I. مقدمة
تم تصميم تقنية القطع بالليزر لاستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة لقطع أي مواد. تقود هذه التقنية شعاع الليزر عبر أنظمة التحكم العددي البصري والحاسوبي (CNC).
ويستخدم نظام التحكم في الحركة لتتبع الأنماط على المواد المراد قطعها استنادًا إلى نظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي أو الكود G. يمكن للقطع بالليزر تحقيق قطع عالي الدقة، وهو مناسب لمختلف المواد مثل الألومنيوم.
تُستخدم مواد الألومنيوم وسبائك الألومنيوم على نطاق واسع في مجالات متعددة مثل صناعة الطيران وتصنيع السيارات والاتصالات الإلكترونية نظرًا لخصائصها البارزة مثل خفة الوزن والتوصيل الجيد ومقاومة التآكل.
يمكن لقطع الألومنيوم بالليزر إنتاج مكونات الألومنيوم المعقدة بدقة وكفاءة.
ومع ذلك، فإن الألومنيوم يتميز بانعكاسية قوية تجاه أشعة الليزر كما أن له موصلية حرارية عالية، مما يسبب بعض المشاكل إلى حد ما في قطع الألومنيوم.
ولذلك، فإن معرفة قابلية المعالجة والقيود المفروضة على قطع الألومنيوم بالليزر ذات أهمية قصوى لتصنيع الألومنيوم وإنتاجه.
قد لا يقتصر ذلك على فهم التقنيات فحسب، بل يشمل أيضًا الإدراك تجاه خصائص سبائك الألومنيوم، بالإضافة إلى كيفية التغلب على التحديات أثناء القطع.
ثانياً. فهم الألومنيوم كمادة
الخواص الفيزيائية للألومنيوم
الألومنيوم مادة لها أنواع عديدة من الخواص الفيزيائية. وهو معدن صلب وغير مغناطيسي وغير لامع وأبيض مائل للفضي مع لون أزرق خفيف.
سطح الألومنيوم عاكس للغاية ويتميز ببنية مكعبة متمركزة على الوجه، وهي مستقرة قبل الذوبان.
كثافة الألومنيوم منخفضة، وغير سامة، وموصلية حرارية عالية، ومقاومة ممتازة للتآكل، ويمكن تصنيعه وتصنيعه وتشكيله بسهولة.
والأكثر من ذلك، يتميز الألومنيوم بليونة وليونة جيدة، حيث يمكن تمزيقه إلى خطوط أو لفه إلى رقائق رقيقة.
التطبيقات الشائعة للألمنيوم في مختلف الصناعات
يُستخدم الألومنيوم على نطاق واسع في مجالات متعددة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الألومنيوم في مجال البناء لإنتاج إطارات النوافذ والجدران الستائرية والأسقف والكسوة والعناصر الهيكلية والمكونات الداخلية.
في الصناعات الغذائية والدوائية، تُستخدم أجزاء كبيرة من الألومنيوم في تغليف المواد الغذائية والأدوية والمشروبات لأنها لن تؤثر على رائحة الطعام، وتحافظ على الرطوبة وتصدها.
لماذا يعتبر الألومنيوم خياراً شائعاً لمشاريع القطع بالليزر
والسبب في اختيار الألومنيوم لبرامج القطع بالليزر هو أن بنيته الجزيئية اللينة والبلاستيكية تجعل الليزر لا يخترقه تماماً.
تعني الموصلية الحرارية العالية أن بإمكانه امتصاص الطاقة من الليزر بسرعة، وهو ما يفيد في إنشاء قطع نظيف بدون نتوءات أو حد أدنى من النتوءات.
على الرغم من ذلك، فإن قطع الألومنيوم بالليزر ليس بالأمر السهل، فهو يتطلب تقنيات ومعدات خاصة للتعامل مع الموصلية الحرارية العالية والانعكاسية البصرية للمادة.
من خلال استخدام مستويات مختلفة من الألومنيوم (مثل 6061 و5052 و5083 و7075)، يمكن لتقنية القطع بالليزر معالجتها بكفاءة لتلبية احتياجات محددة.
ثالثًا. هل يمكن لقواطع الليزر قطع الألومنيوم؟
العوامل المؤثرة في القدرة على قطع الألومنيوم بتقنية الليزر
طاقة الليزر
قوة الليزر هي العامل الرئيسي في تحديد سُمك القطع وسرعته. فكلما زادت الطاقة، زادت سماكة القطع، وزادت سرعة القطع.
ومع ذلك، قد يؤدي الإفراط في الطاقة العالية إلى زيادة المنطقة المتأثرة بالحرارة، مما يؤثر على جودة القطع.
