این مقاله در مورد 4 نوع برش لیزری، نحوه کار و کاربرد آنها بحث خواهد کرد.

لیزرهای فیبر: چگونه کار میکنند و چرا برای برش فلز مناسب هستند؟

لیزرهای فیبر از جمله انواع لیزرهایی هستند که برای برش و حکاکی قطعات فلزی کاربرد دارند. این لیزرها با استفاده از فیبر نوری دوپ شده (وارد شده)شیمیایی، پرتو لیزر را تولید و به نقطه برش هدایت میکنند. لیزرهای فایبر(فیبر) دارای مزایای زیادی نسبت به سایر انواع لیزرها هستند که در زیر به آنها خواهیم پرداخت.

لیزرهای فیبر چگونه کار میکنند؟

لیزرهای فیبر در چگونگی تولید پرتو لیزر تفاوت دارند. در این لیزرها، منبع لیزر یک پرتو کم مصرف را با استفاده از یک لیزر پرایمر، معمولاً از نوع دیود، به فیبر نوری تزریق میکند. فیبر نوری با عناصر خاکستری کمیاب مانند ایربوم (Er)  یا ایرتیربوم (Yb) دوپ شده(یکی شده یا وارد هم شدن) است. این عناصر باعث میشوند که فیبر نوری به عنوان یک محصول تقویت كننده عمل كند و پرتو لیزر را با تحریكات/گسیل های آبشاری تقویت كند. در نهایت، پرتو لیزر قوی و كارآمد از سطح خروجی فیبر خارج می شود.

لیزرهای فیبر طول موجی در حدود 1.06 میكرومتر منتشر می كنند كه در طیف مادون قرمز نزدیك قرار دارد. این طول موج به راحتی توسط فلزات جذب می شود و بالاترین بازده را برای برش و حکاکی آنها دارد. حتی فلزات انعكاسی «سخت» مانند آلومینیوم و برنج نیز قابل پروسس هستند.

لیزرهای فیبر چه مزایایی دارند؟

لیزرهای فیبر دارای چندین مزیت نسبت به سایر انواع لیزر هستند كه آنها را به یك راه حل مناسب برای صنعت تبدیل كرده است. بعضی از این مزایا عبارتاند از:

•  كیفیت پرتو عالى: لیزر فیبر قادر به تولید یك پرتو بسیار دقیق است كه منجر به تولید یک پرتو ظریف و پرتوان مى شود. این امر همچنین باعث كاهش واگرایى پرتو لیزر و افزایش عمق برش مى شود.

•  سرعت برش و بهره وری بالا: لیزر فیبر قادر به برش سریع و كارآمد فلزات با ضخامت هاى مختلف است. این همچنین منجر به كاهش مصرف انرژی و هزینه هاى عملیاتى مى شود.

•  سادگی و مستحکمی ساختار: لیزر فیبر دارای یك ساختار زیبا، ساده و مستحكم است که نیاز به تعمیر و نگهدارى كمترى دارد. فقدان آینه ها و برخى از اجزای حساس تر، مشكلات تراز را به حداقل مى رساند، كیفیت پرتو را بهبود مى بخشد و طول عمر را افزایش مى دهد.

•  انعطاف پذیری و قابلیت انطباق: لیزر فیبر قابلیت اتصال به رباتهای صنعتی، سیستم های CNC یا دستگاههای دستی را دارد. این امکان را می دهد که لیزر را به صورت دوربین، گوشه گیر یا چرخان استفاده کرد.

چه کاربردهایی برای لیزر فیبر وجود دارد؟

لیزر فیبر برای برش، حکاکی و فرسایش فلزات بهینه شده است. این لیز در صنایع مختلف کاربرد دارد که نیاز به پردازش دقیق و کارآمد فلز دارند. بعضی از این صنایع عبارتاند از:

•  صنعت خودروسازی: لیزر فیبر برای برش قطعات خودرو، حکاکی شماره سریال، جوشکاری قطعات، تولید قالب های فلزی و غیره استفاده می شود.

•  صنعت هوافضا: لیزر فیبر برای برش قطعات هواپیما، حکاکی شناسه های پرواز، جوشکاری قطعات، تولید قطعات پوسته ها و غیره استفاده می شود.

•  صنعت الکترونیک: لیزر فیبر برای برش تخته های مدار چاپ شده، حکاکی کدهای QR، جوشکاری قطعات الکترونیک، تولید قطعات نورپردازی و غیره استفاده میشود.

•  صنعت ساخت: لیزر فیبر برای برش قطعات ساختمان، حکاکی نام تجاری، جوشکاری قطعات، تولید قطعات دکوراتیو و غیره استفاده میشود.

