القطع بالليزر الليفي: الدليل النهائي
هل تساءلت يومًا كيف يمكن لليزر أن يقطع المعدن مثل السكين الساخن في الزبدة؟ في هذه المقالة الرائعة، سنستكشف في هذه المقالة الرائعة العلم الكامن وراء تقنية القطع بالليزر الليفي....
هل تساءلت يومًا ما هي تقنية القطع بالليزر التي تسود حقًا؟ تتعمق هذه المقالة في المعركة بين ليزر الألياف وليزر ثاني أكسيد الكربون، وتستكشف نقاط القوة والضعف والعوامل التي تجعل أحدهما أفضل من الآخر. في النهاية، ستعرف أي من ماكينات القطع بالليزر يناسب احتياجاتك بشكل أفضل.
في السنوات الأخيرة فقط القطع بالليزر الليفي بدأت التكنولوجيا تُستخدم على نطاق واسع في الصناعة.
أدركت العديد من الشركات مزايا ليزر الألياف.
مع تطور تكنولوجيا القطع، فإن الألياف القطع بالليزر أصبحت واحدة من أكثر التقنيات تقدماً في هذا المجال.
في عام 2014، تفوقت ليزر الألياف على ليزر الألياف CO2 الليزر لاحتلال الحصة السوقية الأكبر من مصادر الليزر.
البلازمااللهب و القطع بالليزر تقنيات ثلاث طرق شائعة للقطع الحراري، في حين أن القطع بالليزر يمكن أن يحقق أفضل جودة للقطع، خاصة للقطع الدقيق والثقب الطمس مع نسبة القطر إلى السُمك أقل من 1:1.
لذلك، فإن تقنية القطع بالليزر هي أيضًا الخيار الأول للقطع الدقيق.
استقطب القطع بالليزر الليفي اهتمامًا كبيرًا في الصناعة لأنه يوفر سرعة القطع والجودة التي يمكن تحقيقها من خلال ثاني أكسيد الكربون2 القطع بالليزرمع تقليل تكاليف الصيانة والتشغيل بشكل كبير.
يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من القطع بالليزر ماكينات لقطع الصفائح المعدنية في الصفائح المعدنية صناعة المعالجة.
أحدهما هو ثاني أكسيد الكربون2 آلة القطع بالليزر التي تم تحويلها من ليزر صناعي منذ حوالي 25 عامًا، والأخرى هي آلة القطع بالليزر الليفي التي تم تحويلها رسمياً من ليزر صناعي منذ حوالي 10 سنوات.
من عدد ماكينات القطع بالليزر التي بيعت في سوق معدات الصفائح المعدنية في الصين في السنوات الأخيرة، فإن CO2 ماكينات القطع بالليزر 40% وماكينات القطع بالليزر الليفي 60%.
على الرغم من أن 100% من قواطع الليزر التي بيعت في السوق في عام 2007 كانت في الأساس 100% من قواطع الليزر2 قواطع الليزر، نحن نعلم أن قواطع الليزر الليزرية قد اكتسبت زخمًا في السنوات الأخيرة وتكتسب قبولاً في السوق، كما أن عدد الوحدات المباعة آخذ في التوسع تدريجيًا.
في حين أن الاتجاه الحالي للسوق يفضل قواطع ألياف الليزر الليفية، فهل قواطع ألياف الليزر الليفية هي الخيار الأفضل حقًا؟
نظرًا للخصائص الفيزيائية المختلفة ل CO2 الليزر وليزر الألياف، فإن عملية المعالجة بالليزر يختلف بين الاثنين.
وبالطبع، لكل منهما في الواقع نقاط قوته وضعفه، ولكل منهما مزايا وعيوب اعتمادًا على الكائن الذي تتم معالجته.
ثاني أكسيد الكربون2 الليزر عبارة عن شعاع غازي يتم الحصول عليه عن طريق إثارة جزيئات ثاني أكسيد الكربون، وطوله الموجي 10.6 ميكرومترفي حين أن ليزر الألياف هو الليزر الصلب التي يتم الحصول عليها عن طريق وضع مركب Yb (الإيتربيوم) البلوري كوسيط في الألياف الضوئية وتشعيع البلورات بشعاع ضوئي، وطول موجته 1.08 ميكرومتر.
