الأخبار و الأحداث

ما هي آلة القطع بالليزر؟

تعد آلة القطع بالليزر حاليًا آلة القطع المعدنية الأكثر شيوعًا في صناعة آلات تشكيل الصفائح المعدنية. مع التقدم التكنولوجي لآلات القطع بليزر الألياف في الصين منذ عام 2010، انخفض سعر آلة القطع بالليزر بشكل كبير، ويختار المزيد والمزيد من العملاء شراء آلة القطع بالليزر بدلاً من آلات القطع المعدنية التقليدية الأخرى، مثل آلة القطع بالبلازما، آلة قص الألواح وآلة القطع بنفث الماء، الخ.

مقدمة موجزة لآلة القطع بالليزر

تقوم آلة القطع بالليزر بتركيز الليزر المنبعث من الليزر إلى شعاع ليزر عالي الكثافة من خلال نظام المسار البصري. يقوم شعاع الليزر بإشعاع سطح قطعة العمل، مما يؤدي إلى وصولها إلى نقطة الانصهار أو الغليان، بينما يقوم الغاز عالي الضغط المحوري مع الشعاع بضرب المعدن المنصهر أو المتبخر.

عندما يتحرك شعاع الضوء بالنسبة لقطعة العمل، فإنه يشكل في النهاية خط قطع في المادة، وبالتالي تحقيق غرض القطع.

تحل معالجة القطع بالليزر محل الشفرات الميكانيكية التقليدية بأشعة ضوئية غير مرئية. إنها تتميز بخصائص الدقة العالية والقطع السريع، ولا تقتصر على قيود نمط القطع، والمواد التي توفر التخطيط التلقائي، والقطع السلس، وتكاليف المعالجة المنخفضة. سيتم تحسين أو استبدال معدات قطع المعادن التقليدية تدريجيًا.

الميزات الرئيسية لآلات القطع بالليزر

الجزء الميكانيكي من شفرة الليزر لا يتلامس مع قطعة العمل، لذلك لن يسبب خدوش على سطح قطعة العمل أثناء التشغيل.
سرعة القطع بالليزر سريعة، والشق سلس ومسطح، ولا يتطلب عمومًا معالجة لاحقة.
المنطقة المتضررة من حرارة القطع صغيرة، وتشوه اللوحة صغير، ودرزة القطع ضيقة (0.1 مم ~ 0.3 مم).
لا يحتوي الشق على أي إجهاد ميكانيكي ولا نتوءات القص.
دقة تصنيع عالية، تكرار جيد، وعدم حدوث ضرر لسطح المادة.
يمكن لبرمجة CNC معالجة أي رسم مسطح، ويمكنها قطع ألواح كاملة كبيرة دون الحاجة إلى قوالب، وهو أمر اقتصادي وموفر للوقت.

مبدأ آلة القطع بالليزر

الليزر هو نوع من الضوء، مثل الضوء الطبيعي الآخر، يتولد عن انتقال الذرات (الجزيئات أو الأيونات، وما إلى ذلك). لكنه يختلف عن الضوء العادي في أن الليزر يعتمد فقط على الانبعاث التلقائي لفترة زمنية قصيرة جدًا، ويتم تحديد العملية اللاحقة بالكامل بواسطة إشعاع الإثارة. ولذلك، فإن الليزر له لون نقي للغاية، ولا يوجد اتجاه متباين تقريبًا، وكثافة إضاءة عالية للغاية، وتماسك عالي.