لیزرهای CO2: چگونه کار میکنند و چرا برای برش مواد غیر فلزی مناسب هستند؟

لیزرهای CO2 از جمله اولین لیزرهایی هستند که در صنعت برش و حکاکی استفاده شده اند. این لیزرها با تحریک گاز CO2، پرتو لیزر را در طول موج 10.6 میکرومتر تولید میکنند. این پرتو به شدت توسط مواد آلی جذب میشود و برای برش مواد غیر فلزی با دقت و کارایی متوسط مناسب است. این لیزرها همچنین در برخی کاربردهای برش فلز قابل استفاده هستند، اما نسبت به لیزرهای فیبر کندتر و کم دقتتر عمل میکنند.

چگونه لیزرهای CO2 کار میکنند؟

لیزرهای CO2 از گاز CO2 به عنوان منبع لیزر استفاده میکنند. این گاز با گازهای دیگری مانند N2 و He مخلوط شده و در یک لوله فلاش قرار دارد. با تخلیه الکتریکی، گاز N2 به حالت انرژی بالاتر میرود و سپس این انرژی را به گاز CO2 منتقل میکند. گاز CO2 با برخورد با گاز He، پرتو لیزر را با طول موج 10.6 میکرومتر منتشر میکند. پرتو لیزر سپس توسط آینه ها به سمت نقطه برش هدایت میشود.

چه مزایای در لیزر CO2 وجود دارد؟

لیزر CO2 دارای بعضی از مزیت ها نسبت به سایر انواع لیزر هستند که آنها را به یك راه حل پذیرفته شده در صنعت تبدیل كرده است. بعضی از این مزیت ها عبارتاند از:

•  قابلیت تطبیق پذیرى بالاى مواد: لیزر CO2 قادر به برش و حكاكى اكثر مواد غیر فلزى است. این شامل چوب، پلاستیك، چرم، پارچە، كاغذ و بعضى كامپوزیت هاى غیر فلزى است.

•  هزینە خرید نسبتاً پایین: لیزر CO2 نسبت به سایر انواع لیزرها هزینە خرید كمترى دارند. این براى كسانى كه بودجە محدودى دارند و یا نیاز به تولید مقیاس كوچك دارند مناسب است.

•  انعطاف پذیری و قابلیت انطباق: لیزر CO2 قابلیت اتصال به ربات های صنعتی، سیستمهای CNC یا دستگاههای دستی را دارد. این امکان را میدهد که لیزر را به صورت دوربین، گوشه گیر یا چرخان استفاده کرد.

چه محدودیتهایی برای لیزروی CO2 وجود دارد؟

لیزر CO2 همچنین دارای بعضی از محدودیتها نسبت به سایر انواع لیزر هستند که در اینجا به آنها اشاره میکنیم:

•  کیفیت پرتو پایین: لیزر CO2 دارای کیفیت پرتو کمتری نسبت به لیزرهای فایبر هستند. این باعث میشود که پرتو لیزر کمتر متمرکز باشد و خط برش بزرگتر و کم دقتتر شود. این همچنین باعث محدود شدن عمق برش و سرعت برش میشود.

•  کارایی و مصرف انرژی پایین: لیزر CO2 دارای کارایی و مصرف انرژی پایینتر نسبت به لیزرهای فیبر هستند. این به این دلیل است که بخش زیادی از انرژی الکتریکی تبدیل به حرارت میشود و نه به پرتو لیزر. این همچنین باعث تولید گرمای زائد و نقصان در عملکرد ماشین میشود.

•  نگهداری و تعمیرات بالا: لیزر CO2 به دلیل وجود آینه و سایر اجزای نوری در طراحی خود، به نگهداری بالاتر نسبت به لیزر فایبر نیاز دارند. علاوه به این، منبع لیزر اولیە باگذشت زمان، كم توان مى شود. آینە ها و سایر قطعات نورى باید منظم تمیز شوند و تنظیم شوند تا كیفیت پرتو را حفظ كنند.

لیزرهای Nd:YAG/Nd:YVO: چگونه کار میکنند و چرا برای برش فلز مناسب هستند؟

لیزرهای Nd:YAG (گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم) و Nd:YVO (ایتریم وانادات دوپ شده با نئودیمیم) از جمله لیزرهای حالت جامد هستند که با تحریک گاز نئودیمیم، پرتو لیزر را در طول موج 1.064 میکرومتر تولید میکنند. این پرتو به خوبی توسط فلزات جذب میشود و برای برش، حکاکی و علامت گذاری فلزات و بعضی از غیر فلزات کاربرد دارد.

