ماشینکاری و برش لیزری و LBM

Laser CUTTING_CC781905-5CDE-3194-BB3B-36BAD5CF58D_IS A_CC781905-5 BISTIPSIPSIPINIS-3194-BB3B-36BAD5CF58DEPIGHIIGH-BIGHIGH-BIGHIGH-BBADILIVE-BB31905-B-B-B-B-31905-31905-31905-31905-3cde In LASER BEAM MACHINING (LBM)، یک منبع لیزری انرژی نوری را روی سطح قطعه کار متمرکز می کند. برش لیزری خروجی بسیار متمرکز و با چگالی بالا یک لیزر پرقدرت را توسط کامپیوتر به سمت موادی که قرار است برش دهند هدایت می کند. سپس مواد مورد نظر یا ذوب می‌شوند، می‌سوزند، تبخیر می‌شوند، یا توسط یک جت گاز به روشی کنترل‌شده منفجر می‌شوند و لبه‌ای با پوشش سطحی با کیفیت بالا باقی می‌گذارند. برش های لیزری صنعتی ما برای برش مواد ورق تخت و همچنین مواد ساختاری و لوله کشی، قطعات فلزی و غیرفلزی مناسب هستند. معمولاً در فرآیندهای ماشینکاری و برش پرتو لیزر نیازی به خلاء نیست. انواع مختلفی از لیزرها در برش و ساخت لیزر مورد استفاده قرار می گیرند. موج پالسی یا پیوسته CO2 LASER برای برش، خسته کننده و حکاکی مناسب است. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical در سبک و تنها در کاربرد متفاوت است. نئودیمیم Nd برای خسته کردن و جاهایی که انرژی زیاد اما تکرار کم مورد نیاز است استفاده می شود. از طرف دیگر لیزر Nd-YAG در مواردی که به قدرت بسیار بالا نیاز است و برای حفاری و حکاکی استفاده می شود. هر دو لیزر CO2 و Nd/Nd-YAG را می توان برای جوشکاری LASER استفاده کرد. لیزرهای دیگری که ما در ساخت استفاده می کنیم عبارتند از Nd:GLASS، RUBY و EXCIMER. در ماشین کاری پرتو لیزر (LBM)، پارامترهای زیر مهم هستند: بازتابی و هدایت حرارتی سطح قطعه کار و گرمای ویژه آن و گرمای نهان ذوب و تبخیر. کارایی فرآیند ماشینکاری پرتو لیزر (LBM) با کاهش این پارامترها افزایش می یابد. عمق برش را می توان به صورت زیر بیان کرد:

 

t ~ P / (vxd)

 

این بدان معناست که عمق برش "t" متناسب با توان ورودی P و با سرعت برش v و قطر نقطه پرتو لیزر d متناسب است. سطح تولید شده با LBM عموماً ناهموار است و دارای ناحیه متاثر از حرارت است.

 

 

 

برش و ماشین کاری لیزری کربندیوکسید (CO2): لیزرهای CO2 تحریک شده DC با عبور جریان از مخلوط گاز پمپ می شوند در حالی که لیزرهای CO2 تحریک شده با RF از انرژی فرکانس رادیویی برای تحریک استفاده می کنند. روش RF نسبتا جدید است و محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. طرح های DC به الکترودهای داخل حفره نیاز دارند و بنابراین می توانند فرسایش الکترود و آبکاری مواد الکترود روی اپتیک را داشته باشند. برعکس، تشدید کننده های RF دارای الکترودهای خارجی هستند و بنابراین مستعد این مشکلات نیستند. ما از لیزر CO2 در برش صنعتی بسیاری از مواد مانند فولاد نرم، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و پلاستیک استفاده می کنیم.

 

 

 

YAG LASER CUTTING and MACHINING: ما از لیزر YAG برای برش و خراش دادن فلزات استفاده می کنیم. ژنراتور لیزر و اپتیک خارجی نیاز به خنک کننده دارند. گرمای هدر رفته توسط یک خنک کننده یا مستقیماً به هوا منتقل می شود. آب یک خنک کننده معمولی است که معمولاً از طریق چیلر یا سیستم انتقال حرارت به گردش در می آید.

