دنیای امروز در بسیاری از جنبهها دستخوش تحولی انقلابی شده است. صنایع با کمک نوآوری و فناوری کارآمدتر شدهاند. این پیشرفتها واقعاً غیرممکنها را ممکن ساختهاند. به همین شکل، عملیات صنعتی با بهرهگیری از فناوری برش لیزری پیشرفتهتر شدهاند. آیا تاکنون تصور کردهاید که مواد سنگین را بتوان تنها با کمک نور بهراحتی برش داد؟ خب، فناوری پیشرفتهی برش لیزری این تصور را به واقعیت تبدیل کرده است. اکنون صنایع تولیدی به لطف فناوری برش لیزری، توانمندتر و پربازدهتر شدهاند! در بحث فناوریهای برش لیزری، باید بدانید که انواع مختلفی از آنها وجود دارد. دو فناوری محبوب و پرکاربرد امروزی عبارتند از: لیزر فیبر (Fiber Laser) و لیزر CO₂. با اینکه هر دو اساساً برای برش استفاده میشوند، اما تفاوتهای قابلتوجهی میان آنها وجود دارد. پس، تفاوتهای اساسی آنها چیست؟ کدامیک برای نیازهای شما مناسبتر است؟ چند دقیقه وقت بگذارید و پاسخ این پرسشها را بیابید!
مروری بر فناوریهای لیزری
برش لیزری، روشی غیرمستقیم برای برش مواد با استفاده از پرتو نور لیزر است. امروزه این فناوری در بخشهای صنعتی به دلیل دقت بالا، انعطافپذیری، و سرعت بسیار محبوب شده است. فناوری برش لیزری انواع مختلفی دارد.
در حال حاضر، دو نوع بسیار رایج و پرکاربرد عبارتند از: سیستم لیزر CO₂ و سیستم لیزر فیبر. هرکدام مزایای خاص خود را بسته به نوع ماده و میزان دقت موردنیاز ارائه میدهند.
لیزرهای CO₂ و فیبر از فرایندی متداول به نام Ablation برای برش مواد استفاده میکنند. Ablation فرایند حذف مواد از طریق تبخیر است که باعث ایجاد برشی تمیز و صاف میشود.
علاوه بر برخی شباهتها، هر نوع لیزر کاربردهای تخصصی خود را دارد؛ بااینحال، هر دو نقش مهمی در بسیاری از حوزهها ایفا کرده و فرایند برش را برای مواد مختلف، سریعتر و قابل اعتمادتر کردهاند.
سیستم لیزر CO₂
همانطور که از نامش پیداست، لیزرهای CO₂ از طریق ترکیب گازی کار میکنند که گاز دیاکسید کربن (CO₂) عنصر غالب آن است. این لیزر از نوع گازی بوده و پرتو لیزر قدرتمندی برای برش مواد ضخیم تولید میکند.
لیزر CO₂ میتواند بهراحتی از میان مواد متنوعی همچون پلاستیک، فلزات، چوب، و منسوجات عبور کرده و آنها را برش دهد. به دلیل کاربرد گسترده و منحصربهفرد در حوزههای مختلف، میتواند گزینهای عالی باشد.
سیستم لیزر فیبر
در مقابل، لیزرهای فیبر از طریق کابل فیبر نوری کار میکنند که پرتو لیزری بسیار کارآمدی تولید میکند. این پرتو لیزری میتواند از میان مواد نازک عبور کرده و برشی دقیق، سریع و ظریف ارائه دهد.
این سیستم در مصرف انرژی صرفهجویی قابل توجهی دارد و در صنایعی مانند الکترونیک و جواهرسازی بسیار مورد توجه و قدردانی قرار گرفته است.