تؤثر الخصائص الفيزيائية للأطوال الموجية المختلفة تأثيرًا كبيرًا على خصائص المعالجة الخاصة بالاثنين.
تم التعرف على المفهوم الأصلي لليزر الليفي لأنه كان ليزرًا يمكن أن ينتشر عبر الألياف.
والسبب في قدرته على الانتشار عبر الألياف الضوئية هو قدرته على الانتشار عبر الألياف الضوئية بدقة بسبب طوله الموجي البالغ 1.08 ميكرومتر.
تتمثل ميزة استخدام الألياف الضوئية للانتشار في العمر الطويل للمكونات الضوئية والموثوقية العالية ومتطلبات الصيانة المنخفضة.
ثاني أكسيد الكربون2 تقوم ماكينات القطع بالليزر بنقل ضوء الليزر من المذبذب إلى نقطة المعالجة بمساعدة عدسة عاكسة، بشكل عام في مسار بصري معزول عن الهواء الخارجي.
على الرغم من أن الجزء الداخلي من المسار البصري مملوء بالهواء الخالي من الغبار والأجسام الغريبة الشائعة، إلا أن سطح العاكس قد يصبح مغطى بالأوساخ حتى بعد الاستخدام المطول ويحتاج إلى التنظيف.
بالإضافة إلى ذلك، سوف يتآكل العاكس نفسه من امتصاص كميات صغيرة من طاقة الليزر وسيحتاج إلى استبداله.
لنقل الليزر من المذبذب إلى نقطة المعالجة، يتم استخدام عاكسات متعددة لضبط زاوية انعكاس الليزر.
لذلك، يتطلب الحفاظ على العمليات السليمة قدراً معيناً من المهارات الفنية والإدارة.
ومع ذلك، مع قواطع الليزر الليفية، ينتقل الليزر عبر ليف واحد من المذبذب إلى نقطة المعالجة. وتسمى هذه الألياف عادةً ألياف توجيه الضوء.
نظرًا لعدم الحاجة إلى أي مكونات بصرية مثل العواكس الضوئية، وينتقل الليزر في ألياف موجهة للضوء معزولة عن الهواء الخارجي، فإن الليزر غير مرئي تقريبًا.
ومع ذلك، بالمعنى الدقيق للكلمة، ينتقل الليزر بشكل متكرر في محيط الألياف الضوئية، وبالتالي فإن الألياف الضوئية نفسها مستنفدة إلى حد ما. ومع ذلك، فإنها تدوم عدة مرات أطول مقارنة بالعاكسات المستخدمة في CO2 قواطع الليزر
وبالإضافة إلى ذلك، إذا كان مسار الإرسال أعلى من الحد الأدنى لانحناء الألياف الموجهة، يمكن تحديد المسار بحرية، مما يسهل ضبطه وصيانته.
ويختلف الاثنان أيضًا في عملية توليد الليزر (بناء مذبذب الليزر).
أ- CO2 يولِّد مذبذب الليزر ليزرًا عن طريق وضع غاز ممزوج بغاز CO2 في حيز التفريغ. لضمان الأداء السليم لطول الرنين المشتق من طاقة خرج الليزر، يتم وضع المكونات البصرية داخل المذبذب، والتي تحتاج إلى تنظيفها واستبدالها بشكل دوري.
في المقابل، تولد مذبذبات ليزر الألياف الليزرية الليزر داخل الألياف وتكون معزولة عن الهواء الخارجي بدون مكونات بصرية. لذلك، هناك حاجة قليلة للصيانة الدورية. يتم تعيين دورة الصيانة للتنظيف عند 4000 ساعة تقريبًا لـ CO2 مذبذبات الليزر وحوالي 20,000 ساعة لمذبذبات ليزر الألياف.
تجعل المزايا المذكورة أعلاه قواطع ألياف الليزر أكثر متانة وأسهل في الصيانة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكننا المقارنة بينهما من حيث تكاليف التشغيل مثل استهلاك الطاقة.