 

 

 

برش و ماشینکاری با لیزر اکسایمر: لیزر اگزایمر نوعی لیزر با طول موج در ناحیه فرابنفش است. طول موج دقیق بستگی به مولکول های مورد استفاده دارد. به عنوان مثال، طول موج های زیر با مولکول های نشان داده شده در پرانتز مرتبط است: 193 نانومتر (ArF)، 248 نانومتر (KrF)، 308 نانومتر (XeCl)، 353 نانومتر (XeF). برخی از لیزرهای اگزایمر قابل تنظیم هستند. لیزرهای اگزایمر این خاصیت جذاب را دارند که می‌توانند لایه‌های بسیار ظریفی از مواد سطحی را تقریباً بدون حرارت دادن یا تغییر به بقیه مواد حذف کنند. بنابراین لیزرهای اگزایمر برای ریزماشین کاری دقیق مواد آلی مانند برخی از پلیمرها و پلاستیک ها مناسب هستند.

 

 

 

برش لیزری با کمک گاز: گاهی اوقات از پرتوهای لیزر در ترکیب با جریان گاز مانند اکسیژن، نیتروژن یا آرگون برای برش مواد ورقه ای نازک استفاده می کنیم. این کار با استفاده از a LASER-BEAM TORCH انجام می شود. برای فولاد ضد زنگ و آلومینیوم از برش لیزری با فشار بالا به کمک گاز بی اثر با استفاده از نیتروژن استفاده می کنیم. این منجر به ایجاد لبه های بدون اکسید برای بهبود قابلیت جوش می شود. این جریان های گازی همچنین مواد مذاب و بخار شده را از سطوح قطعه کار دور می کنند.

 

 

 

در a LASER MICROJET CUTTING ما یک لیزر هدایت شونده با جت آب داریم که در آن یک لیزر آب با پالس کم به جت آب متصل می شود. ما از آن برای انجام برش لیزری استفاده می کنیم در حالی که از جت آب برای هدایت پرتو لیزر، مشابه فیبر نوری استفاده می کنیم. مزایای میکروجت لیزری این است که آب زباله ها را نیز از بین می برد و مواد را خنک می کند، سریعتر از برش لیزر سنتی خشک با سرعت های تاس بالاتر، کرف موازی و قابلیت برش همه جهته است.

 

 

 

ما روش های مختلفی را در برش با استفاده از لیزر به کار می بریم. برخی از روش ها عبارتند از تبخیر، ذوب و دمش، ضربه و سوختن مذاب، ترک تنش حرارتی، خراش دادن، برش و سوزاندن سرد، برش لیزری تثبیت شده.

 

- برش تبخیر: پرتو متمرکز سطح ماده را تا نقطه جوش حرارت داده و سوراخ ایجاد می کند. سوراخ منجر به افزایش ناگهانی در جذب می شود و به سرعت سوراخ را عمیق می کند. همانطور که سوراخ عمیق می شود و مواد به جوش می آیند، بخار تولید شده دیواره های مذاب را فرسایش می دهد و مواد را بیرون می زند و سوراخ را بیشتر بزرگ می کند. معمولاً مواد غیر ذوب مانند چوب، کربن و پلاستیک های ترموست را با این روش برش می دهند.

 

- برش ذوب و دمنده: از گاز پرفشار برای دمیدن مواد مذاب از ناحیه برش استفاده می کنیم و قدرت مورد نیاز را کاهش می دهیم. این ماده تا نقطه ذوب خود حرارت داده می شود و سپس یک جت گاز مواد مذاب را از داخل پوسته خارج می کند. این امر نیاز به افزایش بیشتر دمای مواد را از بین می برد. فلزات را با این تکنیک برش می دهیم.

 

- ترک تنش حرارتی: مواد شکننده به شکست حرارتی حساس هستند. یک پرتو بر روی سطح متمرکز شده و باعث گرمایش موضعی و انبساط حرارتی می شود. این منجر به ترک می شود که می تواند با حرکت دادن پرتو هدایت شود. ما از این تکنیک در برش شیشه استفاده می کنیم.

 

- مخفیکاری ویفرهای سیلیکونی: جداسازی تراشه‌های میکروالکترونیک از ویفرهای سیلیکونی توسط فرآیند داینگ مخفی انجام می‌شود، با استفاده از لیزر پالسی Nd:YAG، طول موج 1064 نانومتر به خوبی با گپ باند الکترونیکی سیلیکون (1.11 eV یا 1.11 ولت یا ولت) سازگار است. 1117 نانومتر). این در ساخت دستگاه های نیمه هادی محبوب است.

 

- برش واکنشی: همچنین برش شعله ای نامیده می شود، این روش را می توان شبیه برش با مشعل اکسیژن اما با پرتو لیزر به عنوان منبع اشتعال. ما از این برای برش فولاد کربنی در ضخامت های بیش از 1 میلی متر و حتی صفحات فولادی بسیار ضخیم با قدرت لیزر کم استفاده می کنیم.