لیزر CO₂ در برابر لیزر فیبر: مقایسه عملکرد
بدون شک، لیزرهای CO₂ و فیبر ویژگیهای خاص خود را دارند که آنها را از یکدیگر متمایز میکند. برای درک بهتر، در ادامه جدولی از مقایسه عملکرد این دو نوع لیزر ارائه میشود:
| ویژگی | لیزر CO₂ | لیزر فیبر |
| طول موج | ۱۰٫۶ میکرومتر | ۱٫۰۶۴ میکرومتر |
| مناسب بودن برای مواد | بهترین گزینه برای مواد آلی (چوب، پلاستیک) و فلزات ضخیم | عالی برای فلزات، مواد بازتابنده و مواد نازک |
| سرعت برش | کندتر در برش مواد نازک، سریعتر در برش مواد ضخیم | سریعتر در برش مواد نازک، قابلمقایسه در مواد ضخیمتر |
| کیفیت برش | سطح نهایی صافتر در برشهای ضخیم | دقت بالاتر، مناسبتر برای برشهای نازک |
| بهرهوری انرژی | بهرهوری ۱۰ تا ۲۰ درصد | بهرهوری ۳۵ تا ۹۰ درصد |
| نگهداری | نیازمند نگهداری بیشتر (تنظیم مجدد آینهها، تعویض گاز) | نیازمند نگهداری کمتر (مصرفیهای کمتر) |
| هزینههای عملیاتی | بیشتر بهدلیل مصرف انرژی و نیاز به نگهداری | کمتر بهدلیل بهرهوری انرژی و نیاز کمتر به نگهداری |
| طول عمر | تقریباً ۲۵۰۰ تا ۵۰۰۰ ساعت | تقریباً ۲۵٬۰۰۰ ساعت |
| هزینه اولیه | معمولاً هزینهی اولیه پایینتر | سرمایهگذاری اولیه بالاتر |
| تأثیر زیستمحیطی | مصرف انرژی بیشتر | سازگارتر با محیط زیست |
دستگاهها و تجهیزات برش لیزری فیبر نوری
دستگاههای برش لیزری فیبر نوری از حرارت لیزر فیبر برای ذوب و حذف مادهی انتخابشده استفاده میکنند. این فرآیند، برشی صاف، تمیز و با دقت بالا ایجاد میکند. دستگاههای برش لیزری فیبر نوری به بخش مهمی از صنعت تبدیل شدهاند. کابل فیبر نوری، پرتوهای لیزری ایجاد میکند که برشهایی با دقت بالا و کارایی عالی را ارائه میدهند.
علاوه بر این، کابل فیبر نوری پرتو لیزریای منتقل میکند که با دقت بالا کار میکند و مصرف انرژی کمی دارد. این منبع توان نیز بسیار مقرونبهصرفه است. همچنین بهخاطر نیاز کم به نگهداری، به دوام بالای دستگاهها کمک میکند.
یک دستگاه برش لیزری فیبر نوری با کیفیت میتواند بین ۵۰٬۰۰۰ تا ۱۰۰٬۰۰۰ ساعت بهطور عملیاتی کار کند. افزون بر این، دستگاههای برش لیزری فیبر نوری میتوانند بهراحتی اشیایی با ضخامت کمتر از ۵ میلیمتر را بهطور مؤثر و دقیق برش دهند. این ویژگی آنها را برای برش مواد نازک ایدهآل میکند.
انواع مختلفی از دستگاههای برش لیزری فیبر نوری در بخشهای گوناگون و برای اهداف مختلف استفاده میشوند. همهی دستگاههای برش لیزری فیبر با دنبال کردن مراحل مشخصی کار میکنند. این مراحل عبارتاند از:
- تولید پرتو لیزری
- هدایت مؤثر نور پمپاژ از طریق کابل نوری
- تقویت نور
- تمرکز پرتو لیزر
- واکنش ماده
کاربردهای صنعتی و سازگاری با مواد
تکنولوژیهای برش لیزری CO₂ و فیبر نوری در حوزههای مربوط به خود پیشرفت چشمگیری داشتهاند. هرکدام دارای ویژگیهای منحصربهفردی هستند که دامنهی کاربرد آنها را گسترش دادهاند. در مقایسه با برخی روشهای دیگر برش، برش لیزری مزیت قابلتوجهی در بهرهوری دارد.
لیزرهای CO₂ میتوانند بهخوبی هر نوع مادهای اعم از فلزی یا غیر فلزی را برش دهند. با اینکه این لیزرها میتوانند هر مادهای را برش دهند، اما ویژهی برش مواد غیر فلزی مانند پلاستیکهای مختلف، چوب، آکریلیک، کاغذ، چرم و پارچه هستند. صنایع تولیدی مرتبط با مواد غیر فلزی از این ویژگی بهطور گسترده استفاده میکنند.
