درباره برش لیزری فلز: اصول ابتدایی و توضیحات ساده

امروزه دیگر برش فلز به شیوۀ های دستی یا سنتی کار بسیار دشواری است. حتما سر و کارتان با بازار آهن شهرتان خورده است؛ تا کنون از خود این سوال را کرده اید که فلزات آهن ، آلمینیوم ... که بسیار سخت و مقاوم هستند چطور به قطعات کوچکتر با آن ظرافت مثال زدنی تقسیم میشوند؟! این مقاله را بخوانید تا با روش دقیق، ایمن را برای این کار آشنا شوید.

·مقدمه برش فلز با لیزر

برشهای لیزری از پرتو نور به شدت متمرکز برای بریدن متریالهای مختلف استفاده می کنند. در حالی که اکثر متریالها مانند چوب، اکریلیک و MDF براحتی با ماشین های ساده مثل CNC، قابل برش هستند، فلز به کار بیشتری نیاز دارد.

در این مقاله دستگاه های صنعتی برش ورق فلز را بررسی می کنیم و توضیح می دهیم که چرا برش پنل فلزی بسیار دشوار است و نیاز به مدیریت کاملا ماهرانه ای دارد تا بتوانید از این ابزار برای پروژه صنعتی خود بهره ببرید.

·اول  ایمنی، بعد کار !

حتما همه جا این شعار را دیده اید؛ البته صرفا شعار نیست و جدا باید جدی گرفته شود! چند تکنیک برش لیزری وجود دارد اما در صورت استفادۀ نادرست همگی بسیار خطرناک هستند. گرچه در این مقاله ما روی برش های لیزری فیبری و CO2 تمرکز خواهیم کرد  که تفاوت زیادی با یکدیگر دارند.

1. CO2 LASERS

برش فلز این دستگاه ها باید دستکم 150 وات قدرت داشته باشند و از اکسیژن نیز کمک بگیرند. بدون اقدامات احتیاطی مناسب لیزر به تنهایی می تواند باعث جراحت، سوختگی و کوری فوری شود! بدلیل استفاده از اکسیژن، در صورت عدم رسیدگی صحیح به مخزن گاز، احتمال اشتعال یا انفجار نیز وجود دارد. همیشه اطمینان حاصل کنید که هر نوع گاز قابل اشتعالی به درستی مصرف و ذخیره شود.

1. FIBER LASERS

لیزرهای فیبری چندین برابر لیزرهای CO2 قدرت دارند. این بدان معنی است که این نوع لیزرها نه تنها می توانند موجب سوختگی و کوری شوند بلکه قرار گرفتن در معرض پرتو غیرمستقیم هم می تواند شدیدا آسیب‌زا باشد! حتماً از تجهیزات ایمنی مناسب بهره بگیرید و از محفظه‌ های مناسب لیزر استفاده کنید.

یکی از موارد مهمی که باید هنگام کار با لیزرهای Fiber همیشه در دسترس اپراتورها باشد، عینک ایمنی مخصوص کار با لیزر است. استفاده از دستکش نیز برای جلوگیری از برخورد با روغن و پسماندهای دیگر در زمان تعویض و تنظیم دستگاه بشدت توصیه می شود.

داشتن محوطه ای با تهویۀ مناسب هم امری حیاتی است زیرا لیزرها به طور بالقوه می توانند بخارهای مضر سمی منتشر کنند. در ضمن، حتماً همیشه چند کپسول آتش نشانی با درجۀ ABC داشته باشید که بتواند آتشِ پسماندها، مایعات و برق را مهار کند (در کنار سیستمهای هوشمند اطفای حریق صنعتی) .

• ذات سخت و لجوج فلز !

برش متریالی مانند مقوا، اکریلیک و چوب به سادگی با برشگرهای سطح پایین CO2 مانند K40 امکان پذیر است؛ زیرا این مواد به راحتی میسوزند و نور را جذب می کنند. ولی، فلزات بعلت سختی و صیقلی بودن، بازتابنده و رسانای حرارت هستند، به این معنی که لیزر باید روی ناحیه ای کوچک تر با شدت بیشتری بتابد تا آنرا برش دهد.

فلزات مختلف ، خواص متفاوتی دارند که بر نحوۀ برش آنها تاثیر می گذارد. در ادامه برخی از متداول ترین متریال قابل برش با لیزر ذکر می شوند.

1. فولاد: درجۀ انعکاس کم، بادوام، به راحتی با لیزرهای قدرتمند CO2 و لیزرهای فیبری برش داده میشود.
2. مس: درجۀ انعکاس متوسط و بالا، رسانایی بسیار بالا، ورقهای کمتر از 0.5 میلیمتر براحتی با لیزرهای فیبری برش می خورند (ضخامت های بالاتر به چندین بار عبور لیزر نیاز دارند؛ استفاده از اکسیژن بعنوان گازِ برش کمک می کند)
3. برنج: درجۀ انعکاس متوسط و بالا، مشابه مس اما سخت تر، ایده‌آل برای نیتروژن
4. آلومینیوم: درجۀ انعکاس متوسط و بالا، نرم اما مقاوم، با لیزرهای فیبری قابل برش است اما با لیزرهای CO2 بسیار دشوار بریده می شود.
5. فولاد ضدزنگ: درجۀ انعکاس بالا، بادوام، مقاوم در برابر خوردگی، با کمک گاز به راحتی برش داده می شود.

استفاده از گاز کمکی، اغلب نیتروژن یا اکسیژن، از طریق پاکسازی پسماندها یا گرم تر کردن منطقۀ برش روند کار را آسان تر می کند.

کدام دستگاه برشکاری لیزری ورق فلزات؟

خب تا اینجای مطلب لابد فکر میکنید که برش لیزری فلز کاری ترسناک به نظر می رسد؟! با این حال، اگر مایل به سرمایه گذاری در برش لیزری فلز هستید، اوضاع آنطور که به نظر می رسد پیچیده و سخت نیست.

شاید لیزرهای CO2 در برخی موارد ارزانتر باشند اما همیشه به اکسیژن به عنوان گاز کمکی نیاز دارند و حوزۀ کاری آنها فقط به برش فلزات کمتر بازتابنده محدود میشود. از طرف دیگر، لیزرهای فیبری می توانند بدون استفاده از گاز کمکی کار کنند و به مراقبت کمتری نیاز دارند اما به طور کلی از مورد اول گرانتر هستند.

در کشورهای صنعتی حداقل میانگین قیمت هر دو نوع لیزر فوق به 10 هزار دلار می رسد، بنابراین برش فلز با لیزر به استفادۀ حرفه ای و صنعتی محدود میشود. اگر به دنبال چیزی با قیمت مناسب تر هستید، برش واترجِت، برش پلاسما، برش پانچ یا حتی ساخت برشگر لیزری خودتان را در نظر داشته باشید. اگر همۀ راه های دیگر به شکست انجامید، شرکت های خدمات محلی در شهرتان وجود دارند که سفارشات برش شما را انجام می دهند.

برای خرید دستگاههایی مانند Kern Laser، Boss Laser، Triumph Laser، Trotec و FSLasers وجود دارند. پس از تصمیم گیری در مورد خود دستگاه، به بخش بعد بروید تا فرآیند برش با لیزر را با هم بررسی کنیم.

• آماده سازی قبل از برش فلز

برای دستیابی به بهترین نتایج چند نکته ساده وجود دارد که روند برش را آسان تر و سریع تر میکند. در زمان استفاده از هر دو نوع لیزر فیبری و CO2، بهتر است در مورد نحوۀ کار آنها با مواد مختلف تحقیق کنید تا پروژۀ شما موفقیت آمیز باشد. وقتی شیوۀ برش لیزری مناسب را برای متریال مورد نظرتان یافتید، برای شروع از این نکات ساده استفاده کنید:

1. ارتفاع متریال را بالا ببرید. هنگام برش دادن مواد با لیزر بهتر است کمترین سطح متریال با سکوی ساخت تماس داشته باشد. استفاده از سکوهای پاشنه‌دار یا سطح کاری متخلخل پیشنهاد می شود. داشتن سکوی پاشنه‌دار به این معنی است که حرارت کمتری اتلاف می شود و مواد مذاب کمتری روی آن می ریزد.
2. اول آزمایش کنید. انجام یک تست آزمایشی با نرم افزار می تواند از دردسرهای زیادی در آینده جلوگیری کند. اجرای برنامۀ شبیه ساز برش یا سیمولیتور(بدون استفادۀ واقعی از لیزر) خطاهای ممکن را به شما نشان می دهد و موجب صرفه جویی در وقت و هزینه می شود. انجام یک آزمایش کوچک با استفاده از لیزر روی مواد قراضه نیز به شما کمک می کند که در مورد نقطۀ تمرکز مطمئن شوید و بفهمید که چه مقدار نیرو و سرعت برای برش متریال جدید لازم است.
3. گاز را از لیزر جدا کنید. هنگام استفاده از برش لیزری CO2 با کمک گاز اکسیژن مخزن را تا جای ممکن از دستگاه دور نگه دارید تا ایمنی تضمین شود. همین کار را در زمان استفاده از لیزرهای فیبری که از اکسیژن یا نیتروژن استفاده می کنند نیز انجام دهید. نگهداری مخزن گاز در محفظه ای جداگانه و ضدحریق بهترین راه است.
4. برش های خوبی بزنید. هنگام طراحی مطمئن شوید که هر بخشی که باید بریده شود به صورت کامل از مواد اولیه جدا گردد. این امر به پرداخت نهایی کمک می کند و باعث می شود که در زمان جدا کردن تکۀ بریده شده هیچ خمیدگی یا برش اضافی به وجود نیاید.

• فرآیند انجام برش فلز

وقتی دستگاه مناسب را در اختیار داشته باشید و اقدامات ایمنی را رعایت کنید، برش فلز تفاوت چندانی با برش چوب یا ورق اِم‌دی‌اِف نخواهد داشت. دستگاه برش لیزری پرتویی می تاباند که متریال را ذوب یا تبخیر می کند؛ همچنین از گازی کمکی بهره می گیرد که به گرمایش متریال و دفع زائدات یاری می رساند یا فقط پسماندها را خارج می کند.