يتم تحقيق القطع بالليزر باستخدام الطاقة عالية الكثافة الناتجة عن التركيز بالليزر. تحت سيطرة الكمبيوتر، يتم تفريغ الليزر من خلال نبضات لإخراج ليزر نبضي عالي التردد ومتكرر يتم التحكم فيه، مما يشكل شعاعًا من الضوء بتردد معين وعرض النبضة. يتم نقل شعاع الليزر النبضي وينعكس من خلال المسار البصري ويتم تركيزه على سطح الجسم المعالج من خلال مجموعة عدسات تركيز، مما يشكل بقع ضوئية دقيقة وعالية الكثافة من الطاقة. وتقع النقاط البؤرية بالقرب من السطح المراد معالجته وتقوم بإذابة أو تبخير المادة المعالجة عند درجات حرارة عالية في لحظة. تقوم كل نبضة ليزر عالية الطاقة برش ثقب صغير على سطح الجسم على الفور. تحت التحكم بالكمبيوتر، يتحرك رأس المعالجة بالليزر والمواد المعالجة بشكل مستمر بالنسبة لبعضهما البعض وفقًا للشكل المرسوم مسبقًا، وبالتالي معالجة الكائن إلى الشكل المطلوب.

يتم التحكم في معلمات العملية (سرعة القطع، طاقة الليزر، ضغط الغاز، إلخ.) ومسار الحركة أثناء القطع بواسطة نظام CNC، ويتم نفخ الخبث عند نقطة القطع بواسطة الغاز المساعد عند ضغط معين.

جزء تكوين آلة القطع بالليزر

يتكون نظام آلة القطع بالليزر بشكل عام من مولد ليزر، ومكونات نقل شعاع (خارجية)، ومنضدة عمل (أداة آلية)، وخزانة تحكم رقمية للحاسوب الصغير، ومبرد، وجهاز كمبيوتر (أجهزة وبرامج).

1) الجزء المضيف لأداة الآلة: جزء أداة الآلة من آلة القطع بالليزر، وهو الجزء الميكانيكي الذي يحقق حركة المحاور X، Y، وZ، بما في ذلك منصة عمل القطع. يستخدم لوضع قطعة العمل المقطوعة وتحريكها بشكل صحيح ودقيق حسب برنامج التحكم، وعادة ما يتم تشغيله بواسطة محرك سيرفو.

2) مولد الليزر: جهاز يولد مصدر ضوء الليزر. بالنسبة لاستخدام القطع بالليزر، باستثناء مناسبات قليلة يتم فيها استخدام ليزر الحالة الصلبة YAG، فإن الغالبية العظمى تستخدم ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون ذو كفاءة تحويل كهروضوئية عالية وقدرة على إنتاج طاقة عالية قبل عام 2010. نظرًا للمتطلبات العالية بالنسبة لجودة الشعاع في القطع بالليزر، لا يمكن استخدام جميع أنواع الليزر في القطع. يعد الوضع Gaussian مناسبًا لأشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون أقل من 1500 وات، وليزر ثاني أكسيد الكربون ذو الوضع المنخفض بين 100 وات - 3000 وات، وليزر ثاني أكسيد الكربون متعدد الأوضاع فوق 3000 وات. ومع ذلك، بعد عام 2010، منذ تطوير ألياف الليزر في الصين، تم استبدال آلة القطع بالليزر C02 تدريجياً بـ Fآلة القطع بالليزر ايبر. حاليًا أصبحت آلة القطع بليزر الألياف هي الاختيار السائد في سوق الليزر.

3) المسار البصري الخارجي: مرآة كاسرة تستخدم لتوجيه الليزر في الاتجاه المطلوب. ولضمان عدم تعطل مسار الشعاع، يجب حماية جميع المرايا بأغطية واقية ويجب إدخال غاز وقائي نظيف ذو ضغط إيجابي لحماية العدسات من التلوث. ستقوم مجموعة من العدسات عالية الأداء بتركيز شعاع من الضوء بدون زاوية انحراف في بقعة صغيرة بلا حدود. بشكل عام، يتم استخدام عدسة ذات طول بؤري 5.0 بوصة. تُستخدم العدسات مقاس 7.5 بوصة فقط للمواد التي يزيد سمكها عن 12 مم.

4) نظام CNC: يتحكم في أداة الآلة لتحقيق حركة المحاور X، Y، وZ، مع التحكم أيضًا في طاقة خرج الليزر.

