفته، حرکت هد لیزر یا میز دستگاه را بر اساس الگوی برش طراحیشده هدایت میکند. به این ترتیب پرتو لیزر طبق نقشه دادهشده روی قطعه حرکت کرده و طرح مورد نظر را برش میدهد. برای بهبود کیفیت برش، معمولاً از گاز کمکی نیز استفاده میشود؛ مثلاً گاز اکسیژن یا نیتروژن از نازل کنار پرتو دمیده میشود تا مذاب و دود حاصل از برش را از نقطه برش دور کند و لبههای برشخورده تمیزتر حاصل شوند. نتیجهی نهایی فرایند برش با لیزر، قطعهای با لبههای صاف و دقیق است که اغلب نیاز به پرداخت اضافی ندارد. همچنین با تنظیم قدرت و سرعت، میتوان از این دستگاه برای حکاکی سطحی بدون برش کامل نیز استفاده کرد.
تفاوت های انواع دستگاه برش لیزر
دستگاههای برش لیزری بر اساس نوع منبع تولید لیزر و کاربردهایشان به انواع مختلفی دستهبندی میشوند. هر نوع دستگاه برش لیزری برای برش متریال خاصی مناسبتر است و ویژگیهای منحصر به فرد خود را دارد. به طور کلی میتوان انواع اصلی این دستگاهها را به صورت زیر برشمرد:دستگاه برش لیزری CO2:
دستگاه لیزری با تیوب CO2 که معمولاً برای برش غیر فلزات بهکار میرود.دستگاه برش لیزری فایبر:
دستگاه لیزر فایبر که عمدتاً جهت برش فلزات مورد استفاده قرار میگیرد.دستگاههای لیزر کریستالی (YAG):
دستگاههایی با منبع لیزر حالتجامد (مانند Nd:YAG) که در گذشته برای برش فلزات بهکار میرفتند.
ویژگیهای دستگاه برش لیزری CO2
دستگاه برش لیزری CO2 یکی از متداولترین انواع لیزرهای صنعتی به شمار میرود که عموماً برای برش متریال غیرفلزی استفاده میشود. منبع تولید لیزر در این دستگاه یک تیوب حاوی گاز دیاکسید کربن (CO2) است که با اعمال ولتاژ بالا، پرتو لیزر مادون قرمز با طول موج حدود ۱۰ میکرون تولید میکند. این طول موج توسط موادی مانند چوب، کاغذ، پارچه، چرم و پلاستیک به خوبی جذب میشود و به همین دلیل دستگاه برش لیزری CO2 انتخابی ایدهآل برای برش و حکاکی این جنس متریالها است. برای مثال برش تختههای چوبی جهت ساخت ماکت، برش ورقههای پلکسی گلاس برای تابلوهای تبلیغاتی، یا حکاکی لیزری طرح روی چرم و پارچه با این دستگاه بهآسانی انجام میشود. مزیت مهم لیزرهای CO2 در برش غیر فلزات، کیفیت بالای لبههای برشخورده و دقت زیاد در جزئیات طرح است. لبههای برش اکریلیک توسط لیزر CO2 کاملاً صاف و شفاف (مانند پولیششده) حاصل میشوند. این دستگاهها در توانهای مختلف (از تیوبهای ۴۰ وات رومیزی گرفته تا لیزرهای CO2 صد وات به بالا) عرضه میشوند که بسته به ضخامت متریال و سرعت مورد نیاز میتوان توان مناسب را انتخاب کرد. لازم به ذکر است که لیزر CO2 برای برش فلزات کاربرد محدودی دارد؛ زیرا فلزات بخش زیادی از پرتو ۱۰ میکرونی را منعکس میکنند و فقط در توانهای بسیار بالا یا با استفاده از متریال پوششی خاص میتوان ورقهای فلزی نازک را با آن برش داد. به طور کلی، لیزر CO2 برای مشاغل هنری، تبلیغاتی، ماکتسازی، حکاکی و برش غیر فلزات انتخابی مقرونبهصرفه و کارآمد محسوب میشود.تفاوت دستگاه برش لیزری فایبر با دستگاه برش CO2