این ماشینها در صنایع مختلفی مانند بخش انرژی، صنایع دستی و هنری، صنایع نساجی، صنایع چرم، صنایع غذایی و نوشیدنی و غیره کاربرد دارند. همچنین مواد غیر آهنی مانند مس و آلومینیوم نیز با توجه به ضخامتشان میتوانند بهسرعت و بهطور مؤثر برش داده شوند.
اما دستگاههای برش لیزری فیبر نوری میتوانند با هر مادهای بهشدت و دقت کار کنند. این موضوع نشاندهندهی چندمنظوره بودن دستگاههای برش فیبر نوری است. این دستگاهها با استفاده از کابل فیبر نوری کار میکنند که میتواند پرتو انرژی بالایی تولید کند.
این پرتو پرانرژی عامل اصلی تضمین کارایی بالا، دقت و سرعت در برش فلزات است. با وجود توانایی برش هر فلزی با هر ضخامتی، لیزرهای فیبری برای برشهایی تا ضخامت ۲۰ میلیمتر بهترین عملکرد را دارند.
هر فلزی، چه آهنی چه غیرآهنی، مانند فولاد کربنی، فولاد زنگنزن، آلومینیوم، مس، تیتانیوم، برنج یا سایر فلزات بازتابنده، میتوانند بهصورت عالی توسط دستگاه برش لیزری فیبر برش داده شوند.
صنایع مختلفی بهطور گسترده از دستگاههای برش لیزری فیبر نوری استفاده میکنند، از جمله: پزشکی، تبلیغات، خودروسازی، هوافضا، جواهرسازی، تجهیزات ورزشی، لوازم آشپزخانه، نظامی، تجهیزات کشاورزی، و کارخانههای فرآوری ورق فلزی.
ملاحظات هزینهای
اکنون که با تمام ویژگیها و کاربردهای هر دو نوع دستگاه آشنا شدیم، بیایید ببینیم هزینهی اجرای، بهرهبرداری و نگهداری آنها چقدر است. برای انتخاب و ارزیابی دستگاه برش لیزری مناسب، باید به هزینههای کلی هر دو توجه داشت.
هزینهی اولیه یا راهاندازی
در میان مزایای لیزرهای فیبری و دستگاههای برش لیزری CO₂، لیزرهای فیبری دارای هزینهی اولیهی بیشتری هستند. قیمتها بر اساس ویژگیها، توان به ازای هر وات، سطح اتوماسیون و غیره متفاوتاند. هرچه نسخهی پیشرفتهتر و بهروزشدهتری انتخاب کنید، قیمت بالاتری خواهد داشت. بنابراین، میتوان گفت فرآیند پیادهسازی هزینهبر است.
در مقابل، هزینهی اولیهی دستگاههای برش لیزری CO₂ کمتر از لیزر فیبری است، اما هزینهی نگهداری آنها بهمراتب بیشتر است. این دستگاهها قطعات متحرک بیشتری نسبت به دستگاه لیزر فیبری دارند. همچنین، نیاز به تمیز کردن منظم شیشه و لنز و پر کردن گاز وجود دارد که هزینهی نگهداری دستگاه را افزایش میدهد.
هزینه نگهداری
با دستگاه لیزر فیبری، طول عمر تضمینشدهای خواهید داشت. این دستگاهها بسیار قابلاعتماد و بادوام هستند. نگهداری آنها پیچیده یا پرهزینه نیست. بنابراین، هزینهی کلی نگهداری آنها بهجز هزینهی اولیه، چندان بالا نیست. این دوام باعث صرفهجویی در انرژی و هزینه میشود.
تیوب لیزر سیستمهای CO₂ نیاز به تعویضهای مکرر دارد که تنها همین قطعه میتواند حدود ۵۰۰ دلار هزینه داشته باشد. سایر قطعات نیز ارزان نیستند.
مصرف انرژی و بازدهی
در مقایسه با دستگاههای برش لیزری CO₂، دستگاههای برش لیزری فیبری مصرف انرژی کمتری دارند و از بازدهی بالایی برخوردارند. این موضوع باعث میشود عمر مفید آنها ۱۰ برابر بیشتر از CO₂ باشد. لیزرهای فیبری بیش از ۹۰٪ بازدهی دارند که منجر به صرفهجویی قابلتوجه در هزینهها میشود، در حالیکه بازدهی CO₂ فقط حدود ۵ تا ۱۰ درصد است.
