قطع الصفائح المعدنية بالليزر: العملية والأنواع والنصائح

في Yonglihao Machinery، شركة رائدة شركة النماذج الأولية, نستخدم قطع الصفائح المعدنية بالليزر للأجزاء التي تتطلب هندسة دقيقة ودقة متكررة وسرعة في الإنتاج. خدمات القطع بالليزر تُستخدم عمليًا في الأقواس والأغطية والهياكل وإطارات الآلات. كما أنها مناسبة للعديد من المكونات الأخرى ذات النمط المسطح.

في هذه المقالة، سأركز على سؤال واحد: ما هو قطع الصفائح المعدنية بالليزر؟ وسأشرح أيضًا ما يجب أن تتوقعه منه. ستتعرف على أنواع الليزر الرئيسية وأنماط القطع الشائعة. كما سنغطي أهم الفوائد والقيود وبعض قواعد التصميم لتجنب تكاليف إعادة العمل.

ما هو قطع الصفائح المعدنية بالليزر؟

قطع الصفائح المعدنية بالليزر هو عملية قطع حراري تُدار بواسطة آلة تحكم رقمي بالكمبيوتر (CNC). يستخدم شعاع ليزر مُركز لصهر أو تبخير المعدن على طول مسار مُبرمج. يؤدي هذا إلى فصل شكل شبكي عن الصفائح.

في الممارسة العملية، تحصل على محيط محدد وفجوة قطع صغيرة، تُعرف باسم شق. تعتمد جودة الحافة على المادة وسمكها وغاز المساعدة وإعدادات الماكينة.

يُعدّ جزء "الصفائح المعدنية" مهمًا. تكون العملية في أفضل حالاتها عندما يكون الشكل الهندسي ثنائي الأبعاد في الغالب والمادة مسطحة. كما يُعدّ جزء "التحكم الرقمي بالكمبيوتر" أساسيًا. يتبع مسار القطع مخرجات CAD/CAM مع إمكانية تكرار عالية عبر الدفعات.

كيف تعمل عملية قطع الصفائح المعدنية بالليزر؟

يعمل القطع بالليزر بتركيز طاقة الضوء على بقعة صغيرة. هذا يجعل كثافة الطاقة المحلية عالية بما يكفي لإذابة المعدن أو تبخيره. في الوقت نفسه، تُحرّك حركة CNC تلك البقعة الساخنة على طول خط القطع. يُولّد الشعاع، ويُشكّل بواسطة البصريات، ويُركّز على حجم بقعة. يتحكم حجم البقعة هذا في كثافة الطاقة وسلوك القطع.

يُعدّ غاز المساعدة أساسيًا في الإنتاج الفعلي. فهو يُزيل المواد المنصهرة من القطع، كما يحمي البصريات ويتحكم في الأكسدة ولون الحواف. يُستخدم النيتروجين بكثرة عند الرغبة في تقليل الأكسدة. يُمكن للأكسجين تسريع عملية القطع في بعض أنواع الفولاذ، ولكنه يُغير حالة الحواف.

أثناء تحرك رأس الليزر، تُنشئ العملية جدارًا مقطوعًا. كما أنها تترك المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) بالقرب من الحافة. عادةً ما تكون المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة مقارنةً بالطرق الحرارية الأخرى. ومع ذلك، فهي موجودة وقد تؤثر على الطلاءات، والتركيبات الضيقة، والأجزاء الرقيقة التي قد تتشوه.

الأنواع الرئيسية لليزر

ليزر الألياف

ليزر الألياف هو ليزر الحالة الصلبة. يُمرر شعاعه عبر ألياف بصرية. يتميز هذا النوع من الليزر بكفاءته الكهربائية العالية وجودة شعاعه العالية. وهو غالبًا الخيار الأمثل للصلب والعديد من المعادن غير الحديدية. كما أنه يتميز بأداء جيد على: المواد العاكسة مثل الألومنيوم والنحاس والنحاس الأصفر إذا تم تصميم الآلة لهم.

عادةً ما تُنتقى الألياف عند الحاجة إلى السرعة والجودة الثابتة وتكلفة منخفضة للقطعة. تظهر محدودية إمكانياتها العملية مع بعض المقاطع السميكة. وقد تواجه صعوبة أيضًا مع الأجزاء التي تتطلب تشطيبًا خاصًا للحواف أو انحناءً منخفضًا جدًا دون خطوات إضافية.

ليزر ثاني أكسيد الكربون

يُنتج ليزر ثاني أكسيد الكربون شعاعًا تحت أحمر من تفريغ غازي. وقد شكّل هذا الليزر تقنية قطع صناعية رئيسية منذ زمن طويل، ويُستخدم على نطاق واسع في قطع المواد غير المعدنية. كما يُمكنه قطع بعض المعادن بكفاءة، وخاصةً المعادن الرقيقة، وذلك حسب قوة الآلة وتجهيزاتها.

