تخيل أن تكون قادرًا على قطع المعدن بدقة الجرّاح وسرعة الصاعقة. هذا هو واقع تكنولوجيا المعالجة بالليزر الحديثة. من اللحام والقطع إلى التصنيع الدقيق المعقد، يُحدث الليزر ثورة في التصنيع بدقة وكفاءة لا مثيل لها. في هذه المقالة، سوف تكتشف كيف تعيد هذه التطورات تشكيل الصناعات، مما يجعل الإنتاج أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة ودقة لا تصدق. استعدوا لاستكشاف عالم تكنولوجيا الليزر المتطور وشاهدوا كيف تغير مستقبل التصنيع.
تتضمن المعالجة بالليزر استخدام شعاع الليزر لتغيير سطح المادة من خلال التأثيرات الحرارية، بما في ذلك اللحام بالليزر والقطع بالليزر وتعديل السطح والنقش بالليزر والحفر بالليزر والمعالجة الدقيقة.
يمكن استخدام شعاع الليزر لأداء مهام مختلفة، مثل التثقيب والقطع والخدش واللحام والمعالجة الحرارية على مواد مختلفة.
إن الليزر قادر على معالجة أي مادة، ويلعب دوراً لا غنى عنه في المعالجة والتصنيع الدقيق والمتخصص، خاصة في الظروف الخاصة ومع المواد الخاصة.
تتضمن المعالجة بالليزر استخدام شعاع ليزر لتغيير سطح قطعة العمل من خلال التشعيع عالي الطاقة. وينتج عن ذلك إزالة المواد أو صهرها أو تعديل خصائص السطح. هذه العملية غير تلامسية، مما يعني أن الأداة لا تولد مقاومة عن طريق الطحن على سطح قطعة العمل، مما يجعلها طريقة سريعة وفعالة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن ضبط طاقة شعاع الليزر وسرعته، مما يسمح بتطبيقات متعددة الاستخدامات على مستويات ونطاقات مختلفة.
تحدد الخصائص الفريدة للمعالجة بالليزر مزاياها في مجال المعالجة:
(1) نظرًا لأنها معالجة بدون تلامس، وطاقة شعاع الليزر عالي الطاقة وسرعة حركته قابلة للتعديل، يمكن استخدامه لمجموعة متنوعة من أغراض المعالجة.
(2) يمكن أن تعالج مجموعة متنوعة من المعادن وغير المعادنمواد معدنيةوخاصة تلك التي تتسم بالصلابة العالية والهشاشة ودرجة الانصهار.
(3) لا تتسبب المعالجة بالليزر في تآكل "الأداة"، ولا تولد قوى قطع على قطعة العمل.
(4) كثافة طاقة شعاع الليزر عالية جدًا أثناء المعالجة، مما يجعلها سريعة وموضعية للغاية، مع تأثير ضئيل على المناطق غير المعرضة للإشعاع بالليزر.
وينتج عن ذلك منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة، والحد الأدنى من التشوه الحراري لقطعة العمل، وتقليل الحاجة إلى المعالجة اللاحقة.
(5) يمكن استخدامه للمعالجة داخل حاوية محكمة الغلق من خلال وسيط شفاف إلى قطعة العمل.
(6) يسهل توجيه شعاع الليزر وتركيزه، مما يسمح بتحويل الاتجاه ويسهل العمل به أنظمة CNC لمعالجة الأجزاء المعقدة.
(7) تتسم المعالجة بالليزر بكفاءة عالية وتنتج جودة موثوقة وذات عوائد اقتصادية جيدة.
على سبيل المثال
(1) تستخدم شركة جنرال إلكتريك الأمريكية المعالجة بالليزر للبلاطة لقطع الفتحات المشكلة على محركات الطائرات، حيث تنجز المهمة بجودة عالية في أقل من 4 ساعات، بينما كانت طريقة المعالجة الأصلية بالليزر EDM تستغرق أكثر من 9 ساعات. ويوفر هذا وحده $50,000 من تكلفة كل محرك.