دستگاه برش لیزری فایبر نوع پیشرفتهتری از لیزرهای صنعتی است که برای برش انواع فلزات طراحی شده است. در این دستگاه به جای تیوب گاز، از منبع لیزر حالت جامد (فیبر نوری تقویتشده با عناصر نادر) استفاده میشود که پرتو لیزری با طول موج حدود ۱ میکرون تولید میکند. این پرتوی لیزر انرژی بسیار بالایی دارد و توسط فلزات بهخوبی جذب میشود. از این رو لیزر فایبر میتواند ورقهای فلزی مانند فولاد، استیل، آلومینیوم، برنج و مس را با سرعت و دقت زیاد برش دهد. صنایعی که نیاز به برش قطعات فلزی دارند (مانند صنعت ساخت ماشینآلات، تجهیزات، بدنه خودرو، صنایع نفت و گاز و …) بهطور گستردهای از دستگاههای برش لیزری فایبر بهره میبرند.بر خلاف لیزر CO2 که عمدتاً برای غیر فلزات (دستگاه برش لیزر غیر فلزات) است، دستگاه برش لیزری فایبر در برش فلزات عملکرد بیرقیبی دارد. پرتوی متمرکز فایبر حتی توانایی برش فولاد ضخیم را در توانهای کیلوواتی دارد و سرعت برش ورقهای نازک فلزی با آن بسیار بالاست. همچنین هزینههای نگهداری لیزر فایبر معمولاً کمتر است؛ زیرا در این سیستم آینههای متحرک و تیوب شیشهای وجود ندارد که نیاز به تنظیم یا تعویض دورهای داشته باشند. منبع لیزر فایبر عمر طولانی (گاهی بیش از ۱۰۰ هزار ساعت) دارد و پایداری پرتوی آن بالاست. البته قیمت لیزر فایبر نسبت به مدلهای CO2 بالاتر است، اما برای کارخانهها و کارگاههایی که حجم بالای برش فلزات دارند، این دستگاه به دلیل سرعت و کیفیت برش عالی، از نظر اقتصادی توجیهپذیر است. لازم به ذکر است لیزرهای فایبر علاوه بر برش، قادر به حکاکی لیزری عمیق یا مارکزنی روی فلزات (مثلاً درج شماره سریال یا طرح) نیز هستند.
دستگاه لیزر YAG چیست و چرا امروزه کمتر استفاده میشود؟
لیزر YAG یکی دیگر از انواع لیزرهای حالت جامد است که در گذشته در دستگاه لیزر صنعتی بهکار گرفته میشد. واژه YAG کوتاهشده «ایتریم آلومینیوم گارنت» است؛ کریستالی که بهعنوان محیط فعال لیزر عمل میکند. دستگاه لیزر YAG میتواند پرتو لیزری با خواص مشابه لیزر فایبر (طول موج نزدیک به ۱ میکرون) تولید کند و برای برش فلزات به کار رود. با این حال، این فناوری نسبت به لیزر فایبر بازده پایینتری دارد و تجهیزات آن گرانتر و پرهزینهتر برای نگهداری هستند. به همین دلیل امروزه لیزرهای فایبر تا حد زیادی جایگزین سیستمهای YAG در صنعت برش شدهاند. در موارد خاص یا کاربردهای پژوهشی ممکن است هنوز از لیزرهای کریستالی استفاده شود، اما در بازار تجاری دستگاههای لیزر مدرن، دو فناوری رایج همان CO2 و فایبر هستند که بیشترین سهم را به خود اختصاص دادهاند.مزایا و معایب انواع دستگاه برش لیزر
هر فناوری صنعتی در کنار مزایای متعدد، ممکن است محدودیتهایی نیز داشته باشد. این قاعده شامل دستگاههای لیزر نیز میشود. در ادامه مهمترین مزایا و معایب بهکارگیری دستگاه برش لیزری را بررسی میکنیم:مزایای انواع دستگاه برش لیزر
دقت و کیفیت بالا: پرتو لیزر بسیار نازک و دقیق است، بنابراین برشهای ایجاد شده توسط آن دارای دقت ابعادی بسیار بالایی هستند و لبههای برش خورده صاف و تمیزند. این دقت امکان برش طرحهای پیچیده و ظریف را فراهم میکند. سرعت و بهرهوری: در بسیاری از موارد سرعت برش با لیزر از روشهای سنتی بالاتر است. این دستگاه بدون نیاز به تعویض ابزار یا دخالت دست، به صورت مداوم طرحهای متنوع (طرح لیزر رایگان) را برش میدهد که باعث افزایش سرعت تولید و بهرهوری