يُعد ليزر ثاني أكسيد الكربون خيارًا جيدًا إذا كان المتجر يتعامل أيضًا مع المواد غير المعدنية. فهو يوفر منصة متطورة ومفهومة جيدًا. عادةً ما تكون الحدود الرئيسية هي: انخفاض الكفاءة وأداء أضعف على المعادن العاكسة مقارنة بالعديد من أنظمة الألياف الحديثة.

ليزر البلورات / الحالة الصلبة

تستخدم ليزرات البلورات أو الحالة الصلبة، مثل عائلة Nd:YAG، وسطًا صلبًا مُشَبَّبًا بكسب. ويمكنها توفير أطوال موجية وسلوكيات نبضية مفيدة لمهام محددة. ويمكن استخدام هذه الليزرات في القطع والوسم أو العمليات المتخصصة التي تُعطى فيها الأولوية لخصائص الشعاع.

في قطع الصفائح المعدنية، تُعدّ هذه الأنظمة أكثر توجهًا نحو التطبيقات منها إلى الأنظمة الشاملة. قد تُختار لمواد متخصصة أو لاحتياجات عمليات خاصة. ومع ذلك، فهي ليست دائمًا الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة للاستخدام العام.

ثلاثة أوضاع شائعة لقطع الليزر للصفائح المعدنية

القطع بالاندماج (النيتروجين/الأرجون)

يُصهر القطع بالانصهار المعدن. ثم يُستخدم غاز خامل، غالبًا النيتروجين، لنفخ المصهور من الشق. تُقلل هذه العملية من الأكسدة على حافة القطع. ويُفضل عادةً عند أهمية مظهر الحافة، أو التصاق الطلاء، أو جودة اللحام.

تكمن المشكلة في أن هذه الطريقة قد تتطلب تدفقًا أعلى للغاز، كما تتطلب تحكمًا أكثر دقة في العملية. بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ والعديد من أعمال الألومنيوم، يُعدّ القطع بالانصهار الخيار الأمثل عند الرغبة في الحصول على "حواف نظيفة".“

القطع التفاعلي/اللهبي (الأكسجين)

يستخدم القطع التفاعلي الأكسجين كغاز مساعد، مما يُضيف طاقة كيميائية من خلال الأكسدة. يمكن لهذا التفاعل أن يزيد من سرعة القطع على الفولاذ المناسب. ويمكن أن يكون فعالاً من حيث التكلفة عندما تكون الإنتاجية العالية هي الأولوية، وتكون الحافة المؤكسدة مقبولة.

الحد هو حالة الحافة. إذا كنت بحاجة إلى حافة لامعة ومنخفضة الأكسيد، فقد لا يكون القطع بالأكسجين هو الحل الأمثل.

قطع التسامي

يهدف القطع بالتسامي إلى تبخير المواد مع انصهار قليل جدًا. هذا يُقلل من الشوائب ويُغير من طبيعة الحافة. بالنسبة للمعادن، يُعدّ هذا أقل شيوعًا من القطع بالانصهار أو القطع التفاعلي. ويُستخدم عادةً في حالات خاصة حيث تكون جودة الحافة أهم من السرعة.

يتطلب هذا الوضع عادةً تركيزًا أكبر واستقرارًا أعلى للعملية. وهذا يجعله نهجًا "للاستخدام عند الضرورة" بدلًا من كونه خيارًا افتراضيًا للصفائح المعدنية.

الفوائد الرئيسية والحدود العملية

يُعدّ القطع بالليزر ممتازًا لإنتاج مقاطع ثنائية الأبعاد معقدة. فهو يوفر هندسة قابلة للتكرار ويُقلّل الحمل الميكانيكي على القطعة. ولذلك، يُستخدم على نطاق واسع في رسم الخطوط العريضة التفصيلية، والأقطار الضيقة، والتداخل الكثيف، مما يُحسّن استخدام الألواح.

تتعلق القيود العملية في الغالب بالفيزياء والتكلفة. وتشمل هذه السُمك، وإدارة الحرارة، ومتطلبات الحواف. لا يزال بإمكانك ملاحظة تناقص تدريجي في القطع السميكة. قد يكون هناك أيضًا تغير في اللون أو أكسدة موضعية، حسب نوع الغاز المستخدم. قد تتشوه الصفائح الرقيقة إذا تراكمت الحرارة في مساحات صغيرة.

السلامة والنظافة مهمتان أيضًا. تُنتج هذه العملية أبخرة معدنية، وأبخرة طلاء، وجسيمات دقيقة. تتطلب هذه العملية استخلاصًا سليمًا وإجراءات تشغيل منضبطة.