 

 

 

PULSED LASERS انرژی پرقدرتی را برای مدت کوتاهی در اختیار ما قرار می دهد و در برخی از فرآیندهای برش لیزری، مانند سوراخ کردن، یا زمانی که سوراخ های بسیار کوچک یا سرعت های برش بسیار پایین مورد نیاز است، بسیار موثر هستند. اگر به جای آن از یک پرتو لیزر ثابت استفاده شود، گرما می تواند به نقطه ای برسد که کل قطعه در حال ماشینکاری را ذوب کند. لیزرهای ما توانایی پالس یا برش CW (موج پیوسته) را تحت کنترل برنامه NC (کنترل عددی) دارند. ما از یک سری جفت پالس برای بهبود سرعت حذف مواد و سوراخ‌ها استفاده می‌کنیم. پالس اول مواد را از سطح جدا می کند و پالس دوم مانع از خواندن مواد خارج شده به کنار سوراخ یا برش می شود.

 

 

 

تلورانس ها و پرداخت سطح در برش و ماشینکاری لیزری فوق العاده است. برش های لیزری مدرن ما دارای دقت موقعیت یابی در همسایگی 10 میکرومتر و تکرارپذیری 5 میکرومتر هستند. زبری استاندارد Rz با ضخامت ورق افزایش می یابد، اما با قدرت لیزر و سرعت برش کاهش می یابد. فرآیندهای برش لیزری و ماشین‌کاری قادر به دستیابی به تلرانس‌های نزدیک، اغلب تا 0.001 اینچ (0.025 میلی‌متر) هندسه قطعه هستند و ویژگی‌های مکانیکی ماشین‌های ما برای دستیابی به بهترین قابلیت‌های تحمل بهینه شده‌اند. پوشش های سطحی که می توانیم از برش پرتو لیزر بدست آوریم ممکن است بین 0.003 میلی متر تا 0.006 میلی متر باشد. به طور کلی ما به راحتی به سوراخ هایی با قطر 0.025 میلی متر می رسیم و سوراخ هایی به کوچکی 0.005 میلی متر و نسبت عمق به قطر سوراخ 50 به 1 در مواد مختلف ایجاد شده است. ساده‌ترین و استانداردترین برش‌های لیزری ما، فلز فولاد کربنی را از 0.020 تا 0.5 اینچ (0.51 تا 13 میلی‌متر) در ضخامت برش می‌دهند و به راحتی می‌توانند تا 30 برابر سریع‌تر از اره‌زنی استاندارد باشند.

 

 

 

ماشینکاری پرتو لیزر به طور گسترده ای برای حفاری و برش فلزات، غیر فلزات و مواد کامپوزیتی استفاده می شود. مزایای برش لیزری نسبت به برش مکانیکی شامل نگهداری آسان تر، تمیزی و کاهش آلودگی قطعه کار است (زیرا هیچ لبه برشی مانند فرزکاری یا تراشکاری سنتی وجود ندارد که می تواند توسط مواد آلوده شود یا مواد را آلوده کند، به عنوان مثال ایجاد بوته). ماهیت ساینده مواد کامپوزیتی ممکن است ماشین کاری آنها را با روش های معمولی دشوار کند اما با ماشینکاری لیزری آسان است. از آنجایی که پرتو لیزر در طول فرآیند فرسوده نمی شود، دقت به دست آمده ممکن است بهتر باشد. از آنجایی که سیستم‌های لیزری دارای یک ناحیه کوچک تحت تأثیر حرارت هستند، احتمال تاب برداشتن مواد بریده‌شده نیز کمتر است. برای برخی از مواد، برش لیزری می تواند تنها گزینه باشد. فرآیندهای برش پرتو لیزر انعطاف‌پذیر هستند و تحویل پرتو فیبر نوری، نصب ساده، زمان‌های تنظیم کوتاه، در دسترس بودن سیستم‌های CNC سه بعدی این امکان را برای برش لیزری و ماشین‌کاری با سایر فرآیندهای ساخت ورق فلزی مانند پانچ کردن فراهم می‌کند. همانطور که گفته شد، گاهی اوقات فناوری لیزر را می توان با فناوری های ساخت مکانیکی برای بهبود کارایی کلی ترکیب کرد.