ثاني أكسيد الكربون2 تتمتع مذبذبات الليزر بمعدل تحويل كهروضوئي يبلغ حوالي 10-15%، في حين أن مذبذبات الليزر الليفي لديها معدل تحويل يبلغ حوالي 35-40%. وينتج عن معدل التحويل الكهروضوئي العالي هذا لقواطع ألياف الليزر الليزرية انخفاض استهلاك الطاقة لأجهزة التبريد مثل المبردات، حيث يتم تحويل طاقة كهربائية أقل إلى تبديد الحرارة.
على الرغم من أن مذبذب قاطع ألياف الليزر يتطلب إدارة أكثر دقة لدرجة حرارة التبريد من CO2 مذبذب، حوالي 1/2 إلى 2/3 من سعة التبريد ل CO2 مذبذب ليزر كافٍ لقاطع ألياف الليزر بنفس طاقة خرج الليزر.
ولذلك، يمكن تشغيل آلة القطع بالليزر الليفي بحوالي ثلث استهلاك الطاقة الذي تستهلكه آلة القطع بالليزر الليفي2 ماكينة قطع بالليزر. وهذا يجعلها ماكينة قطع بالليزر عالية الكفاءة في استهلاك الطاقة.
سرعة القطع
يوجد فرق كبير بين ثاني أكسيد الكربون2 والليزر الليزري وليزر الألياف في معالجتها، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاختلاف في الأطوال الموجية لكل منهما.
مقارنة سرعة المعالجة بين ثاني أكسيد الكربون2 آلة القطع بالليزر وآلة القطع بليزر الألياف عند معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ.
يتمتع كلا الليزرين بإخراج 4 كيلو وات.
يمكن ملاحظة أن ماكينة القطع بليزر الألياف قادرة على المعالجة بسرعة 2 إلى 3 أضعاف سرعة القطع التي تقوم بها ماكينة القطع بالليزر CO2 ماكينة القطع بالليزر في مجال سمك الصفيحة 4.0 مم أو أقل.
لماذا يوجد هذا الاختلاف الكبير في سرعة المعالجة، حتى مع وجود نفس طاقة الخرج؟
أولاً، يمكن أن يُعزى الاختلاف إلى الاختلافات الكبيرة في معدل امتصاص طاقة الليزر في المواد المعدنية.
نظرًا لتباين الخواص الفيزيائية للمادة، يختلف امتصاص الطاقة الضوئية عند أطوال موجية مختلفة من الضوء. فعلى سبيل المثال، يبلغ معدل امتصاص الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي 121 تيرابايت في الثالثة لثاني أكسيد الكربون2 الليزر، بينما يبلغ معدل امتصاص ليزر الألياف حوالي 35%، وهو ما يزيد بنحو ثلاثة أضعاف.
ينتج عن معدل الامتصاص المرتفع هذا وقت قصير جدًا لليزر لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية وإذابة مادة معدنية بعد التشعيع، مما يتيح عملية قطع سريعة للغاية.
إذا كنت ترغب في قطع زجاج الكوارتز باستخدام قاطع الليزر، يمكنك استخدام قاطع ثاني أكسيد الكربون2 قاطع ليزر، ولكن ليس قاطع ألياف الليزر.
ويرجع ذلك إلى أن زجاج الكوارتز يمتص الطول الموجي ل CO2 الليزر، ولكن ليس ليزر الألياف، الذي يخترقه.
وعلاوة على ذلك، عند قطع المواد العاكسة للغاية مثل الألومنيوم والنحاس، فإن القطع بالليزر الليفي يتميز عن قطع ثاني أكسيد الكربون2 القطع بالليزر نظرًا لمبدأ أن المواد المعدنية تمتص الطول الموجي لليزر الليفي بشكل أفضل.
عند مقارنة سرعة معالجة مواد الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن ملاحظة أن السرعتين متماثلتين بشكل أساسي بالنسبة لسماكة الصفيحة التي تزيد عن 6.0 مم.
تقنيات التقطيع
عند القطع بالليزر، من المهم التفكير في كيفية إزالة المعدن المنصهر بكفاءة أكثر من التفكير في كيفية صهر المعدن على الفور.
أثناء القطع بالليزر، يتم حقن غاز مساعد (عادة ما يكون النيتروجين أو الأكسجين أو ما إلى ذلك) في نقطة المعالجة أثناء توجيه الليزر إلى المادة لتحقيق ظروف المعالجة المثلى.