نوع الليزر
تعد ليزر الألياف وليزر Nd: YAG أكثر ملاءمة لقطع الألومنيوم من ليزر Co2 لأن طول موجته أسهل في الامتصاص.
جودة ألياف الليزر الليفي عالية، وكفاءة العملية عالية، وهو خيار مثالي لقطع الألومنيوم.
نوع الألومنيوم وسمكه
من الصعب للغاية قطع الألومنيوم النقي نظرًا لانعكاسيته العالية، وتتميز سبائك الألومنيوم بقابلية أفضل للقطع.
قد تؤثر المكونات الكيميائية لسبائك الألومنيوم المختلفة وسماكاتها أيضًا على خصائص القطع بالليزر. قد تحتاج صفائح الألومنيوم السميكة إلى طاقة ليزر وضغط غاز أعلى.
الحالة السطحية للألومنيوم
قد تؤثر الخشونة وطبقات الأكسيد والطلاءات على سطح الألومنيوم على امتصاص شعاع الليزر وتأثير القطع. إذا لم تتم معالجة السطح جيدًا، ستنخفض جودة جانب القطع.
معلمات عملية القطع
يُعد تحسين معلمات العملية مثل سرعة القطع وضغط الغاز وموقع نقطة التركيز البؤري وارتفاع الفوهة أمرًا محوريًا لجودة قطع الألومنيوم.
يمكن للمعلمات المناسبة الحصول على كفاءة قطع أعلى وجودة أفضل لجانب القطع.
مساعد غاز
النيتروجين عالي النقاء هو الغاز المساعد الشائع لقطع الألومنيوم، والذي يمكن أن يحمي القطع ويزيل الذوبان.
سيقلل ضغط الغاز المنخفض من جودة القطع، وسيؤدي الضغط العالي إلى إنتاج تيارات دوامة على سطح المادة.
خصائص معدات القطع بالليزر
تترك خصائص المعدات مثل ثبات الليزر وجودة شعاع الليزر ونظام التبريد تأثيرًا مهمًا على تأثير القطع.
يمكن أن توفر معدات القطع بالليزر ذات الخصائص العالية قدرة قطع ممتازة أكثر.
خبرة المشغل
سيؤثر إلمام المشغل بالمعدات وقدرته على ضبط معلمات العملية وفهمه لخصائص قطع الألومنيوم على تأثير القطع النهائي.
قيود السُمك لقطع الألومنيوم بالليزر
إن ماكينة القطع بالليزرالقوة هي مفتاح تحديد سُمك القطع. كلما زادت القوة، زادت سماكة صفيحة الألومنيوم التي يمكن قطعها.
يمكن لماكينة القطع بليزر الألياف 500 واط قطع صفائح الألومنيوم حتى سمك 2 مم.
يمكن لماكينة القطع بليزر الألياف 1000 واط قطع صفائح الألومنيوم حتى سمك 3 مم.
يمكن لماكينة القطع بليزر الألياف 2000 واط قطع صفائح الألومنيوم حتى سمك 5 مم.
آلة القطع بالليزر الليفي بقوة 3000 واط يمكنها قطع صفائح الألومنيوم حتى سمك 8 مم.
يمكن لماكينة القطع بليزر الألياف 6000 واط قطع صفائح الألومنيوم حتى سمك 16 مم.
يمكن لماكينة القطع بالليزر CO2 بقدرة 5.7 كيلوواط أن تقطع الألومنيوم الصناعي النقي بسماكة قصوى تبلغ 12.7 مم، ويمكن أن تصل سرعة القطع إلى 80 سم/دقيقة.
بشكل عام، يتراوح الحد الأقصى لسُمك ماكينة القطع بالليزر التي تقطع صفيحة الألومنيوم بين 10-20 مم.
يوصى باستخدام طرق قطع أخرى لصفائح الألومنيوم التي يزيد سمكها عن 20 مم.
يؤثر نوع لوح الألومنيوم أيضًا على خصائص القطع. الألومنيوم النقي أكثر صعوبة في القطع من سبائك الألومنيوم.
تكون خشونة سطح القطع لسبائك الألومنيوم ذات المحتوى العالي من عناصر السبائك صغيرة.
أنواع الليزر المناسبة لقطع الألومنيوم
ليزر الألياف
ليزر الألياف هو أحد أنسب أنواع الليزر لقطع صفائح الألومنيوم. يبلغ طوله الموجي 1.064 ميكرون، ويسهل امتصاصه بواسطة مادة الألومنيوم أكثر من ليزر ثاني أكسيد الكربون.
كثافة طاقة ألياف الليزر الليفي عالية، وحجم البقعة صغير، وجودة شعاع الليزر جيدة، والتي يمكن أن تقطع بسرعة هيكل الألومنيوم المعقد بسرعة. عمر ليزر الألياف طويل، وتكاليف الصيانة منخفضة.