 

 

 

برش لیزری ورق فلزات دارای مزایایی نسبت به برش پلاسما است که دقت بیشتری دارد و انرژی کمتری مصرف می کند، با این حال، اکثر لیزرهای صنعتی نمی توانند ضخامت فلز بیشتری را که پلاسما می تواند برش دهند. لیزرهایی که با توان‌های بالاتر مانند 6000 وات کار می‌کنند، در توانایی آنها برای برش مواد ضخیم به ماشین‌های پلاسما نزدیک می‌شوند. با این حال هزینه سرمایه این برش های لیزری 6000 وات بسیار بالاتر از دستگاه های برش پلاسما است که قادر به برش مواد ضخیم مانند ورق فولادی هستند.

 

 

 

همچنین برش و ماشینکاری لیزری معایبی دارد. برش لیزری مستلزم مصرف انرژی بالا است. راندمان لیزر صنعتی ممکن است بین 5 تا 15 درصد باشد. مصرف انرژی و کارایی هر لیزر خاص بسته به توان خروجی و پارامترهای عملیاتی متفاوت خواهد بود. این بستگی به نوع لیزر و میزان مطابقت لیزر با کار در دست دارد. مقدار توان برش لیزری مورد نیاز برای یک کار خاص به نوع ماده، ضخامت، فرآیند (واکنش/بی اثر) مورد استفاده و نرخ برش مورد نظر بستگی دارد. حداکثر نرخ تولید در برش و ماشینکاری لیزری توسط تعدادی از عوامل از جمله قدرت لیزر، نوع فرآیند (اعم از واکنشی یا بی اثر)، خواص مواد و ضخامت محدود می شود.

 

 

 

In LASER ABLATION ما مواد را با تابش پرتو لیزر از سطح جامد حذف می کنیم. در شار لیزر کم، ماده توسط انرژی جذب شده لیزر گرم شده و تبخیر یا تصعید می شود. در شار لیزر بالا، مواد به طور معمول به پلاسما تبدیل می‌شوند. لیزرهای پرقدرت یک نقطه بزرگ را با یک پالس تمیز می کنند. لیزرهای کم توان از پالس های کوچک زیادی استفاده می کنند که ممکن است در سراسر یک منطقه اسکن شوند. در فرسایش لیزر، اگر شدت لیزر به اندازه کافی زیاد باشد، مواد را با لیزر پالسی یا با پرتو لیزر موج پیوسته حذف می کنیم. لیزرهای پالسی می توانند سوراخ های بسیار کوچک و عمیقی را در مواد بسیار سخت ایجاد کنند. پالس های لیزری بسیار کوتاه مواد را به قدری سریع حذف می کنند که مواد اطراف گرمای بسیار کمی را جذب می کنند، بنابراین حفاری لیزری را می توان بر روی مواد ظریف یا حساس به حرارت انجام داد. انرژی لیزر را می توان به طور انتخابی توسط پوشش ها جذب کرد، بنابراین لیزرهای پالسی CO2 و Nd:YAG را می توان برای تمیز کردن سطوح، حذف رنگ و پوشش، یا آماده سازی سطوح برای رنگ آمیزی بدون آسیب رساندن به سطح زیرین استفاده کرد.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. این دو تکنیک در واقع پرکاربردترین کاربردها هستند. هیچ جوهر استفاده نمی شود، و همچنین شامل قطعات ابزاری نیست که با سطح حکاکی شده تماس می گیرند و فرسوده می شوند، که در روش های سنتی حکاکی و علامت گذاری مکانیکی صدق می کند. مواد ویژه طراحی شده برای حکاکی و علامت گذاری لیزری شامل پلیمرهای حساس به لیزر و آلیاژهای فلزی جدید ویژه است. اگرچه تجهیزات علامت گذاری و حکاکی لیزری در مقایسه با جایگزین هایی مانند پانچ، پین، استایل، مهرهای حکاکی و غیره نسبتاً گران تر هستند، اما به دلیل دقت، تکرارپذیری، انعطاف پذیری، سهولت اتوماسیون و کاربرد آنلاین محبوبیت بیشتری پیدا کرده اند. در طیف گسترده ای از محیط های تولیدی.

 

 

 

در نهایت، ما از پرتوهای لیزر برای چندین عملیات ساخت دیگر استفاده می کنیم:

 

- جوشکاری با لیزر

 

- لیزر عملیات حرارتی: عملیات حرارتی در مقیاس کوچک فلزات و سرامیک ها برای اصلاح خواص مکانیکی و تریبولوژیکی سطح آنها.

 

- لیزر درمان سطحی / اصلاح: لیزرها برای تمیز کردن سطوح، معرفی گروه های عملکردی، اصلاح سطوح در تلاش برای بهبود چسبندگی قبل از رسوب پوشش یا فرآیندهای اتصال استفاده می شوند.