قراءة إضافية: مزايا وعيوب القطع بالليزر

نصائح تصميم أساسية للحصول على أجزاء مقطوعة بالليزر أفضل

تبدأ نتائج القطع بالليزر الجيدة في ملف CAD، وليس عند استخدام الآلة. يمكنك خفض التكاليف من خلال إدارة توقعات القطع، والتباعد، وتركيز الحرارة. سيساعدك هذا أيضًا على تجنب مفاجآت "لماذا لا يناسب هذا؟".

فيما يلي قائمة مرجعية عملية نستخدمها عند مراجعة الأجزاء المقطوعة بالليزر:

• خطة للشق: لا تفترض أن خط القطع له "عرض صفر". يؤثر الشق على كيفية تناسب الأجزاء مع بعضها البعض، وخاصة الفتحات والعلامات التبويبية.
• احترم الحد الأدنى من المسافة بين الشبكات: حافظ على مسافة كافية بين القطع. هذا يساعد على تجنب ارتفاع درجة الحرارة والتشوهات.
• تجنب الميزات الصغيرة في المخزون السميك: تصبح الثقوب الصغيرة والزوايا الداخلية الحادة والجسور الرقيقة غير مستقرة مع زيادة السُمك.
• إدارة الزوايا الداخلية: أضف أنصاف أقطار صغيرة كلما أمكن. هذا يقلل من تراكم الحرارة المحلية ونقاط الضغط.
• النص والنقش: حافظ على اتساع الخطوط والمسافات بينها. هذا يمنع دمج الأحرف أو اختفائها.
• تركيز الحرارة: رتّب الميزات وأضف قطعًا بارزة. هذا مفيد في الأماكن التي تُسبب فيها الأعشاش الطويلة والضيقة تراكمًا للحرارة.

خاتمة

إذا كنت تتذكر شيئًا واحدًا، فهو هذا: قطع الصفائح المعدنية بالليزر هو إزالة حرارية مُتحكم بها. يعمل كل من الشعاع، والتركيز، والغاز المُساعد، وحركة التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) معًا لتحديد الحافة التي تحصل عليها. اختر نوع الليزر ووضع القطع بناءً على احتياجاتك من المواد والحواف. ثم صمم القطعة مع مراعاة الشق، والتباعد، وسلوك الحرارة.

في Yonglihao Machinery، نرى أن "ما هو القطع بالليزر" وعدٌ بنتائج متوقعة. ويتحقق هذا الوعد عندما تتوافق العملية مع تصميم القطعة. وإن لم يحدث ذلك، فستحصل على قطعة مقطوعة. ولكن قد لا تحصل على الملاءمة أو التشطيب أو التسطيح الذي توقعته.

التعليمات

ما هي المواد التي يمكن لقطع الصفائح المعدنية بالليزر التعامل معها بشكل أفضل؟

تُقطع معظم الصفائح المعدنية الشائعة بشكل جيد. ما عليك سوى مطابقة المعلمات والغاز مع المادة. عادةً ما يكون قطع الفولاذ سهلاً. أما المعادن العاكسة، مثل الألومنيوم والنحاس، فتحتاج إلى الآلة والإعدادات المناسبة لضمان عملية قطع مستقرة.

هل القطع بالليزر يترك دائمًا حافة مثالية؟

لا. تعتمد جودة الحافة على اختيار الغاز، وسمك المادة، وضبط العملية. قد تلاحظ لون أكسيد، أو شوائب طفيفة، أو انحناءً في الحواف إذا لم يتطابق الإعداد والتوقعات.

ما هو الكيرف ولماذا يؤثر على الملاءمة؟

الشق هو عرض المادة المُزالة بالليزر. وهو يُغيّر الأبعاد النهائية للقطعة. إذا صممتَ شقوقًا أو علامات تبويب أو تركيبات ضغط محكمة دون مراعاة الشق، فقد تكون تجميعاتك فضفاضة أو ضيقة جدًا.

لماذا تتشوه الأجزاء الرقيقة أثناء القطع بالليزر؟

عادةً ما ينشأ الاعوجاج من توزيع حراري غير متساوٍ وتحرر الإجهاد المتبقي. يمكن للتداخل الكثيف، والقطع الطويلة المستمرة، والجسور الصغيرة أن تُركز الحرارة، مما قد يؤدي إلى سحب الصفيحة من مستواها المسطح.

كيف أختار بين مساعدة النيتروجين أو الأكسجين؟

اختر النيتروجين عندما ترغب في أكسدة أقل وحواف أنظف. اختر الأكسجين عندما تكون السرعة في الفولاذ المناسب مهمة والحافة المؤكسدة مقبولة. يعتمد اختيارك على احتياجات لاحقة، مثل الطلاء واللحام أو المظهر الجمالي.