(2) كفاءة قطع الفولاذ بالليزر يمكن أن تزيد بمقدار 8-20 مرة، مما يؤدي إلى خفض تكاليف المواد بمقدار 15-30%. ويؤدي ذلك إلى تحقيق وفورات كبيرة في التكاليف، مع توفير تصنيع آلي عالي الدقة وضمان جودة منتج مستقرة وموثوقة.
في حين أن المعالجة بالليزر لها العديد من المزايا، فإن حدودها واضحة أيضًا.
تنطوي المعالجة بالليزر على استخدام شعاع الليزر لإجراء عمليات مختلفة مثل التثقيب والقطع والخدش واللحام والمعالجة الحرارية.
تتميز المعالجة بالليزر بالعديد من المزايا:
① عالية كثافة طاقة الليزر يسمح بالارتفاع السريع في درجة الحرارة وانصهار أو تبخير قطعة العمل، حتى بالنسبة للمواد ذات درجات الانصهار العالية والصلابة العالية والهشاشة (مثل السيراميك والماس);
② ال رأس الليزر لا تتلامس مباشرة مع قطعة العمل، مما يقضي على مشكلة التآكل أثناء المعالجة;
③ تكون قطعة العمل خالية من القوى ولا تتلوث بسهولة;
④ يمكن معالجة قطعة العمل أثناء الحركة أو داخل غلاف زجاجي محكم الإغلاق;
⑤ يمكن أن تكون زاوية تباعد شعاع الليزر أقل من جزء من مليون جزء من القوس، مع قطر بقعة صغيرة لا يتجاوز بضعة ميكرونات وزمن عمل يتراوح بين النانو ثانية والبيكوثانية. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تصل طاقة الخرج المستمرة لليزر عالية الطاقة إلى كيلووات إلى عشرة كيلووات، مما يجعل الليزر مناسبًا لكل من المعالجة الدقيقة الدقيقة ومعالجة المواد على نطاق واسع;
⑥ من السهل التحكم في شعاع الليزر ويمكن إقرانه بآلات دقيقة وتقنية قياس دقيقة وأجهزة كمبيوتر إلكترونية لأتمتة ودقة عالية في المعالجة;
⑦ يمكن استخدام الروبوتات في المعالجة بالليزر في البيئات القاسية أو في الأماكن التي يصعب على البشر العمل فيها.
يُستخدم الليزر النبضي في الحفربعرض نبض يتراوح من 0.1 إلى 1 مللي ثانية. وهو مناسب بشكل خاص لإنشاء ثقوب وثقوب على شكل ثقوب بفتحة من 0.005 إلى 1 مم تقريبًا. وقد تم اعتماد الحفر بالليزر على نطاق واسع في إنتاج أجزاء مثل الساعات والساعات، ومحامل الأحجار الكريمة، وقوالب سحب الماس، ومغازل الألياف الكيميائية.
وغالبًا ما تستخدم صناعات بناء السفن وتصنيع السيارات ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر الذي يتراوح بين مئات الكيلووات وملايين الواط لقطع الأجزاء الكبيرة، مما يضمن دقة شكل المساحة المنحنية مع توفير كفاءة معالجة أعلى.
يشيع استخدام ليزر الحالة الصلبة متوسطة وصغيرة الطاقة أو ليزر ثاني أكسيد الكربون لقطع قطع العمل الصغيرة. وفي مجال الإلكترونيات الدقيقة، يشيع استخدام الليزر في قطع السيليكون أو عمل الشقوق، وهو سريع وذو مساحة صغيرة متأثرة بالحرارة.
يمكن استخدام الليزر في نقش أو وضع العلامات على خط التجميع دون التأثير على سرعة خط التجميع، ويمكن الحفاظ على الأحرف المنحوتة بشكل دائم.
يتم تطبيق استخدام أشعة الليزر متوسطة ومنخفضة الطاقة لإزالة أجزاء من المكونات الإلكترونية على المادة لتغيير المعلمات الكهربائية مثل المقاومة والسعة وتردد الرنين.
يتميز الضبط الدقيق بالليزر بالدقة العالية والسرعة ومناسب للإنتاج على نطاق واسع.
يمكن استخدام مبادئ مماثلة لإصلاح أقنعة الدوائر المتكاملة المعيبة، وتحسين إنتاجية ذاكرة الدوائر المتكاملة، وإجراء تعديلات دقيقة للتوازن الديناميكي على الجيروسكوبات.