يتم استخدام غازات مساعدة مختلفة لمواد القطع المختلفة. وتتمثل الوظيفة الأساسية للغاز المساعد في عزل المعدن المنصهر من أسفل المادة.
بالنسبة للألواح السميكة، يلزم وجود غاز إضافي لتحقيق ظروف القطع المثلى من خلال عزل المعدن المصهور من أسفل الجزء السفلي من المادة، مما يزيد من سرعة المعالجة في نهاية المطاف.
ومع ذلك، من حيث مساحة المعالجة وجودة القطع، فإن CO2 تعتبر ماكينات القطع بالليزر متفوقة بشكل عام.
لقد مر ما يقرب من 30 عامًا على إدخال ثاني أكسيد الكربون2 آلات الليزر للصناعة، وقد تمت دراسة ميزاتها بدقة، مما يمكنها من معالجة مجموعة واسعة من المواد، من الصفائح الرقيقة إلى السميكة. وبالإضافة إلى ذلك، أصبحت تكنولوجيا المعالجة ناضجة للغاية بحيث يمكنها ضمان جودة معالجة معينة.
لم نقم فقط بتطوير تقنية المعالجة لقطع الأشكال المختلفة ولكن أيضًا لضمان خشونة معينة لسطح القطع.
ومع ذلك، فإن ضمان جودة القطع مع ماكينات القطع بالليزر الليفي لا يزال يمثل بعض التحديات. على وجه الخصوص، بالنسبة للمنتجات المعالجة بماكينات القطع بالليزر الليفي وسُمك اللوح أكبر من 3.0 مم، سيكون هناك بعض الجسيمات الصغيرة الملحوظة الملتصقة بأسفل سطح القطع والتي يصعب إزالتها، والمعروفة باسم الزبد. يكون سطح القطع أيضًا أكثر خشونة مقارنة بسطح القطع بالليزر CO2 آلات القطع بالليزر. تحدث هذه الظاهرة بسبب خاصية الامتصاص العالية للمواد المعدنية.
أثناء المعالجة بالليزر، ينعكس الليزر على سطح المادة، فيذوب المعدن ويسقط بعيدًا. عندما ينعكس ليزر الألياف على سطح معدني بمعدلات امتصاص عالية، يحدث امتصاص عكسي مما يؤدي إلى ذوبان المعدن على سطح القطع وينتج عنه مقطع قطع خشن بعد القطع.
قطع العينة بواسطة ثاني أكسيد الكربون2 ماكينة القطع بالليزر (فولاذ مقاوم للصدأ 20 مم)
جودة المعالجة هي أحد العناصر التي يصعب تحديدها كمياً، لذا فإن العديد من العملاء لا يولون اهتماماً كبيراً لها عند اختيار ماكينة القطع بالليزر.
ومع ذلك، ترتبط المشكلة المذكورة أعلاه مع الحثالة بجودة المعالجة.
يمكن استخدام ماكينات القطع بليزر الألياف للتحكم في التكاليف حتى عند السرعات العالية. بعد عملية القطع بالليزر، إذا كانت هناك عملية لاحقة مثل إزالة الحثالة، فإن التكلفة الإجمالية للمعالجة هي نفسها تقريبًا تكلفة معالجة ثاني أكسيد الكربون2 ماكينة القطع بالليزر.
لذلك، من الضروري إيلاء المزيد من الاهتمام لجودة معالجة قاطع الليزر.
على الرغم من أنني استخدمت مفاهيم ليزر الألياف و CO2 الليزر لإجراء المقارنة، فهل يكفي الاعتماد على ذلك فقط عند اختيار آلة القطع بالليزر؟
المقارنة بين الألياف البصرية و CO2 تشير إلى المذبذبات المكونة لماكينة القطع بالليزر. في نظام التركيب لآلة القطع بالليزر، هناك أيضًا محاور محرك X، Y، Z. كما أن أداء حركة محاور القيادة هذه والتحكم فيها من العوامل المهمة أيضًا.
يمكن لماكينات القطع بالليزر معالجة الأشكال المعقدةمثل الثقوب ذات الأشكال الفردية والأوتاد والنتوءات، بالإضافة إلى الثقوب المستديرة والمربعة والمستطيلة.
