برش لیزر فلزات، نکات مهمی که در برش لیزری فلزها باید بدانید؟

برای ساخت یک قطعه‌ی فلزی که بخش کوچکی از محصول نهایی است مسیری طولانی طی می‌شود. اول باید خود را به پامنار برسانید و تازه بعد از خرید ماده خام اولیه به سراغ برشکار و خمکار بروید. در هر مرحله باید کنترل کیفی را انجام دهید و مطمئن باشید که اندازه‌ها، اشکال، تلرانس‌ها رعایت شده باشد. هر روش برشکاری هم ممکن است برای کار شما مناسب نباشد و در محصول نهایی اثر انتخاب نادرست آن خود را نشان دهد. در این مقاله در مورد برش لیزر فلزات و مهمترین نکاتی که برای برشکاری یک قطعه‌ لازم است بدانید صحبت کرده‌ام. 

برش لیزر فلزات یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای ساخت قطعه است. هزینه‌ی کم، دقت بالا، سرعت زیاد، ضایعات کم، امکان برش اشکال خاص و کم بودن خطای اپراتور، این روش را به یکی از محبوب‌ترین راهکارها برای برش لیزر فلزات تبدیل کرده است. 

تا انتهای این متن همراه من باشید تا راهکاری به شما معرفی کنم که همه‌ی دغدغه‌های شما را از طراحی نقشه‌ی برش تا محصول نهایی رفع می‌کند.

برش لیزر فلزات چیست؟

یکی از صنعتی‌ترین کاربردهای برش لیزر، برش لیزر فلزات است. در این روش برشکاری پیشرفته، اشعه‌ی لیزر روی یک نقطه از فلز متمرکز می‌شود و پس از ایجاد حفره‌ای کوچک، طی یک فرایند حرارتی عملیات برش آغاز می‌شود. کنترل مسیر برش توسط CNC انجام می‌شود و مواد مذاب با فشار گاز از مسیر برش دور می‌شوند. این گاز که معمولا نیتروژن یا اکسیژن است نقش خنک کاری منطقه پرحرارت را هم به عهده دارد.

برشکاری با لیزر خط برشی باریک (کرف) ایجاد می‌کند و به دلیل ناچیز بودن تنش حرارتی در سطح فلز، امکان برش اشکال خاص و فیلم‌های باریک روی فلز فراهم است. اما مزایای برش لیزر فلزات به اینجا ختم نمی‌شود.

مزایای برش لیزر برای فلزات کدامند؟

مزایای لیزر، آن را به فناوری غالب برای برش فلزات تبدیل کرده است. در ادامه برخی از مزایای برش لیزر فلزات را شرح می‌دهم.

دقت و تکرارپذیری بالا

در این روش علاوه بر اینکه خطای اپراتور بسیار کم است، دقت برش هم زیاد است به طوری که تلرانس برش پلاسما در شرایط یکسان دو برابر برش لیزر است. 

ضایعات کم در برش لیزر فلزات

برشکاری با لیزر دارای حداقل ضایعات است. طراحان حرفه‌ای طوری نقشه‌ی برش را طراحی می‌کنند که از حداکثر فضای ورق فلزی یا قطعه‌ی کار استفاده شود. 

سرعت بالا برجسته ترین مزیت برش لیزر فلزات

برش لیزر سرعت بیشتری نسبت به بسیاری از روش‌های برش مثل پلاسما دارد. در جدول زیر سرعت برش بر اساس توان لیزر، ضخامت و جنس فلز را مشاهده می‌کنید. (برای برش لیزر در رنگ‌های زرد از گاز نیتروژن، و در رنگ‌های سبز از گاز اکسیژن خالص استفاده شده است.)

برش بدون تماس فیزیکی

نداشتن تماس هد دستگاه برش لیزر با فلز موجب کاهش استهلاک و افزایش عمر آن می‌شود.

حداقل تنش حرارتی

از آنجایی که حرارت لیزر در یک سطح کوچک متمرکز است و سرعت برش بالاست، تنش حرارتی در نواحی اطراف برش بسیار کم است. به همین دلیل، دفرمگی ناشی از تنش حرارتی نیز بسیار کم است. همین مزیت امکان برش انواع اشکال و فیلم‌های باریک را روی ورق فلزی فراهم می‌کند.

