القطع بالليزر مقابل القطع بالبلازما

في برامج التصنيع، تُستخدم الحرارة في قطع المعادن باستخدام القطع بالليزر والقطع بالبلازما. لذا، فإن اختيار الطريقة المناسبة هو مسألة تحتاج إلى تحليل. لكلٍّ من طريقتي القطع الحراريتين هاتين نوع العمل المناسب لها. يعتمد اختيار الطريقة الأنسب لك على ميزانيتك ونوع المادة المراد قطعها. كما أن متطلباتك لدقة القطع والسرعة المطلوبة لإنجاز العمل ستؤثر أيضًا على اختيارك.

سنناقش في هذه المقالة إيجابيات وسلبيات القطع بالبلازما والليزر. بمقارنتها، ستتمكن من اتخاذ القرار المناسب لك.

ما هو القطع بالليزر؟

القطع بالليزر هو طريقة لقطع صفيحة من المواد دون لمسها. يُذيب شعاع ليزر مُركّز المادة بدقة ويُبخّرها لقطع أشكال معقدة. وفي عام ١٩٦٤، استخدمت شركة صناعية لأول مرة قاطعة ليزر لصنع القوالب.

بمرور الوقت، أصبحت أدوات القطع بالليزر أفضل وأفضل. يمكن لشركة Yonglihao Machinery أن توفر للعملاء منتجات عالية الجودة خدمات القطع بالليزربفضل التفاوتات المنخفضة التي تصل إلى ±0.003 مم، يمكن لقواطع الليزر CNC التحكم بدقة في حركة رأس الليزر من خلال أكواد G وM.

كيف تعمل عملية القطع بالليزر؟

تتم عملية القطع بالليزر بواسطة نظام ليزر معقد يحتوي على العديد من المكونات. تشمل وظائف هذه المكونات تصنيع الليزر وتوجيه الشعاع على طول مسار قطع محدد.

الخطوة الأولى في العملية هي إنتاج الليزر. يُسرّع مصدر ضوء كهربائي (شرارة) ذرات وسط الليزر (مثل ثاني أكسيد الكربون أو الألياف البصرية). نتيجةً لهذا التأثير، يُنتَج شعاع ضوء شديد التركيز، يُكثَّف بعد ذلك بواسطة المرايا ويُرسَل إلى منطقة القطع. ثم تُجمِّع مجموعة من عدسات التركيز الضوء في نقطة ساطعة. تزداد كثافة الطاقة بمروره عبر الفوهة.

بالإضافة إلى ذلك، يسمح شعلة القطع بالليزر أو رأس التركيز لرأس الفوهة بالتحرك على مسار محدد يتم التحكم فيه بواسطة برنامج CNC. عندما يُسخّن الليزر المُركّز مساحة صغيرة، يُذيب المادة. ثم يُنفث تيار من الغاز المادة المنصهرة بعيدًا.

أنواع آلات القطع بالليزر

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من آلات القطع بالليزر المستخدمة في الإنتاج. سُميت هذه الأنواع باسم الوسط المستخدم في توليد شعاع الليزر: ثاني أكسيد الكربون، والألياف الضوئية، وبلورات Nd:YAG. تتميز هذه الوسائط بأطوال موجية مختلفة، وهي 10.6 ميكرومتر، و1.06 ميكرومتر، و1.06 ميكرومتر على التوالي. يؤثر اختلاف الأطوال الموجية على تأثير الليزر على المواد المختلفة. على سبيل المثال، تمتص بعض المواد أطوالًا موجية محددة بشكل أفضل من غيرها.

• قاطع ليزر ثاني أكسيد الكربونيستخدم خليطًا من غاز ثاني أكسيد الكربون لإنتاج شعاع ليزر مُركّز. وهو الأنسب لقطع الصفائح غير المعدنية، مثل البلاستيك والخشب.
• آلة قطع الألياف بالليزر:يتم تضخيم الضوء عبر ألياف بصرية لإنتاج ليزر. وهو الأنسب لقطع الصفائح المعدنية.
• Nd: YAG:يتكون وسط الليزر لهذا النوع من الليزر من بلورات YAG المشبعة بالنيوديميوم.