با در نظر گرفتن همهی جوانب مربوط به هر دو دستگاه، دستگاه برش لیزری فیبر نوری با وجود هزینهی اولیهی بالا، از نظر اقتصادی مقرونبهصرفهتر است.
راهاندازی و عملکرد
در فناوری برش لیزری، هر نوع دستگاه دارای ویژگیهای منحصربهفردی است که آن را از سایر انواع متمایز میسازد. این ویژگیها دامنهی کاربرد آنها را در زمینههای مختلف گسترش دادهاند. دستگاههای برش لیزری فیبر نوری و CO₂ علاوه بر تفاوتهای عملکردی، از نظر راهاندازی و نحوهی کارکرد نیز با یکدیگر متفاوتاند. در مقایسه با دستگاههای برش لیزری CO₂، دستگاههای لیزر فیبر نوری بسیار آسانتر راهاندازی میشوند.
طراحی دستگاه لیزر فیبری نسبتاً ساده است و قطعات کمتری دارد، بنابراین زمان کمتری برای راهاندازی نیاز دارد و عملکرد سریعی دارد. این موضوع باعث کاهش زمان بیکاری دستگاه و افزایش بهرهوری آن میشود. در مقابل، دستگاههای برش لیزری CO₂ دارای طراحی پیچیدهتری هستند و راهاندازی آنها زمانبرتر است. حتی پس از نصب، زمان راهاندازی و آمادهسازی عملکرد آنها بیشتر است که زمان بیکاری را افزایش میدهد.
همچنین، دستگاههای برش لیزری فیبر نوری نیاز به نگهداری کمتری دارند نسبت به دستگاههای CO₂. دستگاههای CO₂ نیاز به پر کردن منظم مخلوط گازها و دیگر فرآیندهای نگهداری دارند، در حالی که دستگاههای لیزر فیبری به چنین نگهداریهایی نیاز ندارند.
طراحی پیچیده و نحوهی اجرای دستگاه CO₂ موجب افزایش دفعات و هزینههای نگهداری منظم شده است.
در مقابل، دستگاههای لیزر فیبری طراحی سادهتری دارند و نیاز به نگهداری مداوم یا پر کردن گاز را به حداقل میرسانند. این امر همچنین مصرف انرژی را نسبت به دستگاههای CO₂ کاهش داده و موجب افزایش راندمان انرژی دستگاه میشود.
علاوه بر این، دستگاههای برش لیزری فیبر نوری، راندمان انرژی بالاتری را ارائه میدهند در حالی که توان مصرفی کمتری دارند. این ویژگی باعث ارتقاء کیفیت عملکرد دستگاههای فیبر لیزری شده است. راندمان انرژی بالا باعث شده این دستگاهها دوستدار محیطزیست و پایدارتر باشند.
همچنین، از نظر دقت و سرعت برش، لیزرهای فیبری در هر دو زمینه از CO₂ پیشی گرفتهاند. بهویژه، لیزرهای CO₂ هنگام برش فلزات نازک، لبههایی نسبتاً زبر ایجاد میکنند. در حالی که پرتو متمرکز لیزر فیبر، برشی صاف و یکدست روی مواد نازک با بالاترین سطح دقت و صحت فراهم میکند.
ترکیب دقت بالا و سرعت در لیزرهای فیبری باعث شده انجام وظایف محوله سریعتر از لیزرهای CO₂ انجام شود.
قابلیت حکاکی و نشانهگذاری
لیزرهای فیبر نوری و CO₂ قابلیت فوقالعادهای در برش، حکاکی و نشانهگذاری روی مواد مختلف دارند. هر دوی آنها میتوانند هر نوع مادهای اعم از فلزی یا غیر فلزی را برش دهند. با این حال، هر کدام در برش انواع خاصی از مواد عملکرد بهتری دارند.
در حالی که لیزر فیبری در نشانهگذاری، برش یا حکاکی روی فلزات، بهویژه فلزات بازتابنده عملکرد بهتری دارد، لیزرهای CO₂ برای نشانهگذاری، برش یا حکاکی روی مواد غیر فلزی بسیار مناسباند. موادی مانند پارچه، چوب یا مقوا تخصص لیزرهای CO₂ هستند، در حالی که فلزات براق و بازتابنده مانند فولاد، برنج، تیتانیوم و … حوزهی تخصصی لیزرهای فیبری محسوب میشوند.
