باعتباره تقنية أساسية في الصناعة التحويلية، فقد تم اعتماد القطع بالليزر على نطاق واسع في مختلف المجالات-من الصناعات الثقيلة إلى الإلكترونيات الدقيقة، ومن الإنتاج الضخم إلى التصنيع المخصص-بفضل ما يتميز به من دقة عالية وسرعة عالية وقدرات معالجة مرنة. وباعتبارها تقنية تصنيع متعددة الاستخدامات، فإن تطبيقاتها وحلول العمليات الخاصة بها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنوع المادة والدقة المطلوبة وحجم الإنتاج. وتتناول الأقسام التالية هذه الجوانب بالتفصيل.
1. تطبيقات تصنيع القطع بالليزر
يستخدم القطع بالليزر شعاع ليزر عالي الطاقة- لإذابة المواد أو حرقها أو تبخيرها على طول مسار محدد مسبقًا. يستخدم على نطاق واسع في:
أ) معالجة المعادن
قطع الصفائح المعدنية (الصلب، الألومنيوم، الفولاذ المقاوم للصدأ، التيتانيوم) لمكونات السيارات والفضاء والبناء، وتصنيع الأجزاء الدقيقة مثل الأقواس والألواح والإطارات والمبادلات الحرارية.
ب)-المواد غير المعدنية
معالجة البلاستيك والأكريليك والبولي كربونات والمواد المركبة، بالإضافة إلى الخشب والورق والجلود والمنسوجات لأغراض التصميم والتعبئة والتطبيقات الزخرفية.
ج) الإلكترونيات وأشباه الموصلات
الحفر بالليزر للحصول على ثقوب دقيقة-، ولوحات دوائر القطع، والأغشية الرقيقة، والأنماط المعقدة لأجهزة الاستشعار أو أجهزة MEMS.
د) السيارات والفضاء
قطع الأشكال الهندسية المعقدة لألواح الجسم والمكونات الداخلية وشفرات التوربينات، مما يساعد على تقليل الوزن الهيكلي دون التعرض لضغوط ميكانيكية.
2. حلول عمليات القطع بالليزر
إن القطع بالليزر ليس مجرد عملية "توجيه-و-تصوير"؛ يتم تعديل العملية بناءً على المادة والسمك وجودة الحافة المطلوبة. تشمل حلول العمليات الرئيسية ما يلي:
أ) أنواع الليزر للقطع
ليزر ثاني أكسيد الكربون
مثالية للمواد-غير المعدنية (الخشب، والأكريليك، والبلاستيك)، مع سرعات قطع معتدلة للمعادن. التطبيقات النموذجية: اللافتات، قطع المنسوجات، البلاستيك.
ليزر الألياف
كفاءة عالية في قطع المعادن (الصلب، الألومنيوم، النحاس، التيتانيوم). إنها توفر سرعة ودقة فائقتين مقارنةً بليزر ثاني أكسيد الكربون للصفائح ذات السماكة الرقيقة إلى المتوسطة-. التطبيقات: لوحات السيارات، الإلكترونيات.
ليزر Nd:YAG/Nd:YVO₄
يستخدم الليزر النبضي في التصنيع الدقيق والنقش، وهو مناسب للأجزاء الصغيرة أو المعقدة مثل المجوهرات أو المكونات الإلكترونية أو الثقوب الدقيقة.
ب) طرق القطع
قطع الانصهار
يقوم الليزر بإذابة المادة، وتقوم طائرة غازية بنفخ المادة المنصهرة بعيدًا. يشيع استخدامها في معالجة المعادن.
قطع التبخير
يتم تبخير المادة بدون تيار منصهر، وتستخدم في القطع الدقيق للمواد الحساسة.
الكتابة أو الاجتثاث
يزيل المواد السطحية دون اختراق كامل، وهو مناسب للمواد الهشة أو متعددة الطبقات-.
ثقب / الحفر
يُنتج الليزر النبضي ثقوبًا دقيقة، بما في ذلك الثقوب- الدقيقة.
ج) معلمات العملية
قوة الليزر: مطلوب طاقة أعلى للمواد السميكة.
سرعة القطع: متوازن بين جودة الحافة وكفاءة الإنتاج.
مساعدة الغاز: الأكسجين أو النيتروجين أو الهواء لتعزيز القطع أو منع الأكسدة.
موقف التركيز: التركيز الصحيح يضمن الحصول على قطع نظيفة بأقل قدر من الخبث.
جودة الشعاع: يؤثر على الدقة وعرض الشق.
د) الاندماج في الإنتاج الضخم
تتيح خطوط القطع بالليزر التي يتم التحكم فيها باستخدام الحاسب الآلي- ما يلي:
التعامل الآلي مع المواد
قطع التعشيش لتقليل النفايات
قطع دفعة من الأشكال الهندسية المعقدة دون تغيير الأداة
التكامل مع الثني أو اللحام أو التصنيع الإضافي لإنتاج الأجزاء الكاملة
يمكن لخلايا القطع بالليزر الذكية في التصنيع الحديث أن توصي تلقائيًا بمعلمات العملية بناءً على ملف تعريف الورقة وسمكها ونوع المادة. يستخدمون أنظمة الرؤية لمراقبة جودة الشق في الوقت الفعلي وتقديم تعديلات التعليقات. عند دمجها مع الثني واللحام في خطوط إنتاج مرنة، فإنها تحقق سير عمل مؤتمتًا بالكامل بدءًا من الألواح المسطحة وحتى المنتج النهائي. هذه الحلول مناسبة لإنتاج كميات كبيرة من مواد مختلفة ويتم تطبيقها عبر الصناعات بما في ذلك التصنيع الصناعي والأجهزة الطبية والسيارات والإلكترونيات والفنون.