میشود. تنوع در متریال قابل برش: با انتخاب نوع مناسب دستگاه (مثلاً CO2 برای غیر فلزات و فایبر برای فلزات)، طیف گستردهای از متریال را میتوان با لیزر برش داد؛ از فلزات و چوب گرفته تا پارچه، چرم، پلاستیک و حتی شیشه. این تنوع به صنایع مختلف اجازه میدهد از یک فناوری برای کاربردهای گوناگون استفاده کنند. برش بدون تماس مکانیکی: در دستگاه برش لیزری هیچ تیغه فیزیکی با قطعه برخورد نمیکند. برش به کمک حرارت لیزر انجام میشود، لذا خطر تغییر شکل مکانیکی قطعه وجود ندارد و قطعات ظریف یا نازک بدون آسیبدیدگی برش میخورند. همچنین عدم تماس ابزار به معنی نبود اصطکاک و کاهش استهلاک ابزار برش است. دورریز کم و صرفهجویی در مواد: لیزر یک شیار برش بسیار باریک ایجاد میکند (عرض برش کم)، بنابراین پرت متریال (تلفات متریال) حداقل است. همچنین میتوان قطعات را با فاصله کم در کنار هم روی ورق چید (nesting) و با یک تخته متریال قطعات بیشتری تولید کرد و دورریز را به حداقل رساند. کیفیت بالای برش نیز باعث میشود نیازی به پردازش ثانویه (مانند پرداخت لبهها) نباشد که خود صرفهجویی بیشتری در زمان و هزینه به همراه دارد.معایب و محدودیتهای انواع دستگاه برش لیزر
هزینهٔ اولیه بالا: قیمت خرید دستگاه برش لیزری (خصوصاً مدلهای صنعتی پرتوان مانند لیزر فایبر) نسبت به روشهای سنتی یا دستگاههای مکانیکی بالاتر است. سرمایهگذاری اولیه قابل توجهی نیاز دارد که ممکن است برای کسبوکارهای کوچک چالشبرانگیز باشد. نیاز به دانش فنی و نگهداری: راهاندازی و استفاده مؤثر از دستگاه لیزر به آموزش و مهارت نیاز دارد. اپراتور باید بتواند تنظیمات دستگاه (توان لیزر، فوکوس، سرعت) و نرمافزار طراحی را بهخوبی مدیریت کند. همچنین این تجهیزات به نگهداری دورهای نیاز دارند؛ به عنوان مثال در لیزرهای CO2 باید تیوب لیزر پس از اتمام عمر مفید تعویض شود یا آینهها و لنزها تمیز و تنظیم شوند. محدودیت در ضخامت و برخی مواد: هر دستگاه لیزر محدوده مشخصی از ضخامت را میتواند برش دهد. برای مثال برش ورقهای فلزی بسیار ضخیم (بیش از چند سانتیمتر) با لیزرهای معمول مقدور نیست و نیاز به توانهای بسیار بالا یا فناوریهای جایگزین دارد. همچنین برخی متریال بسیار منعکسکننده (مانند آینهها یا فلزات براق) و متریال خطرناک (مانند PVC که دود سمی تولید میکند) به راحتی با لیزر قابل برش نیستند یا نیازمند احتیاطات ویژهاند.دسته | عنوان | شرح |
---|---|---|
مزایا | دقت و کیفیت بالا | پرتو لیزر بسیار نازک و دقیق است؛ برشهای ایجاد شده دارای دقت ابعادی بالا و لبههای صاف و تمیز هستند که امکان برش طرحهای پیچیده و ظریف را فراهم میکند. |
سرعت و بهرهوری | سرعت برش با لیزر در بسیاری از موارد از روشهای سنتی بالاتر است؛ دستگاه بدون نیاز به تعویض ابزار یا دخالت دست بهصورت مداوم عمل میکند که موجب افزایش بهرهوری میشود. | |
تنوع در متریال قابل برش | با انتخاب نوع مناسب دستگاه (مثلاً CO2 برای غیر فلزات و فایبر برای فلزات) امکان برش طیف گستردهای از متریالها از جمله فلزات، چوب، پارچه، چرم، پلاستیک و حتی شیشه وجود دارد. | |