اللحام بالليزر تتميز بقوتها العالية، وتشوهها الحراري الضئيل، وفعالية إحكامها وحجم اللحام وطبيعته المتناسقة، وقدرتها على لحام المواد ذات درجات الانصهار العالية (مثل السيراميك) وتلك المعرضة للأكسدة.
يعتبر اللحام بالليزر مفيدًا بشكل خاص لأجهزة تنظيم ضربات القلب التي يتم إغلاقها بفعالية ولها عمر افتراضي طويل، فضلاً عن صغر حجمها.
مع التشعيع بالليزر للمادة، يمكن اختيار الطول الموجي المناسب، والتحكم في وقت التشعيع وكثافة الطاقة للتسبب في ذوبان سطح المادة وإعادة بلورتها وتحقيق هدف التبريد أو التلدين.
حرارة الليزر تتميز المعالجة بميزة القدرة على التحكم الدقيق في عمق المعالجة الحرارية واختيار المنطقة المحددة المراد معالجتها.
يكون تشوه قطعة العمل في حده الأدنى، ويمكنه التعامل بفعالية مع الأشكال المعقدة والمعقدة، بالإضافة إلى معالجة الثقوب العمياء والعميقة في الجدران الداخلية.
على سبيل المثال، يمكن للمعالجة الحرارية بالليزر إطالة عمر مكبس الأسطوانة وإصلاح التلف الناجم عن القصف الأيوني في مواد السيليكون.
تستخدم تقنية تقوية السطح بالليزر شعاع ليزر عالي الكثافة للطاقة لتسخين قطعة العمل وتبريدها ذاتيًا بسرعة.
في تعزيز سطح المعدن بالليزر، عندما تكون كثافة طاقة شعاع الليزر منخفضة، يمكن استخدامه لتحويل سطح المعدن. وعند كثافة الحزمة العالية، يعمل سطح قطعة العمل بشكل مشابه لبوتقة متحركة، مما يتيح مجموعة من العمليات المعدنية مثل إعادة صهر السطح وكربنة السطح وسبك السطح وتكسية السطح.
هذه الوظائف لديها القدرة على تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة للصناعة التحويلية من خلال تكنولوجيا استبدال المواد.
في تعديل مواد الأدوات، تعتبر المعالجة بالصهر هي التطبيق الأساسي. وهو ينطوي على صهر مادة معدنية السطح تحت إشعاع شعاع الليزر، ثم تتصلب بسرعة لتكوين طبقة سطحية جديدة.
يمكن تصنيف التغييرات السطحية للمادة إلى أنواع مختلفة، بما في ذلك السبائك، والإذابة، وإعادة صقل الصهر، والتزجيج، والتركيب السطحي.
يتضمن الصهر بالليزر استخدام معلمات الليزر لإذابة وتكثيف سطح المادة بسرعة، مما ينتج عنه تنظيم أكثر دقة وتجانسًا مع تحسين خصائص السطح. هذه تقنية تعديل السطح.
تشمل مزايا الصهر السطحي بالليزر ما يلي:
يمكن توجيه الشعاع عبر مسار بصري، مما يسمح بمعالجة الأجزاء ذات المواضع الخاصة و الأشكال المعقدة.
من خلال الجمع بين مزايا التكنولوجيا وقيود التقنيات المستخدمة على نطاق واسع، فإن تطبيق تكنولوجيا الليزر لتقوية سطح مواد الأدوات يعزز من مقاومة التآكل وعمر الأداة، خاصة بالنسبة للسيراميك وأدوات القطع المصنوعة من الكربيد ذات الصلابة العالية والمقاومة للحرارة.
وهذا يحسن كفاءة المعالجة ودقتها ويتيح معالجة مواد مثل الفولاذ المقوى في ظل ظروف صعبة.
على الرغم من صلابتها العالية ومقاومتها للحرارة، فإن السيراميك والكربيد أدوات القطع محدودة التطبيق بسبب قوتها المنخفضة نسبيًا وضعف صلابتها. تطبيق الليزر تصلب السطح وبالتالي فإن التكنولوجيا المستخدمة في هذه المواد هي موضوع بحث مهم ولها مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة.