الليزر الكريستالي
الليزرات البلورية مثل Nd: YAG وNd: YVO4 مناسبة أيضًا لقطع صفائح الألومنيوم. وهي تشبه ليزر الألياف، ويبلغ طولها الموجي 1.064 ميكرون.
قوة الليزر الكريستالي عالية، والتي يمكنها قطع المعادن والمواد غير المعدنية. ومع ذلك، فإن ثنائيات مضخة الليزر البلورية باهظة الثمن ولها عمر افتراضي أقصر من ليزر الألياف.
ليزر CO2
ليزر ثاني أكسيد الكربون هو أيضًا خيار مناسب لقطع صفائح الألومنيوم السميكة. يبلغ طوله الموجي 10.6 ميكرون، وطاقة الخرج أعلى، وهو مناسب لقطع مساحات كبيرة من المواد السميكة. على سبيل المثال، يمكن لليزر CO2 بقدرة 6000 واط قطع صفائح الألومنيوم بسمك 16 مم. ومع ذلك، تكون انعكاسية ليزر Co2 عالية عند قطع ألواح الألومنيوم. يجب تثبيت جهاز "الامتصاص الانعكاسي" على النظام لتجنب إفساد المكونات البصرية.
ليزر إكسيمر
ينبعث من ليزر الإكسيمر ضوء الأشعة فوق البنفسجية، والطول الموجي قصير، ويمكن استخدامه لقطع المواد ذات معدل الانعكاس العالي مثل الألومنيوم والنحاس وغيرها.
المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة، ودقة التصنيع عالية. ومع ذلك، فإن إنتاج ليزر الإكسيمر مكلف، ويحتاج الغاز إلى استبداله بشكل متكرر، وتكلفة التشغيل مرتفعة نسبيًا.
رابعًا. مزايا القطع بالليزر للألومنيوم بالليزر
الدقة والدقة في القطع
يمكن أن يحقق القطع بالليزر دقة عالية للغاية، وهي واحدة من أكبر مزاياها. يمكن أن تصل دقة تحديد المواقع لآلة القطع بالليزر الحديثة إلى 0.02 مم، وعرض عرض الشق أصغر من 0.2 مم. هذه الدقة العالية تجعل القطع بالليزر قادرًا على إنتاج أشكال معقدة وأحجام دقيقة لأجزاء الألومنيوم، والتي يمكن أن تلبي المتطلبات العالية في مجال الطيران والإلكترونيات والصناعات الأخرى.
والأكثر من ذلك، يمكن أن يستمر القطع بالليزر بشكل متكرر، مما يمكن أن يقطع قطعة العمل بنفس الطريقة، مما يزيد من دقتها ودقتها.
حواف نظيفة وأقل إهدار للمواد
عند قطع الألومنيوم بالليزر، يتم نفخ المادة المصهورة بواسطة تدفق هواء عالي السرعة، وتكون القطع مسطحة وسلسة، ونادراً ما تولد نتوءات، ولا حاجة إلى معالجة ثانية مثل الطحن والعمليات الأخرى. الشق ضيق، والمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة، ومعدل استخدام المواد مرتفع. بالمقارنة مع القطع الميكانيكي التقليدي، يمكن للقطع بالليزر أن يقلل بشكل كبير من نفايات المواد، مما يوفر التكلفة.
براعة في إنشاء تصميمات معقدة
يتميز القطع بالليزر بعدم التلامس، ويمكن لرأس الليزر أن يتحرك بمرونة ويقطع أي أنماط معقدة.
من خلال التحكم في البرمجة، يمكن لماكينات القطع بالليزر قطع أشكال مختلفة من قطع العمل بسرعة وباستمرار، مثل قطع الألومنيوم المزخرفة على السيارات والمنتجات الإلكترونية وغيرها، مما يوفر حرية تصميم واسعة. كما أن مرونة القطع بالليزر تجعلها الخيار المثالي لصنع مشاريع مخصصة.
V. حدود قطع الألومنيوم بالليزر
المناطق المتأثرة بالحرارة والتشوه المحتمل
تتولد المنطقة المتأثرة بالحرارة المحيطة بالقطع عند القطع بالليزر. ستخضع المادة لتغييرات في هيكلها التنظيمي وخصائصها في هذه المنطقة.
يتميز الألومنيوم بتوصيل حراري جيد، والمنطقة المتأثرة بالحرارة كبيرة نسبيًا، خاصةً عندما يتم قطع صفائح سميكة.