تفاوت مهم در اینجاست که فلز بازتابنده است و برخی لیزرها، از جمله بیشتر لیزرهای CO2، نمی توانند انعکاس نور لیزر به سمت منبع را تاب بیاورند. بهمین دلیل، از لیزرهای CO2 در محدودۀ 150 تا 300 وات بیشتر برای برش انواع مختلف فولاد استفاده می شود که بازتاب کمی دارند. لیزرهای فیبر نوری بر اساس اصل دیگری کار می کنند که به آنها اجازه می دهد چندین برابر لیزرهای CO2 قدرتمند باشند و تقریباً هیچ کدام از نواقص آنها را بروز ندهند.

همانند سایر لیزرها و متریال ها، یافتن نقطۀ تمرکز، قدرت و سرعت صحیح از طریق آزمایش موجب موفقیت پروژه می شود. یکی از دستورالعمل‌ هایی که باید در خاطر داشته باشید این است که فقط فلزاتی با بازتاب اندک را با لیزر CO2 برش دهید. لیزرهای فیبری می توانند اکثر فلزات را برش دهند اما یافتن پالس و مقدار انرژی مناسب برای متریال های مختلف اهمیت بالایی دارد.

• پرداخت نهایی فلز

پس از برش فلز، چندین روش برای پرداخت وجود دارد که موجب تمیزتر شدن متریال می شوند. لبه های برش خورده احتمالاً تیز هستند، بنابراین سوهان کشی یا سنباده زنیِ لبه ها ایدۀ خوبی به نظر می رسد. بسته به این که با چه فلزی کار می کنید، می توانید پرداختی نهایی نیز روی آن انجام دهید. این امر شامل پولیش، اسید اِچینگ، رنگ آمیزی، غوطه‌ور کردن و سایر موارد می شود که هر کدام شاخصه ای جداگانه به پروژۀ شما می افزایند.

همیشه در پایان هر پروژه دستگاه خود را بررسی کنید تا مطمئن شوید که آینه ها، لنزها، سیستمهای پمپی، ماژولها و اجزای محوری مرتب و منظم باشند. غفلت در این امر موجب خرابی می شود، بنابراین نگهداری و مراقبت از دستگاه موفقیت پروژۀ بعدی شما را تضمین می کند.

شرکتهای خدمات برش فلز

در ایران دستگاه های برش لیزری فلز جدید و با کیفیت بسیار گران هستند و اکثر افراد وقت و امکانات لازم برای واردسازی آنها از خارج کشور را ندارند؛ خوشبختانه روش دیگری وجود دارد که بسیار مقرون به صرفه تر است: شرکت های خدماتی محلی شهرتان، سفارش برش فلزی را  برایتان انجام دهند ! (به مراکز رسمی بازار آهن شهر خود مراجعه کنید) . اغلب تنها کاری که باید انجام دهید این است که طرح را ارسال کنید و البته حتما جزییات نقشه را با آنها کتبا نهایی نمایید تا خطای برش نداشته باشید، سپس بیعانه اولیه را بپردازید و منتظر بمانید تا سفارشتان تکمیل شود.

خب ، کم کم به پایان مقاله میرسیم ولی قبل از خداحافظی حیفمان آمد از تکنیکی که بنوعی تکمیل کننده یا ادامه فناوری برش لیزر هست نامی نبریم؛ البته حتما شما هم زیاد اسم آنرا شنیده اید! بله درست حدس زدید: پرینت سه بعدی فلزی یا Metal 3D Printing . این تکنولوژی نیز از انواع تکنیکهای تابش لیزر و پرتوهای مشابه استفاده میکند و انقلابی در فرآیند تولید صنعتی جهان ایجاد کرده است، بطوریکه اغلب کارشناسان اعتقاد دارند فناوریهای چاپ سه بعدی فلز ، آینده صنعتی جهان را در انحصار خود خواهند داشت.

خیلی هیجان انگیز است که فایل سه بعدی کامپیوتری یک قطعه صنعتی را با چند کلیک ساده از کنترل پنل به دستگاه چاپگر سه بعدی منتقل کنید و در کمتر از چند دقیقه تا چند ساعت، قطعه ای مستحکم فلزی با کمترین میزان نیاز به پرداختکاری مستقیما قابل استفاده باشد!

چاپگرهای سه بعدی فلز اگرچه همچنان پلتفرم صنعتی خاص خود را دارند ولی خطرات و محیط بشدت کارگاهی  دستگاههای برش لیزر را ندارند و میتوانند در کارگاههای کوچک محلی و ادارات مستقر و استفاده شوند.

و کلام آخر اینکه: چه به دنبال سرمایه گذاری روی دستگاه های برش لیزری یا چاپگرهای سه بعدی باشید و چه بخواهید از شرکت های خدماتی این حوزه استفاده کنید، امیدواریم اکنون درک بهتری از امکان ها و شرایط این صنعت پیدا کرده باشید!

چاپگرهای سه بعدی 3DPE