برش لیزری در شمار فناوری‌های نوظهور و پرکاربردی قرار دارد که در کشورمان نیز فناوری آن به کمک شرکت‌های دانش‌بنیان توسعه یافته است. از لیزر با توان بالا استفاده می‌کند که از طریق فناوری اپتیک و ابزار دقیق(CNC) به کار هدایت پرتو یا مواد برنده می‌پردازد.

این فرایند از یک سیستم کنترل حرکتی دقیق و بر اساس الگویی رایانه‌ای، برش روی مواد را انجام می‌دهد. پرتوی لیزر متمرکز از طریق سوزاندن و ذوب کردن، تبخیر یا توسط یک جت گاز، برش با دقت بسیار بالا را ممکن می‌کند. این نوع برش باعث می‌شود ضمن حفظ کیفیت سطح برش خورده، سرعت کار بسیار بیش‌تر شود.

دامنه کاربرد گسترده

اما این پرتوی پرقدرت و برنده از کجا نشأت می‌گیرد؟ پرتوی لیزر با تحریک مواد پیشرفته، از طریق تخلیه الکتریکی یا لامپ‌های مخصوص ایجاد می شود. مواد لیزر با انعکاس داخلی تقویت می شوند و این افزایش قدرت تا زمانی که انرژی آن برای ایجاد برش کافی باشد، ادامه می‌یابد. این نور توسط آینه ها یا فیبر نوری که پرتو را از طریق یک لنز هدایت می کند ، در نقطه مورد نظر متمرکز می شود.

باریکترین میزان پرتوی لیزر به طور معمول کمتر از 32صدم میلی‌متر قطر دارد ، اما این میزان تا 10صدم میلی‌متر قابل افزایش است. 

در مواردی که فرایند برش لیزر لازم است از جایی غیر از لبه مواد شروع شود ، از یک فرآیند سوراخ‌کاری استفاده می شود، که به موجب آن یک لیزر پالسی با قدرت بالا در مواد سوراخ ایجاد می کند؛ به عنوان مثال حدود 5 ثانیه طول می کشد تا از فولاد ضد زنگ حدود نیم میلی‌متر برش داده شود.

انواع برش لیزری

فرآیند برش لیزری توسط مواد گوناگونی برای کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. لیزر گاز کربن دی اکسید یکی از همین روش‌ها است که برای برش، ایجاد خستگی و حکاکی روی اشیا استفاده می‌شود. همچنین نئودیمیم (Nd) و نئودیمیم ایتریوم-آلومینیوم-گارنت که از نظر سبک یکسان هستند، در کاربردهای نیازمند انرژی زیاد، فرآیندهای تکراری و حکاکی بسیار پرقدرت استفاده می‌شود. همچنین برای جوشکاری می توان از انواع لیزرها استفاده کرد.

مبنای کار لیزرهای گاز دی اکسید کربن، شامل عبور جریان الکتریکی از یک ترکیب گازی است که این روزها با پیشرفت فناوری از محبوبیت بالایی برخوردار شده‌اند. همچنین با استفاده از تکنیک جدیدتر ایجاد انرژی توسط فرکانس رادیویی کاربردهای بیش‌تری نیز یافته است.

روش فرکانس رادیویی به کمک الکترودهای بیرونی، مشکلات مربوط به فرسایش الکترود و آبکاری مواد الکترود روی ظروف شیشه ای و اپتیک را دارد و به همین دلیل از الکترود داخل حفره استفاده می‌شود.

عامل دیگری که می تواند عملکرد لیزر را متنوع کند، نوع جریان گاز است. انواع متداول لیزر گاز کربن دی اکسید از جریان محوری سریع، جریان محوری آهسته، جریان عرضی و دال‎بری استفاده می‌کند.

جریان محوری سریع از مخلوطی از دی اکسیدکربن، هلیم و نیتروژن با سرعت زیاد توسط توربین یا دمنده استفاده می کند. لیزرهای جریان عرضی از یک دمنده ساده برای گردش مخلوط گاز با سرعت کمتر استفاده می کنند.

بسته به اندازه و پیکربندی سیستم ، از روشهای مختلفی برای خنک کردن ژنراتور لیزر و اپتیک خارجی استفاده می شود. گرمای ایجاد شده و پسماند آلاینده می‌تواند مستقیماً به هوا منتقل شود ، اما معمولاً از ماده خنک کننده و فیلترهایی برای کاهش حرارت و آلودگی استفاده می شود. آب یک خنک کننده متداول است که اغلب از طریق سیستم انتقال حرارت سامانه لیزری را خنک می‌کند.

گوناگونی تکنیک لیزر

یک نمونه از کاربرد استفاده از آب در برش لیزری، سیستم میکروجت لیزر است که پرتوی لیزر پالسی را با سرعت بسیار زیاد جت آب پیوند می‌دهد تا پرتو را به همان شیوه فیبر نوری هدایت کند.

 آب همچنین مزیت حذف باقی مانده‌ها و خنک سازی مواد را به همراه دارد، در حالی که از دیگر مزایای آن نسبت به برش لیزری خشک، می توان به سرعت بالای کار، انجام برش چند جهته و برش موادی که امکان سوختن دارند اشاره کرد.

فناوری لیزر الیافی، نوع تازه‌ای از برش لیزری به شمار می‌رود که در صنعت فلزات نیز محبوبیت زیادی پیدا کرده است. این فناوری به جای استفاده از مایع یا گاز، از یک ماده افزایشی جامد استفاده می کند.

در فناوری برش لیزر الیافی، لیزر در یک الیاف شیشه تقویت می شود تا اندازه لکه بسیار کمتری از آنچه که با تکنیک گاز کربن دی اکسید ایجاد می‌شد، تولید کند. این دقت بالا استفاده از این روش را برای برش فلزات براق ایده آل می کند.

توسعه فناوری لیزر در ایران

در حال حاضر، ایران نیز هم‌گام با پیشرفت فناوری‌ لیزر در سایر کشورهای جهان در مسیر توسعه این فناوری قرار دارد. شرکت‌های دانش‌بنیان با تولید تجهیزات و ارائه خدمات پیشرفته برش لیزری، صنایع مختلفی مانند خودروسازی، صنایع دفاعی و تولید محصولات تجاری مانند لوازم خانگی را یاری می‌کنند.

در مسیر توسعه فناوری لیزر حمایت‌های معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری از مواد پیشرفته و تجهیزات این حوزه، گامی بوده که با ایجاد زیرساخت‌ها و حمایت‌های مادی و معنوی، زمینه را برای رونق شرکت‌های دانش‌بنیان و خلاق فراهم کرده و ایران را در مسیر پیشرفت این فناوری قرار داده است.

ساخت لیزرهای پزشکی، آموزشی و صنعتی از عمده تولیدات ایران‌ساخت این حوزه به شمار می‌رود و اکنون به کمک شرکت‌های دانش‌بنیان و فناور، توسعه یافته است.

مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری

پایان پیام/24