ما هي عملية قطع المعادن بالليزر؟

القطع بالليزرهي طريقة دقيقة وفعالة تستخدم لقطع المعادن والمواد الأخرى باستخدام ليزر عالي الطاقة. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في العديد من الصناعات، بما في ذلك التصنيع والسيارات والفضاء وتشغيل المعادن، نظرًا لدقتها وسرعتها وقدرتها على إنشاء تصميمات معقدة. في هذا الدليل، سنشرح كيفية عمل القطع بالليزر، والمكونات الرئيسية المستخدمة، وأنواع القطع بالليزر.

1. ما هو القطع بالليزر؟

القطع بالليزر هي عملية تستخدم شعاعًا مركزًا من الضوء (الليزر) لقطع أو نقش المواد مثل المعادن والبلاستيك والخشب. يقوم شعاع الليزر بإذابة المادة أو حرقها أو تبخيرها، تاركًا وراءه قطعًا نظيفًا وعالي الجودة بأقل قدر من النفايات.

2. المكونات الرئيسية للقطع بالليزر

- مصدر الليزر: ينشأ شعاع الليزر من مولد ليزر (يستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون أو الألياف أو Nd:YAG بشكل شائع في قطع المعادن). يتم تضخيم الليزر وتوجيهه نحو مادة القطع.

- عدسة التركيز: تقوم عدسة أو سلسلة من العدسات بتركيز شعاع الليزر على نقطة صغيرة، مما يزيد من شدته عند نقطة التلامس مع المادة.

- رأس القطع: يقوم رأس القطع بتوجيه شعاع الليزر إلى المادة. يتحرك على طول المسار المبرمج، ويتم التحكم فيه بواسطة CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر) أو أنظمة التوجيه الأخرى.

- الغاز المساعد: غالبًا ما يتم نفخ الغاز مثل الأكسجين أو النيتروجين أو الهواء من خلال الفوهة للمساعدة في عملية القطع، مما يساعد على إزالة المواد المنصهرة وتحسين جودة القطع.

- سرير المادة: يوضع المعدن على سرير أو طاولة ثابتة تدعم المادة أثناء عملية القطع.

3. عملية القطع بالليزر

يمكن تقسيم عملية القطع بالليزر إلى الخطوات التالية:

الخطوة 1: التصميم والبرمجة

- تصميم CAD: الخطوة الأولى هي إنشاء تصميم للجزء أو المكون الذي يحتاج إلى القطع. ويتم ذلك باستخدام برنامج CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر). يتم تحويل التصميم إلى تنسيق يمكن قراءته بواسطة آلة القطع بالليزر، وعادةً ما يكون ملفًا متجهًا.

- برمجة CNC: يتم تحميل التصميم على نظام CNC الذي يتحكم في آلة القطع بالليزر. فهو يترجم التصميم إلى تعليمات القطع، ويوجه الليزر حول كيفية ومكان القطع.

الخطوة 2: إعداد المواد

- يتم وضع الصفائح المعدنية أو المواد المراد قطعها على سرير الآلة. تشمل المعادن الشائعة المستخدمة في القطع بالليزر الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم والنحاس والنحاس.

الخطوة 3: القطع بالليزر

- توليد الشعاع: يولد مصدر الليزر شعاعًا عالي الطاقة من الضوء، والذي يتم بعد ذلك تركيزه عبر العدسات لإنشاء بقعة حرارية شديدة.

- تسخين المادة: عندما يضرب شعاع الليزر المركز المعدن، يتم امتصاص الطاقة، مما يؤدي إلى تسخين المادة بسرعة وذوبانها أو حرقها أو تبخرها.

- الغاز المساعد: يتم توجيه غاز مساعد (مثل الأكسجين أو النيتروجين) إلى منطقة القطع من خلال فوهة. فهو يساعد على إزالة المعدن المنصهر والحطام، بالإضافة إلى تبريد المواد وتحسين سرعة القطع ودقته.

 - غالباً ما يستخدم الأكسجين في قطع الفولاذ الطري، لأنه يتفاعل مع المعدن لإنتاج الحرارة ويسرع عملية القطع.

 - يستخدم النيتروجين في مواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع الأكسدة وضمان حافة نظيفة.

- حركة الليزر: يتحرك رأس القطع بالليزر الذي يتم التحكم فيه بواسطة CNC على طول المسار المبرمج، متبعًا التصميم. يتم ضبط سرعة الليزر وقوته ونقطة بؤرة الليزر بناءً على المادة وسمك المعدن الذي يتم قطعه.

الخطوة 4: التبريد والتشطيب

- أثناء قطع الليزر عبر المادة، يتم نفخ المعدن المنصهر أو المتبخر بعيدًا بواسطة الغاز المساعد، مما يترك قطعًا نظيفًا وناعمًا.

- بعد اكتمال القطع، يمكن تنعيم الحواف أو إزالة الأزيز منها، حسب اللمسة النهائية المرغوبة.

- أي بقايا معدنية أو نفايات تكون ضئيلة للغاية بسبب دقة الليزر.

4. أنواع القطع بالليزر للمعادن

هناك عدة طرق للقطع بالليزر اعتمادًا على المادة والتطبيق:

أ. قطع التبخير

- يقوم شعاع الليزر بتسخين المادة إلى درجة الغليان، مما يؤدي إلى تبخرها. هذه الطريقة مناسبة لمواد مثل الخشب أو البلاستيك ولكن يمكن استخدامها أيضًا للمعادن الرقيقة.

ب. القطع بالذوبان والنفخ (القطع الاندماجي)

- يتم تسخين المادة حتى تذوب، ويقوم غاز عالي الضغط (غالبًا النيتروجين) بنفخ المعدن المنصهر خارج القطع. هذه الطريقة شائعة في قطع المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم.

ج. القطع التفاعلي (القطع باللهب)

- تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم القطع بالليزر بمساعدة الأكسجين، وهي تشبه القطع بوقود الأكسجين. يتم نفخ الأكسجين في منطقة القطع، ويتفاعل المعدن مع الأكسجين، مما ينتج حرارة إضافية ويسرع عملية القطع. غالبًا ما يستخدم هذا لقطع الفولاذ السميك.

د. تكسير الإجهاد الحراري

- يمكن قطع بعض المواد الهشة، مثل الزجاج، باستخدام الضغط الحراري المتحكم فيه. يحفز الليزر تسخينًا موضعيًا، وعندما تبرد المادة، تتشقق على طول مسار القطع.

5. مميزات تقطيع المعادن بالليزر

- دقة عالية: يمكن أن ينتج القطع بالليزر قطعًا دقيقة للغاية مع تفاوتات مشددة، مما يجعله مثاليًا للتصميمات المعقدة.

- قطع نظيفة: ينتج الليزر حواف ناعمة ونظيفة، مما يلغي في كثير من الأحيان الحاجة إلى التشطيب الثانوي.

- متعدد الاستخدامات: يعمل القطع بالليزر على مجموعة واسعة من المعادن والسماكات، بدءًا من الصفائح الرقيقة وحتى الصفائح السميكة.

- تقليل النفايات: يتميز القطع بالليزر بكفاءة عالية، مما يقلل من هدر المواد مقارنة بطرق القطع الأخرى.

- السرعة: توفر سرعات قطع أعلى، خاصة عند قطع المعادن الرقيقة، مقارنة بالطرق التقليدية مثل القطع الميكانيكي.

6. تطبيقات القطع بالليزر في المعادن

ويستخدم القطع بالليزر في العديد من الصناعات، بما في ذلك:

- السيارات: لقطع الأجزاء المعدنية مثل مكونات الهيكل وأجزاء المحرك.

- الفضاء الجوي: إنشاء مكونات دقيقة للطائرات والمركبات الفضائية.

- التصنيع: لتصنيع المعادن المخصصة، بما في ذلك الأقواس والمرفقات وأجزاء الصفائح المعدنية.

- صناعة المجوهرات: للحصول على تصاميم وأنماط معدنية مفصلة.

- الإنشاءات: قطع الكمرات والألواح والكسوة الفولاذية.

خاتمة

تعد عملية قطع المعادن بالليزر عملية تتسم بالكفاءة والدقة العالية، وتوفر دقة وسرعة ومرونة فائقة عبر مجموعة واسعة من الصناعات. سواء كنت تقوم بقطع صفائح معدنية رفيعة أو صفائح فولاذية سميكة، فإن طريقة ومعدات القطع بالليزر المناسبة يمكنها تحسين الإنتاجية بشكل كبير وتقليل هدر المواد. إن فهم العملية يضمن مراقبة أفضل للجودة ويساعد في اختيار النوع الأكثر ملاءمة للقطع بالليزر لاحتياجات تشغيل المعادن المحددة.

تلتزم شركة Dongguan Fu Cheng Xin Communication Technology Co., Ltd. بالتطوير والإنتاج والتجميع وموردي أجهزة الخدمة الشاملة ODM. مرحبا بكم في الاستفسار لنا على Lei.wang@dgfcd.com.cn.