برش بدون تماس مکانیکی | در دستگاههای لیزری هیچ تیغه فیزیکی به قطعه برخورد نمیکند؛ برش به کمک حرارت لیزر انجام میشود که از تغییر شکل مکانیکی قطعه جلوگیری کرده و استهلاک ابزار را کاهش میدهد. | |
دورریز کم و صرفهجویی در مواد | شیار برش باریک ایجاد شده توسط لیزر باعث کاهش تلفات متریال میشود؛ همچنین امکان چید قطعات به صورت نزدیک (nesting) وجود دارد و نیاز به پردازش ثانویه (مانند پرداخت لبهها) کاهش مییابد. | |
معایب | هزینه اولیه بالا | قیمت خرید دستگاههای برش لیزری، بهویژه مدلهای صنعتی پرتوان مانند لیزر فایبر، نسبت به روشهای سنتی یا دستگاههای مکانیکی بالاتر است و نیاز به سرمایهگذاری اولیه قابل توجه دارد. |
نیاز به دانش فنی و نگهداری | بهرهبرداری مؤثر از دستگاه نیازمند آموزش و مهارت است؛ اپراتور باید تنظیمات دستگاه (توان لیزر، فوکوس، سرعت) و نرمافزار طراحی را بهخوبی مدیریت کند و تجهیزات به نگهداری دورهای (مثلاً تعویض تیوب لیزر، تمیز کردن آینهها) نیاز دارند. | |
محدودیت در ضخامت و برخی مواد | هر دستگاه لیزر دارای محدوده مشخصی از ضخامت است؛ برش ورقهای فلزی بسیار ضخیم معمولاً مقدور نیست و برخی متریالهای منعکسکننده یا خطرناک (مانند PVC) نیز نیازمند احتیاطات ویژه یا استفاده از فناوریهای دیگر هستند. |
نکات خرید انواع دستگاه برش لیزر
خرید دستگاه برش لیزری نیازمند بررسی دقیق نیازها و مقایسهی مشخصات فنی دستگاههای مختلف است. پیش از نهایی کردن انتخاب و پرداخت هزینهٔ قیمت دستگاه برش لیزری مورد نظر، بهتر است عوامل زیر را مد نظر قرار دهید: نوع کاربرد و جنس مواد: اولین پرسش این است که قرار است چه موادی را برش دهید و کاربرد کارتان چیست. اگر عمدتاً برش غیر فلزات (چوب، کاغذ، پارچه، اکریلیک و …) را در برنامه دارید، یک دستگاه لیزر CO2 مناسب است. برای برش فلزات (لیزر برش فلزات) حتماً باید به سراغ دستگاه برش لیزری فایبر بروید. همچنین ضخامت معمول متریال شما نیز مهم است تا توان لیزر متناسب را انتخاب کنید. توان لیزر و سرعت برش: توان خروجی لیزر (بر حسب وات) تعیینکنندهٔ حداکثر ضخامت قابل برش و سرعت انجام کار است. مثلاً برای برش چوب ۱۰ میلیمتری نیاز به توان بسیار بیشتری نسبت به برش چوب ۳ میلیمتری دارید؛ بنابراین هنگام خرید دستگاه، به توان تیوب یا منبع لیزر آن دقت کنید تا با نیازهای کاری شما همخوانی داشته باشد. توان بالاتر معمولاً سرعت برش بیشتری نیز فراهم میکند، هرچند قیمت دستگاه را افزایش میدهد. ابعاد میز کار (سطح برش): اندازهٔ قطعات یا ورقهایی که قصد برش آنها را دارید، تعیین میکند چه ابعاد میزی برای دستگاه مناسب است. دستگاههای برش لیزری در سایزهای گوناگون عرضه میشوند؛ از دستگاههای رومیزی کوچک با سطح ۳۰×۳۰ سانتیمتر گرفته تا ماشینهای صنعتی بزرگ با میز ۱٫۵×۳ متر یا بیشتر. باید دستگاهی را انتخاب کنید که فضای کافی برای برش قطعات مورد نظر شما را داشته باشد. نرمافزار و سهولت کاربری: اطمینان حاصل کنید که دستگاه دارای نرمافزار کنترل قابل فهم و سازگار با فرمتهای طراحی مورد استفاده شما (مانند فایلهای CorelDraw، اتوکد، یا DXF) باشد. رابط کاربری آسان، وجود دستورالعملها و آموزش، و قابلیتهایی نظیر تنظیمات خودکار فوکوس یا پایش خودکار خطاها میتواند تجربه کاربری بهتری فراهم کند. دستگاهی را برگزینید