لذلك، وبغض النظر عن مدى سرعة التشغيل الآلي، إذا كان الأداء الحركي لمحور الدفع XY، الذي يحدد الشكل المراد تشكيله، منخفضًا، فمن المستحيل تقصير وقت القطع.
إذا كانت سرعة المعالجة 40 م/دقيقة بماكينة ليزر الألياف و20 م/دقيقة بماكينة CO2 آلة القطع بالليزر، فإن وقت المعالجة لماكينة القطع بالليزر الليفي لن يكون بالضرورة أسرع مرتين من آلة القطع بالليزر الليفي CO2 ماكينة القطع بالليزر، وزمن معالجة CO2 لن تكون ماكينة القطع بالليزر بالضرورة بنصف السرعة عند معالجة شكل معين، خاصةً إذا كان شكل الماكينة معقدًا وعدد الثقوب مرتفعًا.
من أجل إظهار الفرق في سرعة المعالجة بوضوح، من الضروري تحسين الأداء الحركي لعمود المحرك، وخاصةً القدرة على التسارع والتباطؤ أثناء معالجة القطع.
مع أداء التسارع والتباطؤ العالي، يلزم وجود إطار قوي وصلب للغاية لتحمل الأداء الحركي. من أجل الحفاظ على دقة معالجة المنتج، من الضروري وجود هيكل داخلي يمكنه التحكم في الحركة العالية.
يتطلب تعظيم قدرة المعالجة بالليزر للمذبذب زيادة القدرة الكلية لماكينة القطع بالليزر، بما في ذلك عمود الإدارة.
نظرًا لأن مكونات القاطع الليزري الليزري الليفي بسيطة نسبيًا، فمن الممكن بناء قاطع ليزري ليفي بجودة معينة دون تكنولوجيا المعالجة بالليزر عند التفكير في تصميم وتصنيع القاطع الليزري.
بالإضافة إلى ذلك، تتوفر العديد من مكونات آلة القطع بالليزر الليفي في السوق، كما أن قدرة المعالجة للقاطع المصنوع من خلال تجميع هذه المكونات جيدة أيضًا. هذا هو أحد أسباب انتشار الشركات المصنعة التي تقوم بتصنيع وبيع قواطع ألياف الليزر مؤخرًا.
ومع ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون2 تتطلب ماكينات القطع بالليزر الكثير من تقنيات المعالجة، مثل نقل الليزر، لذلك من السهل حدوث اختلافات في الخصائص والأداء بين مصنعي ماكينات القطع بالليزر.
يجب أن تمتلك الشركة المصنعة لماكينات القطع بالليزر الحقيقية تكنولوجيا ناضجة وقدرة على تصميم وتصنيع ثاني أكسيد الكربون2 ماكينات القطع بالليزر، بالإضافة إلى تكنولوجيا المعالجة المتراكمة من إنتاج ثاني أكسيد الكربون2 آلات القطع بالليزر التي يمكن استخدامها لتصميم وتصنيع آلات القطع بالليزر الليفي.
على الرغم من صعوبة التعبير عن دقة المعالجة وجودتها عدديًا، إلا أن الخيار الأفضل هو ماكينة القطع بالليزر التي يمكنها الحفاظ باستمرار على مستوى عالٍ من الدقة والجودة، بالإضافة إلى الأداء الحركي العالي. ومع ذلك، من الضروري اتخاذ قرار عقلاني بناءً على مواد المعالجة.
إذا كانت المادة المراد معالجتها رقيقة، وحجم الإنتاج مرتفع، وتريد التحكم في تكاليف المعالجة، فإن قاطع ألياف الليزر هو الخيار الأفضل. ومع ذلك، إذا كانت السماكة أكبر من 6.0 مم مطلوبة في كثير من الحالات أو إذا كانت هناك حاجة إلى جودة معالجة معينة، فإن قاطع ألياف الليزر2 آلة القطع بالليزر أكثر ملاءمة.
يلزم إجراء عمليات متابعة منفصلة، وتكون تكلفة المعالجة الإجمالية مرتفعة للغاية عند القيام بها يدوياً. عند اختيار ماكينة القطع بالليزر، قم بإجراء تقييمات شاملة ليس فقط حول عملية الليزر ولكن أيضًا حول منتجك وتصنيعك.