5) مصدر طاقة مستقر: متصل بين الليزر وأداة آلة CNC ونظام إمداد الطاقة. يعمل بشكل أساسي على منع التداخل من شبكات الطاقة الخارجية.

6) رأس القطع: يشتمل بشكل أساسي على مكونات مثل التجويف، ومقعد عدسة التركيز، ومرآة التركيز، وأجهزة الاستشعار السعوية، وفوهة الغاز المساعدة. يتم استخدام جهاز قيادة رأس القطع لدفع رأس القطع للتحرك على طول اتجاه المحور Z وفقًا للبرنامج، ويتكون من محركات مؤازرة ومكونات نقل مثل البراغي أو التروس.

7) وحدة التشغيل: تستخدم للتحكم في عملية عمل جهاز القطع بالكامل.

8) وحدة التبريد: تستخدم لتبريد مولد الليزر. الليزر هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. على سبيل المثال، يحتوي ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون عادةً على معدل تحويل يبلغ 20%، ويتم تحويل الطاقة المتبقية إلى حرارة. يزيل الماء البارد الحرارة الزائدة للحفاظ على التشغيل الطبيعي لمولد الليزر. تقوم وحدة التبريد أيضًا بتبريد عاكس مسار الضوء الخارجي ومرآة التركيز لأداة الآلة لضمان جودة نقل شعاع مستقرة ومنع التشوه أو الانفجار الناتج عن ارتفاع درجة حرارة العدسة بشكل فعال.

9) أسطوانة الغاز: بما في ذلك أسطوانة الغاز المتوسطة العاملة وأسطوانة الغاز المساعدة لآلة القطع بالليزر، والتي تستخدم لتكملة الغاز الصناعي لاهتزاز الليزر والغاز المساعد لتزويد رؤوس القطع.

10) ضواغط الهواء وصهاريج التخزين: توفير الهواء المضغوط وتخزينه.

11) مجفف وفلتر تبريد الهواء: يستخدم لتزويد مولد الليزر ومسار الشعاع بالهواء الجاف النظيف للحفاظ على التشغيل الطبيعي للمسار والعاكس.

12) مجمع غبار العادم: يقوم باستخراج الدخان والغبار الناتج أثناء المعالجة، وتصفيتهما للتأكد من أن انبعاثات غاز العادم تلبي معايير حماية البيئة.

13) آلة إزالة الخبث: تقوم بإزالة المواد المتبقية والنفايات الناتجة أثناء المعالجة.

مولد الليزر

ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون

منذ إدخال تقنية الليزر لقطع الصفائح المعدنية، كان ليزر ثاني أكسيد الكربون يهيمن على السوق في الفترة من 1995 إلى 2005. تتطلب مصادر ضوء ليزر ثاني أكسيد الكربون الكثير من الطاقة لإثارة جزيئات النيتروجين لتتصادم مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون (غاز الليزر)، مما يدفعها إلى إصدار فوتونات، وتشكيل شعاع ليزر يمكنه في النهاية قطع المعادن. يطلق النشاط الجزيئي داخل تجويف الرنين كلاً من الضوء والحرارة، الأمر الذي يتطلب نظام تبريد لتبريد غاز الليزر. وهذا يعني أنه يجب استهلاك المزيد من الطاقة أثناء عملية التبريد، مما يقلل من كفاءة استخدام الطاقة.

ليزر الألياف

منذ عام 2010، حققت تكنولوجيا ألياف الليزر تقدمًا كبيرًا وبدأت ألياف الليزر في السيطرة على سوق القطع بالليزر. تتميز الآلات التي تستخدم ألياف الليزر بمساحة أصغر، كما أن حجم مصدر الليزر ونظام التبريد أصغر أيضًا؛ لا يوجد خط أنابيب غاز ليزر، وليس هناك حاجة لضبط العدسات. تتطلب مصادر ليزر الألياف بقدرة 2 كيلو واط أو 3 كيلو واط فقط 50% من استهلاك الطاقة لمصادر ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة 4 كيلو واط أو 6 كيلو واط لتحقيق نفس الأداء، مع سرعة أكبر، واستهلاك أقل للطاقة، وتأثير أقل على البيئة. حاليا، المزيد والمزيد من مصنع آلة القطع بالليزر إطلاق مستوى 10000 واط آلة قطع الألياف بالليزر، والتي يمكن أن تصبح بديلاً لآلة القطع بالبلازما أو آلة القطع باللهب.