که کار با آن برای شما یا اپراتورتان راحت باشد. برند معتبر و خدمات پس از فروش: خرید دستگاه برش لیزری از یک برند معتبر به شما اطمینان میدهد که کیفیت ساخت دستگاه بالا است و در صورت بروز مشکل، پشتیبانی فنی در دسترس دارید. وجود گارانتی، آموزش نصب و راهاندازی، تأمین قطعات یدکی (مانند تیوب لیزر، لنز، بردهای الکترونیکی) و خدمات تعمیراتی نکات بسیار مهمی هستند. برای مثال شرکتهایی نظیر روتک با داشتن سابقه و تیم پشتیبانی مجرب میتوانند در این زمینه خیال شما را آسودهتر کنند. قیمت و هزینههای جانبی: مقایسه قیمت مدلهای مختلف بسیار مهم است، اما تنها به قیمت اولیه اکتفا نکنید. به هزینههای جانبی نیز توجه داشته باشید؛ از جمله هزینه تعویض قطعات مصرفی (مانند تیوب CO2 که معمولاً هر چند هزار ساعت نیاز به تعویض دارد)، هزینه برق مصرفی دستگاه (بهویژه در لیزرهای پرتوان صنعتی), هزینه سیستمهای جانبی مثل کمپرسور هوا یا چیلر خنککننده آب، و نیز هزینه تهویه یا فیلتر جهت خروج دود و آلایندهها. محاسبهٔ مجموع این هزینهها در کنار قیمت خرید، دید بهتری از صرفه اقتصادی دستگاه به شما میدهد. ایمنی و استانداردها: بررسی کنید که دستگاه دارای ویژگیهای ایمنی کافی باشد. وجود سنسورهای تشخیص آتش یا قطع کن خودکار در صورت متوقف شدن حرکت هد میتواند جلوی حوادث را بگیرد. همچنین برخی دستگاههای برش لیزری فایبر به صورت کابین بسته عرضه میشوند که امنیت بیشتری برای کاربر فراهم میکند. اطمینان از استاندارد بودن تجهیزات برقی و لیزری دستگاه (داشتن گواهینامههای معتبر) نیز حائز اهمیت است.نکات خرید | توضیحات |
---|---|
نوع کاربرد و جنس مواد | انتخاب دستگاه بر اساس نوع موادی که قرار است برش داده شود؛ برای غیر فلزات (چوب، کاغذ، پارچه، اکریلیک و …) لیزر CO2 و برای فلزات لیزر فایبر مناسب است. همچنین ضخامت مواد اهمیت دارد. |
توان لیزر و سرعت برش | توان خروجی (بر حسب وات) تعیینکننده حداکثر ضخامت قابل برش و سرعت عملیات است؛ توان بالاتر سرعت برش بیشتر را فراهم میکند ولی قیمت دستگاه را افزایش میدهد. |
ابعاد میز کار (سطح برش) | اندازه میز کار دستگاه متناسب با اندازه قطعات یا ورقهای مورد نظر؛ از دستگاههای رومیزی کوچک تا ماشینهای صنعتی با میزهای بزرگ موجود است. |
نرمافزار و سهولت کاربری | دستگاه باید دارای نرمافزار کنترل قابل فهم و سازگار با فرمتهای طراحی (مانند CorelDraw، اتوکد، DXF) باشد؛ رابط کاربری آسان، آموزشهای مربوطه و قابلیتهای تنظیم خودکار از نکات مهم هستند. |
برند معتبر و خدمات پس از فروش | خرید از برند معتبر تضمین کیفیت ساخت و خدمات پس از فروش از جمله پشتیبانی فنی، گارانتی، آموزش نصب و تأمین قطعات یدکی (تیوب لیزر، لنز، بردهای الکترونیکی) را به همراه دارد. |
قیمت و هزینههای جانبی | مقایسه قیمتهای اولیه به همراه در نظر گرفتن هزینههای جانبی مانند تعویض قطعات مصرفی، هزینه برق، سیستمهای جانبی (کمپرسور، چیلر) و هزینههای تهویه یا فیلتر برای خروج دود. |
ایمنی و استانداردها | بررسی وجود ویژگیهای ایمنی مانند سنسورهای تشخیص آتش، قطع خودکار در صورت توقف حرکت هد و رعایت استانداردهای تجهیزات برقی و لیزری (گواهینامههای معتبر) بسیار مهم است. |