من خلال اختيار الطول الموجي المناسب لليزر واستخدام تقنيات التحسين المختلفة وتقريب حد الحيود لنظام التركيز، يمكن الحصول على شعاع ضوئي مستقر وعالي الجودة مع بقعة بؤرية دقيقة الحجم.
تُستخدم خصائص "السكين الخفيف" الحادة والدقيقة لنقش العلامات الدقيقة عالية الكثافة وكتابة المعلومات عالية الكثافة مباشرةً.
ويمكنه أيضًا الاستفادة من تأثير "قوة" المصيدة الضوئية لمعالجة الأجسام الشفافة الصغيرة، مثل النقش بالشبك عالي الدقة.
وبمساعدة برنامج CAD/CAM لمحاكاة الأنماط أو النصوص والتحكم فيها، يمكن تحقيق وسم عالي الدقة.
وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام "قوة الربط" المصيدة الضوئية الخاصة به للتلاعب بالخلايا البيولوجية، والمعروفة باسم ملاقط الضوء البيولوجية.
عملية التصنيع الدقيقة
يتم إجراء معظم عمليات القطع الدقيقة على السطح المحدب (الخارجي) باستخدام أدوات أو قواطع ماسية أحادية البلورة. يبلغ نصف قطر الطرف حوالي 100 ميكرومتر تقريباً، ويكون للشفرة الماسية سطح قطع مخروطي الشكل بزاوية 45 درجة عند تدويرها.
الحد الأدنى للحجم القابل للتشغيل الآلي للسطح المقعر (الداخلي) محدود بحجم الأداة. على سبيل المثال، فإن المثقاب الملتوي يمكن استخدام ثقب 50 ميكرومتر، ولكن بالنسبة للثقوب الأصغر، يجب استخدام مثقاب مسطح حيث لا تتوفر منتجات الحفر الملتوية.
يتمثل أحد التحديات الرئيسية في التصنيع المجهري في ضمان اتساق وضع تركيب الأداة ومحاذاتها المحورية مع محور عمود الدوران مع نظام الإحداثيات. وبخلاف ذلك، قد يكون من الصعب تحقيق قدر صغير من القطع. ولمعالجة هذه المشكلة، يمكن استخدام نفس أداة الماكينة لإنتاج الأدوات والمعالجة الدقيقة على حد سواء، وبالتالي تجنب التثبيت الأخطاء الناجمة عن استخدام ظروف عمل مختلفة.
يمكن استخدام ماكينة طحن بالتفريغ السلكي على أداة الماكينة لإنتاج فتحة بعرض 50 ميكرومتر.
تكنولوجيا المعالجة الكهربائية الدقيقة
يمكن تحقيق تصنيع الأعمدة الدقيقة وقضبان المقطع الجانبي من خلال طحن التفريغ السلكي (WEDG). وتسمح دائرة التفريغ الفريدة من نوعها بـ 1/100 فقط من دائرة التفريغ الكهربائي العادية. ولتحقيق سطح أكثر سلاسة، يمكن استخدام التفريغ بالتفريغ السلكي بعد معالجة التفريغ بالتفريغ السلكي (WEDG)، الذي يزيل طبقة سطحية رقيقة باستخدام الماء منزوع الأيونات بتيار منخفض.
يمكن استخدام ماكينات EDM متناهية الصغر، مثل MG-ED71 من شركة ماتسوشيتا اليابانية للصناعات الكهربائية المحدودة، في هذه العملية. هذه الماكينات لديها دقة تحكم في تحديد المواقع تبلغ 0.1 ميكرومتر وأصغر فتحة معالجة تبلغ 5 ميكرومتر، مما يؤدي إلى خشونة سطح تبلغ 0.1 ميكرومتر.
على سبيل المثال، سن 9 أسنان غير قابل للصدأ ترس فولاذي بقطر 300 ميكرومتر وسمك 100 ميكرومتر يمكن تشكيله آليًا. يتم أولاً ثقب الكفاف الخشن بقطب كهربائي φ24 ميكرومتر، ثم يتم مسح الكفاف بقطب كهربائي φ31 مم وفقًا لمظهر السن، مما ينتج عنه دقة ± 3 ميكرومتر.
يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا لمعالجة عمود متدرج مصغر بقطر لا يقل قطره عن 30 ميكرومتر وقسم ممر رئيسي معالج يبلغ 10 ميكرومتر × 10 ميكرومتر. يجب تصنيع الأقطاب الكهربائية لتصنيع الأجزاء الصغيرة على نفس أداة الماكينة، وإلا فقد يكون من الصعب معالجة الثقوب التي يقل قطرها عن 100 ميكرومتر بسبب أخطاء توصيل القطب الكهربائي والتركيب.
على سبيل المثال، يمكن استخدام أقطاب ماكينات التصنيع الميكانيكي الدقيق أو أدوات المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمعالجة ثقوب دقيقة يتراوح حجمها بين 5 و10 ميكرومتر. بالمقارنة مع الآلات الدقيقة والتشغيل الآلي الدقيق، تكون معدلات إزالة المواد منخفضة، ولكن يمكن أن يكون حجم المعالجة أصغر، ويمكن أن تصل نسبة قطر الثقب إلى 5 إلى 10. وهذا يجعلها متفوقة بشكل خاص لمعالجة التجويف المقعر الدقيق والمعقد.
مع تطور صناعة الليزر والتغيرات في متطلبات الصناعة النهائية، أصبحت معدات الليزر متوسطة وعالية الطاقة محط تركيز السوق. وعلى وجه الخصوص، ظهور طاقة 20 كيلوواط، أو حتى طاقة أعلى, القطع بالليزر الليفي دفعت الماكينات إلى نضوج تكنولوجيا الليزر، ودفعت باستمرار حدود سُمك القطع.
بينما نتطلع إلى المستقبل، مع ترقية معدات القطع بالليزر، ستحل آلات القطع بالليزر عالية الطاقة وعالية السرعة محل معدات القطع بالليزر التقليدية نظرًا لكفاءتها المتميزة ومزايا الدقة التي تتمتع بها، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة المعالجة الصناعية وجودتها.
في عصر الاقتصاد الرقمي، أدى تقدم التكنولوجيا الرقمية إلى تعزيز كفاءة الإنتاج والابتكار بشكل كبير. ومن شأن التكامل الفعال بين تكنولوجيا الليزر وتكنولوجيا التحكم العددي أن يمنح معدات القطع بالليزر القدرة على التحليل والحكم والاستنتاج واتخاذ القرارات بشأن عملية القطع، وبالتالي تحقيق الأتمتة والذكاء لجميع أجزاء معدات التصنيع.
وفي الوقت نفسه، فإن ارتفاع تكاليف العمالة في صناعة الليزر وتحديث وتكرار التكنولوجيا الصناعية يدفعان أيضًا الحاجة إلى تطور معدات القطع بالليزر نحو مستويات أعلى من الأتمتة والذكاء.
كما يمكننا أن نتوقع، مع التقدم السريع لاستراتيجيات التصنيع الذكية، ستصبح الرقمنة والذكاء في مجال القطع بالليزر اتجاهًا حتميًا. ستستمر معدات القطع بالليزر متعددة الوظائف عالية الذكاء في الظهور، مما يعزز بشكل كبير من كفاءة المعالجة الصناعية، ويحقق إدارة إنتاج فعالة.
في عصر التصنيع الذكي، أصبحت سيناريوهات المعالجة النهائية للمستخدمين أكثر تنوعًا وتعقيدًا، مما يزيد من الطلب على معدات المعالجة بالليزر المخصصة. وهذا يتطلب شركات القطع بالليزر لتكون أكثر مرونة في تطبيقات منتجاتها لتتناسب مع سيناريوهات المعالجة المختلفة وتلبية احتياجات العملاء المتنوعة.
ولذلك، فإن استخدام التصميم المعياري لتحسين تكامل المعدات والقدرة على التكيف والوظائف، وتحقيق الإنتاج المرن الموجه نحو المستهلك، سيصبح اتجاهًا هامًا للتطوير في صناعة معدات القطع بالليزر في المستقبل.
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