يستخدم ليزر الألياف الثنائيات ذات الحالة الصلبة لضخ الجزيئات داخل ألياف الإيتربيوم مزدوجة الكسوة. يمر الضوء المنبعث المحفز عبر قلب الألياف عدة مرات، ثم يشكل مخرجات ليزر عبر ألياف النقل إلى رأس تركيز القطع. نظرًا لأن جميع التصادمات بين الجزيئات تحدث داخل الألياف، فليست هناك حاجة لغاز الليزر، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الطاقة المطلوبة - حوالي ثلث طاقة ليزر ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لانخفاض الحرارة المتولدة، يمكن تقليل حجم المبرد وفقًا لذلك. باختصار، عند تحقيق نفس الأداء، يكون استهلاك الطاقة الإجمالي لألياف الليزر أقل بمقدار 70% من استهلاك ليزر ثاني أكسيد الكربون.

آفاق السوق لآلات القطع بالليزر

آفاق السوق لآلات القطع بالليزر واسعة، ويرجع ذلك أساسًا إلى العوامل التالية:

طلب المستهلك والتطور التكنولوجي في الصناعة التحويلية: مع تطور تقنيات مثل الصناعة 4.0 والذكاء الاصطناعي، ستحقق آلات القطع بالليزر عمليات الأتمتة والمعالجة الرقمية، مما يحسن كفاءة المعالجة ودقتها.
الابتكار في تكنولوجيا مصدر ضوء الليزر: سيتم تحسين سرعة القطع وتكلفة آلات القطع بالليزر، وسيؤدي التطور السريع لليزر الألياف الصناعية وأقراص الليزر إلى إحداث تغييرات تكنولوجية.
مجال تطبيق واسع: آلة القطع بالليزر مناسبة لقطع المواد المختلفة، بما في ذلك المواد المعدنية وغير المعدنية، وتستخدم على نطاق واسع في السيارات والفضاء والاتصالات الإلكترونية والكمبيوتر وغيرها من المجالات.
4. توقعات السوق المستقبلية: من المتوقع أن يصل حجم سوق آلات القطع بالليزر العالمية إلى 10 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2025، مع وصول حجم السوق الصيني إلى 4 مليارات دولار أمريكي، وسيستمر طلب السوق في الحفاظ على نمو عالي السرعة.

باختصار، آفاق السوق لآلات القطع بالليزر واسعة جدًا، مع آفاق تطبيق واسعة، وسوف تصبح واحدة من التقنيات الرئيسية في عصر التصنيع الذكي المستقبلي.

تطبيقات الصناعة

إن تطبيق آلات قطع المعادن بالليزر واسع النطاق للغاية، ويغطي العديد من الصناعات ويعتبر أحد المعدات الأساسية للعديد من الشركات. من بينها إنتاج اللافتات الإعلانية (شعارات الفولاذ المقاوم للصدأ وقطع التعريف بشكل أساسي)، ومعالجة الصفائح المعدنية (تشمل معالجة الصفائح المعدنية بشكل أساسي جميع المواد المعدنية، والتي تشمل بشكل عام الثني والتلميع وما إلى ذلك، ويعتبر القطع أحد أهم العمليات )، إنتاج الهيكل والخزانات (عادةً ما يتضمن الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتضمن بشكل أساسي عمليتين للقطع: الثني والقطع)، والألواح الزنبركية (التي تنتمي إلى عملية التصنيع الدقيقة)، وأجزاء مترو الأنفاق، وأغلفة المصاعد، وأغلفة المعدات الميكانيكية وأدوات المطبخ (معظمها من الفولاذ المقاوم للصدأ). تستخدم على نطاق واسع في معالجة الصفائح المعدنية، وإنتاج اللافتات الإعلانية، وإنتاج الخزانات الكهربائية ذات الجهد العالي والمنخفض، والأجزاء الميكانيكية، وأدوات المطبخ، والسيارات، والآلات، والحرف اليدوية المعدنية، وشفرات المنشار، والأجزاء الكهربائية، وصناعة النظارات، وشفرات الزنبرك، ولوحات الدوائر، والغلايات الكهربائية، والطبية الإلكترونيات الدقيقة والأجهزة والسكاكين وأدوات القياس وغيرها من الصناعات.