قد تؤدي المدخلات الحرارية الكبيرة إلى تشوه الألومنيوم، مما يؤثر على دقة المكون. لذلك، من الضروري التحكم بشكل معقول في طاقة الليزر وسرعة القطع، مما يقلل من تأثير المنطقة المتأثرة بالحرارة.
مشكلات جودة السطح
على الرغم من أن قطع الألومنيوم بالليزر يمكن أن يحصل على قطع سلس نسبيًا، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشاكل السطحية الموجودة في بعض الظروف.
قد يُظهر سطح القطع عيوبًا مثل الخطوط والخشونة والالتصاق الخبث، خاصةً عند قطع ألواح الألومنيوم السميكة أو سبائك الألومنيوم عالية الانعكاس.
ستؤثر هذه العيوب على مظهر المكونات واستخدام الخصائص. يجب تحسين معلمات عملية القطع. ويجب التعامل مع عمليات القطع مثل التلميع وإزالة الحواف وما إلى ذلك.
قيود السماكة للقطع الفعال
قد يكون للقطع بالليزر قيود على سماكة الألومنيوم إلى حد ما. وبصفة عامة، يمكن لماكينة القطع بالليزر عالية الطاقة أن تقطع صفيحة الألومنيوم التي يزيد سمكها عن 10 مم، ولكن كفاءة القطع والجودة ستنخفض.
من الصعب الحصول على جودة قطع مرضية للصفائح الألومنيوم التي يزيد سمكها عن 20 مم عن طريق الليزر وربما تحتاج إلى طرق قطع أخرى. إلى جانب ذلك، يؤثر نوع الألومنيوم أيضًا على سُمك القطع.
يتميز الألومنيوم النقي بانعكاسية عالية، وهو ما يصعب قطعه، كما أن الألومنيوم عالي السيليكون يحد من السماكة التي يمكن قطعها بسبب انخفاض درجة انصهاره.
سادساً. تطبيقات الألومنيوم المقطوع بالليزر
أمثلة على الصناعات التي تستخدم قطع الألومنيوم المقطوعة بالليزر
وتنتشر استخدامات الألومنيوم المقطوع بالليزر على نطاق واسع في مختلف الصناعات بما في ذلك صناعة الطيران وتصنيع السيارات والمعدات الإلكترونية واللافتات والبناء.
توفر هذه التقنية طريقة دقيقة وفعالة للغاية لتقطيع الألومنيوم، مما يضمن جودة القطع واتساقه.
إمكانيات التصميم الإبداعي مع منتجات الألومنيوم المقطوعة بالليزر
إمكانية التصميم الإبداعي للألومنيوم المقطوع بالليزر كبيرة. تجعل تقنية القطع بالليزر مجال تصنيع المعادن يبدو معقدًا وتصميمًا فنيًا.
إلى جانب ذلك، فإن خيارات المعالجة السطحية للقطع بالليزر لتزيين الصفائح المعدنية متعددة، مما يسمح للمصممين والمهندسين المعماريين بتحقيق تصميماتهم الإبداعية، كما أن هذه التصميمات تتمتع بالثبات.
وهذا يدل على أن عمليات القطع بالليزر لا تقتصر فقط على إنتاج المكونات الوظيفية، بل تخلق أيضاً أعمالاً فنية ذات قيمة جمالية.
الفوائد البيئية لقطع الألومنيوم بالليزر بالليزر
وتكمن مزايا الألومنيوم المقطوع بالليزر في عدم تضمين عملية الاحتراق أو العملية الكيميائية، مما يقلل على ما يبدو من انبعاث الملوثات الضارة.
بالمقارنة مع ماكينات القطع التقليدية، فإن استخدامات ماكينة القطع بالليزر كهرباء أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة.
إلى جانب ذلك، لن يؤدي القطع بالليزر إلى تكاليف بيئية إضافية ومشكلات تتعلق بعملية الحفر الكيميائي.
هذه الخصائص تجعل من القطع بالليزر طريقة معالجة بيئية للمعادن.
سابعاً. الخاتمة
باختصار، يتحدث مقطعنا عن أهمية معالجة ألواح الألومنيوم، والعوامل التي تؤثر على خصائص قطع ألواح الألومنيوم بالليزر، وخصائص ومجالات تطبيق أنواع مختلفة من الليزر لقطع الألومنيوم بالليزر، إلخ.
شركة ADH Machine Tool هي شركة محترفة في تصنيع ماكينات القطع بالليزر المعالجة، والتي يمكن أن تساعدك على تحسين كفاءة الإنتاج، وتحسين التصميم، وتعزيز جودة منتجات الألومنيوم. يمكنك تصفح موقعنا الإلكتروني الرسمي للحصول على التفاصيل أو استشر البائعين لدينا.
