تاریخچه, روند و دسته بندی دستگاه سی ان سی لیزر

یک لیزر صنعتی معمولی برای برش مواد، به یک سیستم کنترل حرکت نیاز دارد تا با توجه به طرح داده شده به سی ان سی لیزر یا جی-کد، مواد را برش دهد

پرتو لیزر بر روی ماده متمرکز می شود که در نتیجه ماده ذوب می شود، میسوزد یا تبخیر می شود. همراه با پرتوی لیزر بادی روی قطعه ی کار توسط پمپ دمنده دستگاه لیزر دمیده میشود که این عمل باعث می شود اطراف پرتوی لیزر روی قطعه کار آسیب نبیند و لبه ای با کیفیت بالا و تمیز ارائه دهد.

لیزر های برش صنعتی برای برش ورق های مسطح، مواد ساختمانی و لوله ها و... به کار می روند

 

در سال ۱۹۶۵ اولین ماشین برش لیزر برای ایجاد سوراخ در الماس استفاده شد.

دستگاه برش لیزر توسط Western Electric Engineering Research Center ساخته شد.

اوایل سال ۱۹۷۰ این تکنولوژی برای برش تیتانیوم در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار گرفت.

همزمان لیزر های Co۲ برای برش مواد غیر فلزی مانند پارچه مورد استفاده قرار می گرفت زیرا در آن زمان لیزر های Co۲ آنقدر قدرتمند نبودند که بر حرارت متساعد شده از فلزات غلبه کنند.

تولید پرتوی لیزر شامل تحریک کردن یک ماده چند جزِیی با تخلیه ی الکتریکی یا لامپ هایی درون ظروف بسته است

همزمان با تحریک مادی لیزری، پرتو تولید شده توسط آینه منعکس می شود تا زمانی که به انرژی کافی برسد و به جریان نور منسجم تک رنگی تبدیل شود.

اصولا آِینه ها یا فیبرهای نوری هدایت پرتو لیزر منسجم به یک لنز را انجام می دهند که این لنز نور را بر سطح کار میتاباند.

باریک ترین قسمت پرتوی متمرکز به طور کلی کوچک تر ۰.۰۱۲۵ اینچ دایره (۰.۳۲ میلی متر) می باشد.

برای اینکه شروع برش از قسمتی غیر از لبه امکان پذیر باشد، یک سوراخ قبل از هر برش زده می شود.

معمولا سوراخ  با یک پالس لیزر توان بالا، به آرامی یک حفره در ماده به وجود می آورد. برای مثال برای ورقی با ضخامت ۰.۵ اینچ و جنس استیل ۵ تا ۱۵ ثانیه زمان لازم است.

غالبا پرتوهای موازی نور منسجم که از منبع لیزر متساعد می شوند بین ۰.۰۶ نت ۰.۰۸ اینچ دایره (۱.۵-۲.۰ میلی متر) هستند.

برای تولید پرتوی بسیار قوی معمولا اشعه لیزر توسط یک لنز یا یک آینه به یک نقطه بسیار کوچک با اندازه حدودا ۰.۰۰۱ اینچ (۰.۰۲۵ میلی متر) متمرکز و تشدید می شود

برای بدست آوردن بهترین پرداخت هنگام برش گرد باید مسیر قطبش پرتو را جوری چرخاند که به دور پیرامون قطعه کار منحنی تابیده شود.

برای برش ورق فلزی، فاصله ی کانونی معمولا بین ۱.۵ تا ۳ اینچ (۳۸ تا ۷۶میلی متر) است.

مزایای برش لیزر بر برش مکانیکی نگه داشتن راحت تر قطعه و کاهش آلودگی قطعه کار است. (از آنجایی که هیچ لبه برشی وجود ندارد که توسط ماده آلوده شود یا ماده را آلوده کند)

دقت کنید، پرتوی لیزر هنگام کار پوشیده نشود

از آنجایی که سیستم لیزر هنگام کار میزان کمی حرارت تولید می کند، امکان درصد پایین تاب خوردن ماده هنگام برش وجود دارد

برش بعضی مواد هم بسیار سخت یا غیر ممکن می باشد.

برش لیزر مزایایی نظیر دقت بالا تر و استفاده از انرژی کمتر هنگام برش فلزات نسبت به برش پلاسما نیز دارند. به هر حال اکثر لیزرهای صنعتی توانایی برش قطعات فلزی با ضخامت بیشتری که برش پلاسما قادر به انجام آن هستند را دارا نیستند

دستگاه لیزرهای جدید با توان بالا (۶۰۰۰ وات که در تضاد با دستگاه لیزرهای اولیه با توان ۱۵۰۰ وات اند)  در برش زدن مواد با ضخامت بالا عملکردی نزدیک به دستگاه های پلاسما را دارا هستند. اما قیمت این دسته از دستگاه های لیزر بسیار بالاتر از دستگاه های پلاسمایی است که قادر به برش موادی با ضخامت بالا مانند ورق فولاد هستند.