يتضمن تطبيق تكنولوجيا المعالجة بالليزر في صناعة الإعلان بشكل أساسي طريقتين للعمل: القطع بالليزر والنقش بالليزر.

النقش بالليزر

النقش بالليزر: يتم إجراؤه بشكل أساسي على سطح الأشياء، وينقسم إلى نوعين: النقش النقطي والنقش المتجه:

نقش الصور النقطية: نقوم أولاً بتعليق الرسومات التي نحتاج إلى نحتها في Photoshop وتحويلها إلى تنسيق BMP أحادي اللون. بعد ذلك، نقوم بفتح ملف الرسومات في برنامج مخصص للنقش والقطع بالليزر. استنادًا إلى المواد التي نقوم بمعالجتها، يمكننا تعيين المعلمات المناسبة، ثم النقر فوق تشغيل. سوف تنحت آلة النقش بالليزر وفقًا لتأثير المصفوفة النقطية الناتج عن الملف الرسومي.

النقش المتجه: استخدم برامج متجهة مثل Coreldraw وAutoCad وIllustrator وما إلى ذلك لتصميم التخطيط، وقم بتصدير الرسومات إلى تنسيقات PLT وDXF وAI وآلات وضع العلامات، ثم استخدم برامج القطع والنقش بالليزر المتخصصة لفتح ملف الرسومات و نقله إلى آلة النقش بالليزر للمعالجة.

في صناعة الإعلان، فهي مناسبة بشكل أساسي لمعالجة المواد مثل الألواح الخشبية، الألواح ذات الألوان المزدوجة، الزجاج العضوي، والورق الملون.

القطع بالليزر

القطع بالليزر: يمكننا أن نفهمه على أنه فصل الحواف. ولأغراض المعالجة هذه، يجب علينا أولاً تحويل الرسومات إلى خطوط متجهة في CORELDRAW وAUTOCAD، واستخدام آلات وضع العلامات الهوائية، ثم حفظها بتنسيقات PLT وDXF المقابلة. افتح الملف باستخدام برنامج تشغيل آلة القطع بالليزر، واضبط معلمات الطاقة والسرعة وفقًا للمادة التي نقوم بمعالجتها، ثم قم بتشغيله. بعد تلقي التعليمات من الكمبيوتر، فإن آلة القطع بالليزر سوف تقوم بالقطع تلقائيًا وفقًا لمسار الطيران الناتج عن البرنامج. على سبيل المثال، يمكن لآلات القطع بالليزر الموجودة أن تقطع الأنماط تلقائيًا عن طريق رسم القوالب على الكمبيوتر وإدخالها مباشرة في الكمبيوتر. تحتوي آلات القطع بالليزر الموجودة عمومًا على محركات أقراص ثابتة خاصة بها يمكنها إدخال مصادر بيانات ضخمة.

تتضمن آلة القطع بالليزر 3 أنواع رئيسية. آلة قطع الألواح بالليزر يستخدم لقطع الصفائح المعدنية. آلة القطع بالليزر للأنابيب هي آلة القطع بالليزر المتخصصة في قطع الأنبوب والأنابيب. آلة قطع الألواح والأنابيب بالليزر يجمع بين نوعين من الوظائف المذكورة أعلاه، والتي يمكن أن تقطع لوحة الصفائح والأنابيب على جهاز واحد.