البته در فلزهای با ضخامت کمتر از ۰.۵ میلیمتر  و بیشتر از ۲۵ میلیمتر تنش حرارتی قابل ملاحظه است و امکان اعوجاج قطعه در اطراف ناحیه برش وجود دارد.

مقرون به صرفه

با وجود همه‌ی مزایایی که گفتم، هزینه‌ی برش لیزر فلزات بسیار مقرون به صرفه‌ است. 

برش لیزر فلز به چه صورت انجام می شود؟

دو نوع پرکاربرد لیزر برای برش لیزر فلزات، فایبر و دی‌اکسید کربن (CO2) هستند. اصول کار این دو کاملا با هم متفاوت است. لیزر CO2 ارزانتر است و لیزر فایبر  کارایی بسیار بالایی دارد. ولی اولویت انتخاب براساس جنس فلزی است که قرار است برشکاری شود.

اصول کار لیزر CO2

در شروع فرآیند برش لیزر، دستگاه لیزر یک پرتو نور ایجاد کرده و آن را از طریق آینه‌ها به سمت نازل هدایت می کند. این آینه‌ها موجب تشدید انرژی پرتوهای لیزر می‌شوند. این پرتوها در مسیر خود به یک عدسی می‌رسند که نور را متمرکز می‌کند. هد دستگاه برش دارای یک نازل است که پرتوهای متمرکز را روی سطح قطعه هدایت می‌کند. در نهایت، پرتوهای متمرکز با انرژی بالا می‌توانند فلز را ذوب کنند.

در طول فرآیند برش، یک گاز نیز منتشر می شود. اگر قطعه کار فولاد نرم باشد، اکسیژن خالص آزاد می شود تا به فرآیند سوزاندن کمک کند. در مورد فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم، سوختن در کار نیست و پرتو لیزر فقط فلز را ذوب می کند. در این موارد گاز منتشر شده نیتروژن خالص است تا فلز مذاب را از مسیر برش دور کند و آن را تمیز نگه دارد.

برای اینکه برش اتفاق بیفتد، قطعه باید انرژی تابیده شده را جذب کند ولی فلزات بخش زیادی از پرتوهای لیزر را منعکس می‌کنند. بنابراین به منظور تولید گرمای لازم برای برش به یک دستگاه لیزر قدرتمند نیاز است.

پرتوهایی که منعکس می‌شوند می توانند به دستگاه آسیب برسانند. برخی از انواع فلزات مانند آلیاژهای مس و برخی از گریدهای آلومینیوم برای لیزرهای CO2 بیش از حد منعکس کننده هستند و برای برشکاری با لیزر دی اکسید کربن مناسب نیستند.

اصول کار لیزر فایبر

لیزر فایبر که در سال ۲۰۰۸ برای اولین بار ساخته شد و به مرور توسعه پیدا کرد، امکان انتقال پرتوهای پرتوان لیزر را برای برش فلزات با بازتاب بالا فراهم کرد. اکنون برش فلزاتی مانند آلومینیوم، برنج، مس و فولاد گالوانیزه با این تکنولوژی به راحتی امکان‌پذیر شده‌است.

لیزرهای فایبر ساده‌تر و بادوام‌تر هستند. پرتوهای لیزر ابتدا توسط دیودهایی تولید شده و از طریق فیبرهای نوری هدایت و تقویت می‌شوند.

 فیبرها با عناصر کمیابی تقویت شده‌اند که موجب تقویت امواج لیزر می‌شوند. در نهایت، یک لنز نور را متمرکز می‌کند تا پرتوهای لیزر آماده‌ی برش شوند. این سیستم جدید نیازی به گاز، تنظیم مجدد آینه و گرم کردن ندارد.

مزیت بزرگ لیزر فایبر نرخ تبدیل بالای انرژی آن است. حدود ۷۵٪ از توان دریافتی به پرتو لیزر تبدیل می‌شود در حالیکه راندمان لیزر CO2 حدود ۲۰٪ است. هرچند تفاوت قابل توجه این دو فناوری عمدتاً به دلیل تلفات در تولید گرماست، به طوری که یک لیزر فایبر ۲ کیلوواتی با یک لیزر CO2 با توان بیشتر قابل مقایسه می‌باشند.

چه نکات مهمی در برش لیزر باید مورد توجه قرار گیرد؟

آیا قطعه شما برای برش لیزری مناسب است؟

این اولین و مهم‌ترین سوالی است که باید هنگام برش لیزر فلزات به آن پاسخ دهید. 

آیا قطعه‌ی فلزی شما خیلی ضخیم نیست؟ قطعات بالاتر از ۲۵ میلیمتر اغلب برای برش با لیزر به دلیل ایجاد ناهمواری در سطح، زمان برش یا دفرمگی در اثر تنش حرارتی مناسب نیستند.

آیا قطعه‌ی فلزی شما خیلی نازک نیست؟ برش دقیق مواد با ضخامت کمتر از ۰.۵ میلیمتر در دستگاه برش لیزری دشوار است. ممکن است تغییر شکل یا جابجایی قطعه اتفاق بیفتد.

کرف (Kerf)

کرف را در طراحی مدنظر داشته باشید

اصطلاحی است که برای توصیف فضای خالی مواد در برش لیزر که ناشی از ذوب شدن فلز است به کار می‌رود. تلرانس‌های طراحی‌شده در نقشه‌ی برش باید پهنای کرف را در نظر بگیرند که به جنس فلز و نوع لیزر بستگی دارد.

به طور کلی باید انتظار داشت که حداقل عرض کرف حداقل دو برابر قطر کانونی لیزر باشد. تلرانس‌ها را با در نظر داشتن این موضوع انتخاب کنید. عواملی مانند توان لیزر و سرعت برش نیز بر پهنای کرف تاثیر می گذارد.

سوراخ‌های برش لیزری

سوراخ‌ها خیلی ریز نباشند

سوراخ‌های برش لیزری به دلیل محدودیت‌های فرایندی نمی‌توانند خیلی ریز باشند. این مقدار با توجه به جنس فلز متغیر است، اما به طور کلی می‌توان گفت زمانی که قطر سوراخ کمتر از ضخامت فلز باشد اغلب باعث می‌شود که سوراخ ایجاد شده خارج از تلرانس باشد. بنابراین:

قطر سوراخ ≥ ضخامت ورق

فرایندهای پس از برش

فرایندهای پس از برش را در نظر بگیرید

رزوه‌ها را نمی‌توان در طول فرایند برش لیزر فلز ایجاد کرد، بنابراین تمام رزوه‌ها پس از اتمام برشکاری اضافه می شوند. این بدان معنی است که سوراخ‌های رزوه شده معمولا باید بزرگتر از حداقل ضخامت سوراخ مجاز توسط دستگاه برش لیزر باشند.

گوشه‌های تیز

گوشه‌های تیز هزینه‌ی شما را افزایش می‌دهند

زمان طولانی‌تر فرایند برابر با افزایش مستقیم هزینه است، بنابراین چند نکته را باید در نظر داشته باشید:

قطعه‌ای که دارای گوشه‌های تیز در طراحی است می‌تواند زمان برش را افزایش دهد. زیرا هد لیزر هنگام عبور از گوشه باید سرعت خود را کاهش دهد. این اتفاق می‌تواند گوشه‌ها را بیش از حد نیز ذوب کند. به طور کلی شعاع بزرگتر گوشه‌ها باعث افزایش سرعت برش و کیفیت قطعه می‌شود. حداقل شعاع قطعه R0.2 است، اما شعاع بیشتر از این مقدار به کاهش هزینه‌ی شما منجر خواهدشد.

قیمت برش لیزر فلزات چگونه محاسبه می شود؟

قیمت برش لیزر فلزات براساس زمان یا متراژ محاسبه می‌شود. در فبری‌نکست شما می‌توانید به صورت آنلاین  فایل برشکاری مورد نظرتان را ارسال کنید. طی ۸ الی ۲۴ ساعت هزینه برشکاری محاسبه و به شما اعلام می‌شود. 

برای برش لیزر فلزات خود با فبری‌نکست فقط به نقشه‌ی برش نیاز است، ما علاوه بر تامین ورق فلزی لازم برای ساخت قطعه‌ی شما تمام مراحل برش و خمکاری تا کنترل کیفی را انجام می‌دهیم. همین الان فرایند ساخت قطعه‌ی خود را از اینجا شروع کنید:‌ برش لیزر فبری‌نکست