توفر هذه التقنية كلاً من سرعة القطع والجودة التي يمكن أن يحققها القطع بالليزر بثاني أكسيد الكربون مع تقليل تكلفة الصيانة والتشغيل بشكل كبير.
الميزة الأكثر أهمية لتكنولوجيا قطع الألياف هي كفاءتها في استخدام الطاقة. لكل وحدة طاقة من نظام القطع بثاني أكسيد الكربون، يبلغ معدل الاستخدام العام الفعلي حوالي 8% إلى 10%. في المقابل، يمكن للمستخدم أن يتوقع كفاءة طاقة أعلى مع نظام القطع بليزر الألياف، والتي تبلغ حوالي 25% إلى 30%.
وبعبارة أخرى، يقل استهلاك الطاقة الإجمالي لنظام القطع بالألياف بحوالي 3 إلى 5 مرات عن استهلاك نظام القطع بثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة الطاقة إلى أكثر من 861 تيرابايت إلى 3 تيرابايت.
تتميز ليزر الألياف بخصائص الطول الموجي القصير الذي يزيد من امتصاص الشعاع بواسطة مواد التقطيع ويمكنه قطع مواد مثل النحاس الأصفر والنحاس والمواد غير الموصلة. ينتج شعاع أكثر تركيزًا تركيزًا أصغر وعمقًا بؤريًا أعمق، مما يتيح ليزر الألياف الضوئية لقطع المواد الرقيقة بسرعة وقطع المواد ذات السُمك المتوسط بكفاءة أكبر.
عند قطع المواد التي يصل سمكها إلى 6 مم، فإن سرعة القطع لنظام القطع بالليزر الليفي بقدرة 1.5 كيلو وات تعادل سرعة القطع بالليزر لثاني أكسيد الكربون بقدرة 3 كيلو وات. نظرًا لأن تكلفة تشغيل القطع بالليزر الليفي أقل من تكلفة أنظمة القطع بثاني أكسيد الكربون العادية، يمكن فهم ذلك على أنه زيادة في الإنتاج وانخفاض التكلفة التجارية.
هناك أيضًا مشكلات في الصيانة يجب أخذها في الاعتبار. فثاني أكسيد الكربون2 يتطلب نظام الليزر صيانة منتظمة، بما في ذلك صيانة العاكس والمعايرة، بالإضافة إلى الصيانة الدورية للتجويف الرنيني. ومع ذلك، لا يتطلب حل القطع بليزر الألياف أي صيانة تقريبًا.
ثاني أكسيد الكربون2 يتطلب نظام القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون2 كغاز ليزر، ونظرًا لمشاكل نقاء غاز ثاني أكسيد الكربون2 الغاز، يمكن أن يصبح التجويف ملوثًا ويتطلب تنظيفًا منتظمًا. يكلف ما لا يقل عن $20,000 في السنة لنظام كيلووات من ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من غاز ثاني أكسيد الكربون2 تتطلب التخفيضات توربينات ذات تدفق محوري عالي السرعة لتوصيل غاز الليزر، وتتطلب التوربينات صيانة وتجديداً.
وأخيرًا، بالمقارنة مع ثاني أكسيد الكربون2 أنظمة القطع، حلول القطع بالليزر الليفي أكثر إحكامًا وأقل تأثيرًا على البيئة، حيث تتطلب تبريدًا أقل وتقلل من استهلاك الطاقة بشكل كبير. كما أن ميزات الصيانة الأقل والكفاءة الأعلى تجعل أنظمة القطع بالليزر بالألياف الضوئية أكثر صداقة للبيئة، حيث ينبعث منها كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بثاني أكسيد الكربون2 أنظمة القطع بالليزر.
ليزر الألياف له مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الاتصالات الليزرية الليزرية وبناء السفن الصناعية وتصنيع السيارات, معالجة الصفائح المعدنيةوالنقش بالليزر والمعدات الطبية وغيرها. ومع استمرار تطور التكنولوجيا، يتسع نطاق تطبيقات ليزر الألياف الليزرية.