چگونه لیزرهای Nd:YAG و Nd:YVO کار میکنند؟

لیزرهای Nd:YAG و Nd:YVO از گاز نئودیمیم به عنوان منبع لیزر استفاده میکنند. این گاز در کریستال های گارنت آلومینیوم ایتریوم (Nd:YAG) یا ایتریم وانادات (Nd:YVO) دوپ شده است. با تخلیه الکتریکی یا لیزر، گاز نئودیمیم برانگیخته میشود و پرتو لیزر را با طول موج 1.064 میکرومتر منتشر میکند. پرتو لیزر سپس توسط آینه ها به سمت نقطه برش هدایت میشود.

چه مزایای در لیزر Nd:YAG و Nd:YVO وجود دارد؟

لیزر Nd:YAG و Nd:YVO دارای بعضی از مزیت ها نسبت به سایر انواع لیزر هستند که آنها را برای کاربردهای خاص مناسب می كند. بعضی از این مزیت ها عبارتاند از:

•  كیفیت پرتو بالا: لیزر Nd:YAG و Nd:YVO قادر به تولید یك پرتو بسیار دقیق است که منجر به یك خط برتو کوچک و یك انرژی ویژه بالا مى شود. این همچنین باعث كاهش واگرایى پرتو و افزایش عمق برش مى شود.

•  قابلیت تطبیق پذیرى بالاى فلزات: لیزر Nd:YAG و Nd:YVO قادر به برش، حكاكى و علامت گذارى اكثر فلزات است که توان جذب پرتو این لیزر را دارند. این شامل فولاد ضد زنگ، فولاد كربن، آلومینیوم، برنج و مس است. این لیزر همچنین براى برش فلزات ضخیم تر نیز مناسب هستند.

•  دوام و نگهداری کم: لیزرهای Nd:YAG و Nd:YVO دارای ساختار ساده و مستحکم هستند که نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند. آینه ها و سایر قطعات نوری کمتری در طراحی خود دارند و منبع لیزر طول عمر بالایی دارد.

چه محدودیت هایی برای لیزروی Nd:YAG و Nd:YVO وجود دارد؟

لیزروی Nd:YAG و Nd:YVO همچنین دارای بعضی از محدودیتها نسبت به سایر انواع لیزر هستند که در اینجا به آنها اشاره می کنیم:

•  کارایی و مصرف انرژی پایین: لیزروی Nd:YAG و Nd:YVO دارای کارایی و مصرف انرژی پایینتر نسبت به لیزرهای فیبر هستند. این به این دلیل است که بخش زیادی از انرژی الکتریکی تبدیل به حرارت میشود و نه به پرتو لیزر. این همچنین باعث تولید گرمای زائد و نقصان در عملکرد ماشین میشود.

•  قابلیت تطبیق پذیرى پایین مواد غیر فلزى: لیزر Nd:YAG و Nd:YVO فقط براى بعضى از مواد غیر فلزى که جذب پرتو خود را دارند، مناسب هستند. این شامل سرامیك، پلاستیك و بعضى كامپوزیت ها است. این لیزر براى بسیارى از مواد غیر فلزى دیگر که جذب پرتو خود را ندارند، كارآمد نیستند.

خلاصه

لیزر Nd:YAG و Nd:YVO یك روش حالت جامد براى حكاكى و علامت گذارى فلزات هستند. آنها با تحریك گاز نئودیمیوم، پرتو لیزر را در طول موج 1.064 میكرومتر تولید مى كنند. آنها دارای كیفیت پرتو بالا، قابلیت تطبیق پذیرى بالاى فلزات، دوام و نگهدارى كم هستند. اما آنها كارآئى و مصرف انرژى پایین و قابلیت تطبیق پذیرى پایین با مواد غیر فلزى دارند.

لیزرهای دیود مستقیم (Direct Diode Lasers): چگونه کار میکنند؟

لیزرهای دیود مستقیم (یا به سادگی دیود) از نوع لیزرهای نیمه هادی هستند که با اعمال جریان الکتریکی به اتصالات نیمه هادی، نور لیزر را تولید میکنند. این لیزرها در طول موج 0.4 تا 1.1 میکرومتر ساطع میشوند و برای برش، جوشکاری و عملیات سطحی فلزات (فقط در توان های بالا) و بعضی از غیر فلزات استفاده میشوند.

لیزرهای دیود مستقیم چگونه کار میکنند؟

لیزرهای دیود مستقیم از اتصالات نیمه هادی منفرد برای تولید نور لیزر استفاده میکنند. این اتصالات معمولاً از آرسنید گالیم (GaAs) ساخته شده اند و با گاز نئودیمیم دوپ (یکی شدن یا وارد شدن) شده اند. هنگامی که جریان الکتریکی اعمال میشود، الکترون ها و حفره ها (بار الکتریکی منفی و مثبت) در نوار های انرژی مختلف قرار دارند. با تلاقی الکترون ها و حفره ها، نور را با الکترولومینسانس ساطع میکنند. سپس نور ساطع شده توسط عناصر نوری هدایت و به یک پرتو لیزر متمرکز می شود که یک حفره تشدید گسیلی تحریک شده با نیم آینه در یک انتها ایجاد می کند که از طریق آن انرژی لیزر ساطع می شود.

ليزرديود مستقيم چه مزایایی دارد؟

ليزر ديود مستقيم دارای بعضي از مزيت ها نسبت به ساير انواع ليزها هستند که آنها را برای کاربردهای صنعتی جذاب مي كند. بعضي از اين مزيت ها عبارتاند از:

•  كارآئى و مصرف کم: لیزر ديود مستقيم قادر است انرژى الكتريكى را به نور ليزر تبديل كنند. اين باعث كاهش هزينە هاى عملياتى و كاهش توليد گرماى زائد مى شود.

•  سادگی و قوی بودن: لیزرهای دیود مستقیم دارای ساختار ساده و مستحکم هستند که نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند. آنها از آینه ها و سایر قطعات نوری کمتری استفاده میکنند و منبع لیزر طول عمر بالایی دارد.

•  اندازه فیزیکی کوچک و قابل حمل: لیزرهای دیود مستقیم دارای اندازه فیزیکی کوچک و قابل حمل هستند که امکان استفاده از آنها در فضاهای محدود را فراهم میکند. آنها همچنین به وسایل جانبی کمتری نیاز دارند و میتوانند به رباتهای صنعتی، سیستمهای CNC یا دستگاههای دستی متصل شوند.

چه محدودیتهایی برای لیزروی ديود مستقيم وجود دارد؟

لیزر ديود مستقيم همچنين دارای بعضى از محدوديت ها نسبت به ساير انواع ليزرو هستند که در اينجا به آنها اشارە مى كنيم:

•  كيفيت پرتو پايين: لیزر ديود مستقيم دارای كيفيت پرتو پايين ترى نسبت به لیزر فبر يا CO2 هستند. اين باعث مى شود که پرتو ليزر كمتر متمركز باشد. اين همچنين باعث كاهش سرعت برتو و عمق بروش مى شود.

برش لیزر: چه نوع لیزری برای چه کاربردی مناسب است؟

برش لیزریک روش پردازش مواد است که با استفاده از پرتو لیزر، مواد را بریده، حک میکند یا شکل میدهد. برای انجام این کار، نوع لیزر، طول موج، توان و کیفیت پرتو باید با نوع ماده، ضخامت و شکل آن سازگار باشد. در این مقاله، به بررسی سه نوع رایج لیزر برای برش لیزری پرداختیم: لیزر CO2، لیزر فیبر و لیزر دایود مستقیم.

ليزر CO2

ليزر CO2 يك روش قديمى ولى پذيرفتە شده براى برش و حكاكى مواد غير فلزى است. اين ليزر با تحريك گاز CO2، پرتو ليزر را در طول موج 10.6 ميكرومتر تولید مى كنند. اين پرتو به شدت توسط مواد آلي جذب مى شود و براى برش مواد غير فلزى با دقت و كارآئى متوسط مناسب است. اين ليزر همچنين در بعضى كاربردهاى بروى فلز قابل استفادە هستند، اما نسبت به ليزروى فبر كندتر و كم دقت تر عمل مى كنند.

ليزر فایبر (فیبر)

ليزر فایبر يك روش نوآورانە براى برش و پردازش فلزات است. اين ليزر با تبديل يك جريان الكتركى به نور ليزر در فيبر هاى نورى، پرتو ليزر را در طول موج 1.07 ميكرومتر تولید مى كنند. اين پرتو به خوبى توسط فلزات جذب مى شود و براى برش فلزات با دقت و كارآئى بالا مناسب است. اين ليزر دارای كارآئى و مصرف انرژى بالا، كيفيت پرتو خوب و قابليت تطبيق پذيرى بالا با ساير سامانە ها هستند.

ليزر ديود مستقيم

ليزر ديود مستقيم يك روش نوآورانە براى حکاکی، برش، جوشكارى و عملات سطحى فلزات و بعضى از غير فلزات هستند. آنها با تبديل يك جريان الكتركى به نور ليزر به کمک نیمه هادی ها، پرتو ليزر را در طول موج 0.4 تا 1.1 ميكرومتر تولید مى كنند. آنها دارای كارآئى و مصرف انرژى بالا، سادگى و قوى بودن، اندازه فیزیکی کوچک و قابل حمل هستند.