ما هو القطع بالبلازما؟

تُعرف عملية قطع الصفائح المعدنية في تيار من الغاز المتأين الساخن باسم القطع بالبلازما. تُولّد شرارة كهربائية كمية كبيرة من الحرارة في غاز مضغوط (مثل الهواء أو الهيدروجين أو الأرجون)، مما يدفع الذرات إلى الحركة. ثم تستمر الجزيئات في التصادم ببعضها البعض، مما يُفصلها عن الغاز. تُعرف هذه العملية بالبلازما، ويمكن أن تصل درجات الحرارة في هذه العملية إلى أكثر من 20,000 درجة مئوية.

في المعدات الصناعية، تقطع ماكينات القطع بالبلازما CNC المواد بدقة من خلال التحكم في تدفق البلازما. تستطيع قاطعة البلازما قطع معادن أكثر سمكًا بكثير مقارنةً بقاطعة الليزر، بل يمكنها قطع معادن يصل سمكها إلى 1.5 بوصة.

كيف تعمل عملية القطع بالبلازما؟

يُعدّ شعلة البلازما أهمّ المعدات في هذه العملية. ويتكوّن من عدة أجزاء، منها قطب كهربائي، ومصدر غاز، وفوهة، وغاز واقي. يُنشئ القطب الكهربائي قوسًا كهربائيًا في غاز مضغوط، كالهواء أو غاز خامل. ثم تُوجّه الفوهة نفث البلازما نحو الهدف.

عندما تصطدم نفثة البلازما بسطح العمل، تُسخّن المنطقة وتُذيب المادة. وفي الوقت نفسه، تُزيل هذه النفثة عالية السرعة المادة السائلة من القطع.

أنواع آلات القطع بالبلازما

يمكن تجهيز ماكينات القطع بالبلازما بأنواع مختلفة من رؤوس القطع لقطع المواد على الطاولة. تشمل الأنواع الشائعة قواطع البلازما الهوائية، وقواطع الأكسجين، وقواطع البلازما عالية الدقة، وقواطع البلازما CNC.

• قاطع البلازما الهوائييستخدم هذا النوع من القواطع الهواء كوسيط ليزر. وهو الأنسب لقطع الأجزاء الصغيرة أو كميات صغيرة من الأجزاء.
• قاطع بلازما الأكسجين:البلازما المتكونة عندما يتم تأين جزيئات الأكسجين تكون أكثر دقة وتعقيدًا من القطع الهوائي.
• آلة قطع البلازما CNCيمكن التحكم في مسار القطع بواسطة جهاز كمبيوتر، مما يضمن دقة القطع وتناسقه. تستخدم معظم الشركات قاطع البلازما الآلي هذا، لأنه يؤدي المهمة بكفاءة عالية.

الفرق بين القطع بالليزر والبلازما

عند مقارنة القطع بالليزر والبلازما، تتمحور النقاشات الرئيسية حول مصدر الطاقة، ونوع المادة القابلة للقطع، والسرعة، والسمك، والتكلفة.

دقة وضبط القطع

من أهم الفروقات بين القطع بالليزر والقطع بالبلازما دقة القطع. فشعاع الليزر أكثر تركيزًا من تيار البلازما، ما يسمح بتحديد مواقع الأجسام بدقة في المساحات الضيقة. كما يمكنه قطع منحنيات ناعمة وموحدة بتفاوتات صغيرة وأسطح قطع خالية من النتوءات. أما القطع بالبلازما، فهو أقل دقة وله شق أكبر. في القطع بالليزر، يمكن أن تصل التفاوتات إلى ±0.030 مم، بينما في القطع بالبلازما، يمكن أن تصل إلى ±0.1 مم فقط.

السرعة والكفاءة

تعتمد سرعة قطع قاطع البلازما أو الليزر على سُمك المادة. يكون قاطع الليزر أسرع بمرتين تقريبًا من قاطع البلازما عند قطع ألواح يقل سُمكها عن 1.25 مم. ومع ذلك، تتفوق قاطعات البلازما عند قطع ألواح أكثر سُمكًا.

بالإضافة إلى ذلك، تختلف سرعات القطع باختلاف مصدر الطاقة والمادة المراد قطعها. على سبيل المثال، يمكن لجهاز ليزر بقوة 200 واط قطع الفولاذ الصلب بسمك 3 ملم بسرعات تصل إلى 10 أمتار في الدقيقة. من ناحية أخرى، تستهلك قواطع الليزر طاقة أقل من قواطع البلازما، وهذه ميزة أخرى لها.

المواد التي يمكن قطعها

يستطيع نظام الليزر قطع مجموعة واسعة من المواد، مثل الفولاذ والألمنيوم والنحاس والأكريليك والبلاستيك الصلب بالحرارة والمطاط والخشب. في المقابل، لا يُستخدم القطع بالبلازما إلا للمعادن الموصلة، وذلك لأن قوس البلازما يتطلب دائرة كهربائية للتحرك. تكتمل الدائرة عندما تعمل المادة الموصلة كأرضية.

على الرغم من إمكانية استخدام الليزر على مواد مختلفة، إلا أن بعض هذه المواد تُشكل مخاطر تشغيلية وبيئية. على سبيل المثال، قد يُصدر كلوريد البوليفينيل (PVC) أبخرة ضارة. إضافةً إلى ذلك، قد يؤثر نوع الليزر المُستخدم على توافق المواد.

تشطيب السطح

تتميز الأسطح المعدنية المقطوعة بالليزر بأنها ناعمة وخالية من النتوءات، وذات حواف حادة ونظيفة. وينطبق هذا حتى على القطع الضيقة والتصاميم المعقدة. ونتيجةً لذلك، لا تتطلب عملية المعالجة اللاحقة أي معالجة، أو تتطلب معالجة قليلة جدًا. من ناحية أخرى، يُنتج القطع بالبلازما خبثًا وحوافًا أكثر خشونة، ما يتطلب الطحن والنفخ الرملي ومعالجات لاحقة أخرى.

بالإضافة إلى ذلك، يؤثر نوع المادة وسمكها ونوع الليزر على قيمة الخشونة (Ra)، والتي تتراوح عادةً بين 0.8 و6 ميكرون. في بعض الحالات، قد يوفر القطع بالبلازما تشطيبًا سطحيًا أفضل من القطع بالليزر الليفي.

التكاليف ونفقات التشغيل

تتميز ماكينات قطع البلازما CNC بانخفاض تكاليف تركيبها، حيث تتراوح تكلفتها بين 10,000 و100,000 دولار أمريكي. في المقابل، تتميز ماكينة القطع بالليزر بتعقيد تركيبها وتجهيزها المتطور، كما أنها باهظة الثمن. تتراوح تكلفتها عادةً بين 50,000 و500,000 دولار أمريكي. ونتيجة لذلك، فإن تكلفة تشغيل ماكينات القطع بالليزر أعلى بقليل من تكلفة تشغيل ماكينات القطع بالبلازما.

من المهم ملاحظة أن تكلفة القطع بالليزر أو البلازما تعتمد على تعقيد التصميم، والدقة المطلوبة، ودرجة المنافسة في السوق. في الصين، تكلفة القطع بالليزر تبلغ تكلفة القطع بالليزر 15-20 دولارًا أمريكيًا في الساعة، وهي أقل بكثير من التكلفة في الولايات المتحدة وأوروبا. يمكن لشركة Yonglihao Machinery أن تقدم لك خدمات القطع بالليزر عالية الجودة بتكلفة أقل.

سمك القطع

إذا قارنّا سُمك القطع بالليزر والقطع بالبلازما، نجد أن القطع بالبلازما فعالٌ جدًا للمواد السميكة. أما القطع بالليزر، فيقتصر سُمكه على 25 ملم. ويعتمد السُمك أيضًا على المادة المراد قطعها.

التطبيقات

يُعرف القطع بالبلازما بسرعته وكثافته في الصناعات الثقيلة مثل بناء السفن والإنشاءات. ومن الأمثلة على ذلك العوارض الهيكلية، والأجزاء البحرية، والآلات الزراعية، ومكونات النفط والغاز. أما القطع بالليزر، فيُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب الدقة، مثل المجوهرات، والإلكترونيات، والفضاء، والسيارات.

مزايا وعيوب القطع بالليزر

وفيما يلي أهمها مزايا وعيوب القطع بالليزر.

مزايا القطع بالليزر

• الأتمتة والدقة:تتميز ليزرات CNC بالقدرة على معالجة أنماط دقيقة ذات تصاميم معقدة مع الحفاظ على تفاوتات دقيقة للغاية. ويتحقق ذلك بفضل التحكم الرقمي في الاتجاه الصحيح عبر أكواد G وM.
• قطع نظيف وخالٍ من النتوءات:يقوم الليزر بقطع الجوانب والحواف بشكل نظيف وحاد.
• تنوع المواد:يقطع المعادن والبلاستيك والأقمشة والمركبات والعديد من المواد الأخرى.
• السرعة والكفاءةلا حاجة لإعادة ضبط الأدوات أو تعديلها لتغيير التصميم. كما أن القطع بالليزر يُنتج هدرًا أقل للمواد، ويستهلك طاقة أقل، وهو أسرع.
• لا يوجد تصلب لقطعة العمل:يؤدي القطع بدون قص إلى التخلص من خطر تصلب قطعة العمل بالقرب من منطقة القطع.

عيوب القطع بالليزر

• حدود السُمك:بغض النظر عن مدى قوة قاطع الليزر، فإنه لا يستطيع قطع ألواح يزيد سمكها عن 25 أو 30 ملم.
• تحدي المعادن العاكسةالمواد التي تعكس الضوء، مثل النحاس والبرونز والفضة، يصعب قطعها، لأن شعاع الضوء لا يصل إلا إلى جزء من سطحها.
• تكاليف عاليةتكاليف تركيب وتشغيل الآلة أعلى من تكاليف طرق القطع الأخرى. هذا يعني أن هذه الطريقة قد لا تكون مناسبة للمنتجات التي لا تتطلب سطحًا أملسًا جدًا أو دقة عالية.

مزايا وعيوب القطع بالبلازما

وفيما يلي أهم مزايا وعيوب القطع بالبلازما:

مزايا القطع بالبلازما

• قطع المواد الأكثر سمكًا:تتمكن مصابيح البلازما الموجهة باستخدام الحاسب الآلي من قطع المواد الأكثر سمكًا بشكل أسرع وأكثر كفاءة، حيث يصل سمك بعض المواد إلى 150 ملم.
• ميزة التكلفة:قطع البلازما هي طريقة غير مكلفة للمواد الخفيفة والثقيلة.
• السلامة التشغيليةبدلاً من آلية القطع المعتمدة على الأكسجين، يستخدم هذا الجهاز غازًا خاملًا لتشكيل نفث بلازما داخل الشعلة. وبالتالي، يوفر أقصى درجات الأمان.
• قطع المعادن العاكسة للضوء:على عكس الليزر، يعتبر القطع بالبلازما ممتازًا للمعادن العاكسة للضوء مثل الفضة.

عيوب القطع بالبلازما

• المعادن الموصلة فقط:قطع البلازما مناسب فقط للمعادن والسبائك الموصلة.
• خطر التلف الحراري:يُنتج القطع بالبلازما منطقةً كبيرةً متأثرةً بالحرارة، مما قد يُلحق الضرر بالخصائص الحرارية الأصلية لمادة قطعة العمل.
• جودة السطح رديئة:يؤدي تيار البلازما إلى إنشاء نتوءات وشظايا، مما يؤدي إلى قطع أكثر خشونة للمعدن.

كيفية اختيار طريقة القطع المناسبة لمشروعك

يعتمد اختيار قاطعة البلازما أو الليزر لمشروعك على عدة عوامل، منها على سبيل المثال صعوبة التصميم وميزانيتك. كما أن نوع المادة التي تستخدمها ومتطلباتك النهائية ستؤثر على اختيارك.

فيما يلي أربعة أشياء مهمة يجب مراعاتها عند اختيار الطريقة الصحيحة:

نوع المادة

ما شكل قطعة العمل أو اللوحة التي تقطعها؟ هل هي موصلة للكهرباء؟ إذا كانت مادة غير موصلة، فلا يمكنك اختيار سوى قاطعة ليزر. حتى لو كنت متأكدًا من استخدام قاطعة ليزر، فتأكد من توافق مادتك مع أنواع الليزر المتاحة (ثاني أكسيد الكربون، والألياف، والكريستال).

السمك والأبعاد

إذا كان تصميمك يحتوي على أجزاء أكثر سُمكًا (أكثر من 30 مم)، فاختر القطع بالبلازما. وإلا، فتحقق من سرعات القطع في كلتا التقنيتين للسمك المطلوب. من ناحية أخرى، تُناسب القطع بالليزر الأجزاء الأصغر حجمًا، لأن القطع بالليزر يُنتج مساحة أصغر تتأثر بالحرارة.

أهداف الدقة والتكلفة

كلما قلّت التفاوتات، زادت التكلفة. لذلك، حاول الحصول على أفضل دقة ممكنة بأقل تكلفة ممكنة. ثم حدد الطريقة الأنسب لميزانيتك دون فقدان الدقة والإتقان المطلوبين.

تعقيد التصميم

لا يمكن تحقيق قطع معقدة ودقيقة إلا باستخدام آلة القطع بالليزر CNC. للتصاميم التي تحتوي على خطوط دقيقة، وزوايا حادة، وأنصاف أقطار صغيرة (<1 مم)، ونقش، وما إلى ذلك، فإن آلة القطع بالليزر CNC هي الخيار الأمثل.

ملخص

على الرغم من الاختلافات العديدة بين القطع بالليزر والقطع بالبلازما، يُعدّ كلا النوعين من القطع قيّمين في مشاريع تشغيل المعادن. إضافةً إلى ذلك، يعتمد اختيار نوع القطع على المتطلبات الخاصة بكل مشروع، بما في ذلك نوع المادة، والدقة المطلوبة، والميزانية. يمكنك الاطلاع على التكلفة والنتائج المتوقعة لكل طريقة.

إذا كنت لا تزال مترددًا بشأن الخيار المناسب، فاستشر خبيرًا في هذا المجال. في Yonglihao Machinery، يمكننا تزويدك بخدمات احترافية. خدمات القطع بالليزر CNCبالإضافة إلى ذلك، سيقدم مهندسونا الاستشارات بشأن تحسين التصميم، وتحليل التكلفة، والمزايا النسبية لكل طريقة قبل الدخول في مرحلة الإنتاج.

التعليمات

ما هي طريقة القطع الأقل تكلفة؟

يُعدّ القطع بالبلازما أقل تكلفة من القطع بالليزر، وذلك لأن المعدات اللازمة لتصنيع البلازما وقطعها أبسط. ومع ذلك، إذا كانت الوظيفة أو الأداء مهمين، فإن القطع بالليزر دقيق بما يكفي لتبرير سعره.

هل يمكن لهاتين الطريقتين قطع نفس الشيء؟

يمكن لكليهما قطع المعادن الموصلة، ولكن بنطاقات وجودة مختلفة. تستطيع ماكينات القطع بالليزر قطع الفولاذ الطري، والفولاذ المقاوم للصدأ، والألمنيوم، وبعض المواد غير المعدنية. أما البلازما، فتستطيع قطع الفولاذ، والفولاذ المقاوم للصدأ، ومواد معدنية أخرى.

ما هو الحد الأقصى لسمك القطع للقطع بالليزر مقابل القطع بالبلازما؟

يبلغ الحد الأقصى لسمك القطع في قاطع الليزر 30 مم (حوالي بوصة واحدة). أما قاطعات البلازما، فيبلغ الحد الأقصى لسمك القطع فيها 50 مم (حوالي بوصتين). بالإضافة إلى ذلك، تستطيع بعض أدوات البلازما عالية الطاقة قطع ما يصل إلى 100 مليمتر أو أكثر.