تعريف ليزر الألياف:
ليزر الألياف هو نوع الليزر التي تستخدم الألياف الزجاجية المطعمة بعناصر أرضية نادرة كوسيط كسب. يمكن تطوير ليزر الألياف على أساس مضخمات الألياف.
مبدأ ليزر الألياف:
تحت تأثير ضوء المضخة، يمكن تشكيل كثافة طاقة عالية في الألياف الضوئية، مما يؤدي إلى "انعكاس عدد الجسيمات" لمستوى طاقة الليزر لمادة الليزر العاملة بالليزر. عندما تتم إضافة حلقة التغذية الراجعة الإيجابية (تشكيل مرنان) بشكل صحيح، يمكن توليد خرج تذبذب الليزر.
تطبيقات ألياف الليزر الليفي:
لألياف الليزر الليزرية مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الاتصالات الليزرية الليزرية الليزرية والاتصالات الفضائية البعيدة المدى بالليزر وبناء السفن الصناعية وتصنيع السيارات والنقش بالليزر والنقش بالليزر والنقش بالليزر والقطع بالليزر وأسطوانة الطباعة والحفر/الحفر/اللحام المعدني وغير المعدني (اللحام بالنحاسوالتبريد والتكسية والتكسية واللحام العميق)، والأمن العسكري والدفاع الوطني، والأدوات والمعدات الطبية، وبناء البنية التحتية واسعة النطاق، بالإضافة إلى مصدر ضخ أجهزة الليزر الأخرى.
أنواع ألياف الليزر الليفي:
يمكن تصنيف ليزر الألياف بعدة طرق، من بينها الطرق الأكثر شيوعًا التي تشمل التصنيف حسب وضع العمل ونطاق النطاق والعناصر الأرضية النادرة المخدرة بالعزل الكهربائي.
يمكن تصنيف ليزر الألياف بعدة طرق، بما في ذلك:
حسب وضع العمل:
حسب نطاق النطاق:
بواسطة العناصر الأرضية النادرة المخدرة:
عادةً ما يتم تسمية أجهزة الليزر بناءً على واحدة أو أكثر من هذه الفئات.
تتمتع ليزر الألياف بمجموعة واسعة من التطبيقات، وتتميز الأقسام الفرعية المختلفة لليزر بخصائص مميزة ومجالات تطبيق مناسبة. على سبيل المثال:
يمكن أن يكون مخطط تطبيق تصنيف التقسيم الفرعي لليزر المطابق للصناعات ذات الصلة مفيدًا في تحديد الاستخدامات المناسبة لـ أنواع الليزر.
ليزر ثاني أكسيد الكربون هو نوع من الليزر الجزيئي وهو أحد أكثر أنواع الليزر ذات الموجة المستمرة (CW) شيوعاً. مادته الأساسية هي جزيئات ثاني أكسيد الكربون.
يتضمن الهيكل الرئيسي لليزر ثاني أكسيد الكربون أنبوب ليزر ومرنان بصري ومصدر طاقة ومضخة. وتتمثل ميزته الأساسية في طاقة الخرج العالية والتشغيل المستمر، ولكن هيكله معقد، والليزر كبير الحجم وصعب الصيانة.
الهيكل الأساسي لثاني أكسيد الكربون2 الليزر الغازي
إن تحقيق انعكاس عدد الجسيمات هو المفتاح لإضاءة ليزر ثاني أكسيد الكربون.
تشمل المواد العاملة في ليزر ثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيليوم.
بعد إمداد طاقة التيار المستمر، تُستثار جزيئات النيتروجين في الغاز المختلط عن طريق تأثير الإلكترون.
عندما تتصادم جزيئات النيتروجين المثارة مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون، فإنها تنقل الطاقة إلى جزيئات ثاني أكسيد الكربون.
وبالتالي، تنتقل جزيئات ثاني أكسيد الكربون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع، مما يشكل انعكاس عدد الجسيمات وانبعاث الليزر.
① تتصادم جزيئات النيتروجين مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون بعد الإثارة، بحيث يُثار ثاني أكسيد الكربون بشكل منفصل.
② يقفز جزيء ثاني أكسيد الكربون المثار إلى أسفل ويصدر ليزرًا
الألياف الضوئية وثاني أكسيد الكربون2 لليزر مزاياه الخاصة، وينبغي اختيار أنواع الليزر المختلفة وفقًا للاحتياجات المختلفة.