سه دسته ی اصلی دستگاه لیزر در صنعت برش لیزر وجود دارد

لیزر Co۲ مناسب برش، سوراخ کردن و حکاکی می باشد

لیزر نئودیمیومو ((Nd و نئودیمیم ایتریم آلومینیوم گارنت (Nd-Yag) مناسب کارهای دیگری هستند.

لیزر Nd مناسب سوراخ کردن و مواقعی است که انرژی زیاد و تکرار کمی در کار نیاز است.

لیزر Nd-Yag مناسب مواقعی است که توان بسیار پایینی برای سوراخ کردن یا حکاکی نیاز است.

لیز Co۲، لیزر Nd و لیزر Nd-Yag همگی قابلیت استفاده در جوشکاری را دارا می باشند.

انواع رایج دستگاه های لیزر Co۲ مجهز به جریان محور پر سرعت، جریان محور کم سرعت، جریان عرضی و تخته سنگ می باشند.

لیزرهای Co۲ عموما با پمپ کردن یک سیال میان مخلوط گاز (Dc-Exited) یا با استفاده از انرژی فرکانس رادیویی (RF-Excited) کار می کنند.

روش لیزر RF جدیدتر و محبوب تر از روش دیگر است.

طراحی تیوب لیزر شیشه ای (DC) نیازمند وجود الکترودهایی در طرفین تیوب لیزر می باشد و به مرور زمان مواد آبکاری شیشه و اپتیک های این الکترود ها فرسایش و خوردگی پیدا می کنند.

از آنجایی که رزوناتور (تشدید کننده) های تیوب RF دارای الکترودهای خارجی هستند، این دسته تیوب از این مشکل به دور هستند.

لیزر های Co۲ برای برش صنعتی بسیاری از مواد از جمله فولاد نرم، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، چوب, کاغذ، موم، پلاستیک و پارچه مورد استفاده قرار می گیرد.

لیزرهای Yag در درجه ی اول برای برش و حکاکی فلزات و سرامیک ها استفاده می شوند.

علاوه بر منبع برق، نوع جریان گاز نیز می تواند کارایی سیستم لیزر را تحت تاثیر قرار دهد

در رزوناتور جریان محور سریع، ترکیب کربن دی اکسید، هلیم و نیتروژن توسط توربین یا دمنده با سرعت بالایی به گردش در می آیند

لیزرهای جریان عرضی مخلوط گاز را با سرعت کم به گردش در می آورند, برای همین یک دمنده ی ساده برای آن ها کافی است

رزوناتور سنگ یا نفوذ خنک یک میدان گازی مشخص دارند که نیازی به فشار یا شیشه ندارند که باعث صرفه جویی در تعویض توربین و ابزار شیشه ای می شود

مولد لیزر و اپتیک های خارجی (از جمله لنز های فوکوس) نیازمند خنک کاری هستند.

با توجه به ابعاد سیستم و پیکربندی, گرمای تلف شده ممکن است به هوا یا سیستم خنک کننده منتقل شود.

عموما آب برای خنک کاری استفاده می شود. معمولا از طریق یک چیلر یا سیستم انتقال حرارت

لیزر MicroJet یک سیستم آب فشار است که پالس های لیزر به همراه آب فشار پایین به سطح کار روانه می شود.

این سیستم از آب به عنوان کابلی نوری برای انتقال پرتوی لیزر به روی سطح کار استفاده می کند

مزیت MicroJet این است که آب باعث برداشتن خرده باقی مانده ها از روی سطح کار و همچنین خنک کردن ماده تحت پردازش می شود

مزایای دیگر این سیستم نسبت به سیستم لیزر خشک،سرعت برش بالا،برش های موازی و برش های چند جهته است.

لیزر فیبری (فایبر لیزر) نوعی لیزر Solid State است که به سرعت در صنعت برش فلزات در حال رشد است.

برخلاف لیزر Co۲، تکنولوژی فایبر به جای گاز یا مایع با بهرگیری از یک

لیزر جامد (Seed Laser) پرتوی لیزری می سازد که سپس در یک فیبر شیشه ای تقویت می شود

در طول موج فقط ۱.۰۶۴ میکرومتر فایبر لیزر ها نقطه ی بسیار کوچکی می سازد (تا ۱۰۰ برابر کوچکتر در مقایسه با Co۲) که ایده آل برای برش فلزات بازتابنده است.

این یکی از مزایای اصلی لیزر فایبر نسبت به لیزر Co۲ می باشد.