من تكنولوجيا القطع المستخدمة على نطاق واسع في الوقت الحاضر، ليزر الألياف وثاني أكسيد الكربون2 الليزر له مزاياه وعيوبه في مواجهة متطلبات التطبيق المحددة.
لا يمكن أن يحل كل منهما محل الآخر تمامًا بل يجب أن يتكاملان ويتعايشان معًا.
من نوع مواد المعالجة، نظرًا لتأثير الامتصاص، فإن ليزر الألياف غير مناسب لقطع المواد غير المعدنية، في حين أن ليزر ثاني أكسيد الكربون التقليدي2 الليزر غير مناسب لقطع المواد ذات الانعكاسية العالية مثل النحاس والألومنيوم.
فيما يتعلق بسرعة القطع، فإن ثاني أكسيد الكربون2 يتميز الليزر بمزايا في سماكة الصفيحة > 6 مم، بينما تقطع ألياف الليزر الليزرية الصفيحة بشكل أسرع;
يلزم تغلغل قطعة العمل قبل القطع بالليزر، وسرعة ثقب CO2 أسرع بكثير من ليزر الألياف;
فيما يتعلق بجودة قسم القطع، فإن CO2 الليزر أفضل من ليزر الألياف ككل.
مقارنة بين ليزر الألياف وليزر ثاني أكسيد الكربون
| ليزر الألياف | ثاني أكسيد الكربون2 الليزر | |
| مواد القطع | المواد غير المعدنية لا يمكن قطعها | المواد العاكسة العالية الانعكاسية لها قدرة ضعيفة على التكيف |
| سرعة القطع | مزايا واضحة أقل من 3 مم | > 6 ملم، CO2 أكثر فائدة |
| كفاءة الاختراق | السرعة بطيئة نسبياً | كلما كانت السماكة أكبر، كانت الميزة أكثر وضوحًا |
| جودة القسم | أسوأ قليلاً | خشونة ورأسية أفضل |
يتميز ليزر الألياف بكفاءة تحويل ضوئي أعلى وأقل الاستخدام التكلفة.
واستنادًا إلى الحساب، تبلغ تكلفة استخدام ليزر الألياف 23.4 يوان في الساعة، بينما تبلغ تكلفة استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون 39.1 يوان في الساعة. على وجه التحديد، تبلغ تكلفة طاقة ليزر الألياف 7 يوان في الساعة، وتكلفة تبريد المياه 8.4 يوان في الساعة، والتكاليف الأخرى 8 يوان في الساعة. وفي الوقت نفسه، تبلغ تكلفة الطاقة باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون 21 يوانًا في الساعة، وتكلفة التبريد بالماء 12.6 يوانًا في الساعة، والتكاليف الأخرى 5.5 يوانًا في الساعة.
مقارنة التكلفة بين ليزر الألياف وثاني أكسيد الكربون2 الليزر
| ليزر الألياف | ثاني أكسيد الكربون2 الليزر | |
| الطاقة (كيلوواط) | 3 | 3 |
| كفاءة تحويل الضوء | 30% | 10% |
| استهلاك الطاقة (كيلوواط) | 10 | 30 |
| سعر الكهرباء (يوان/كيلووات ساعة) | 1 | 1 |
| مدة التحميل | 70% | 70% |
| تكلفة الطاقة (يوان/ساعة) | 7 | 21 |
| طاقة معدات تبريد المياه (كيلوواط) | 12 | 18 |
| سعر الكهرباء (يوان/كيلووات ساعة) | 1 | 1 |
| مدة التحميل | 70% | 70% |
| تكلفة تبريد المياه (يوان/ساعة) | 8.4 | 12.6 |
| تكلفة المواد الاستهلاكية (يوان/ساعة) | 3 | 2.5 |
| تكلفة استهلاك الوحدة (يوان/ساعة) | 5 | |
| تكلفة الوسائط (يوان/ساعة) | 1 | |
| حل النقاط التقليدية (يوان/ساعة) | 2 | |
| التكاليف الأخرى (يوان/ساعة) | 8 | 5.5 |
| تكلفة الاستخدام (يوان/ساعة) | 23.4 | 39.1 |
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO