يواجه التصنيع الحديث مواعيد نهائية ضيقة ومعايير جودة صارمة. وغالباً ما يعاني المهندسون والمشترون من إيجاد طرق قطع سريعة ودقيقة وفعالة من حيث التكلفة. يحل القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي هذه المشاكل. فهو يساعد على إنتاج القِطع بسرعة وبدقة متناسقة. تشرح هذه المقالة ما هو القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي وكيف يعمل، حتى تتمكن من معرفة ما إذا كان مناسبًا لمشروعك.
يبدو التقطيع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي عالي التقنية، ولكنه بسيط بمجرد تفكيكه. دعنا نتعرف خطوة بخطوة على كيفية عملها وما الذي يجعلها فعالة للغاية.
ما هو القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي الرقمي (CNC)؟
القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب هو عملية تستخدم شعاع ليزر مركز لقطع المواد. يشير مصطلح "CNC" إلى التحكم العددي بالكمبيوتر. وهذا يعني أن مسار القطع يتم التحكم فيه بواسطة برنامج.
يتحرك الليزر بناءً على تعليمات من ملف تصميم رقمي. يقطع المادة بالحرارة. هذه العملية نظيفة وسريعة ومثالية للأشكال المعقدة أو التفاصيل الدقيقة.
يرسل قاطع الليزر شعاع ضوء عالي الطاقة من خلال عدسة تركيز. تجعل هذه العدسة الشعاع ضيقًا وساخنًا للغاية.
عندما يصطدم الشعاع بالمادة، فإنه يسخنها إلى درجة الذوبان أو التبخير. وفي الوقت نفسه، يقوم غاز - غالبًا ما يكون النيتروجين أو الأكسجين - بإزالة الأجزاء الذائبة. وهذا يترك وراءه حافة قطع نظيفة.
ينقل شعاع الليزر الطاقة إلى المادة في صورة حرارة. تتفاعل المواد المختلفة بطرق مختلفة. قد يذوب المعدن أو يتبخر. قد يحترق البلاستيك أو يذوب.
تعتمد سرعة القطع على سُمك المادة ونوعها ومقدار الطاقة التي يوفرها الليزر. المواد الرقيقة تقطع أسرع. أما المواد السميكة أو العاكسة فتحتاج إلى طاقة أكبر أو معدل تغذية أبطأ.
كيف يعمل القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي الرقمي (CNC)؟
يتبع القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي عملية واضحة وقابلة للتكرار. من ملف التصميم الأول إلى الجزء النهائي، يتم تنفيذ كل خطوة بدقة متناهية. إليك كيفية سير العملية بأكملها، خطوة بخطوة.
الخطوة 1: تصميم الجزء في برنامج CAD
تبدأ العملية بتصميم رقمي. يقوم المهندسون أو المصممون بإنشاء رسم ثنائي الأبعاد باستخدام برنامج CAD. يتضمن الرسم جميع الأبعاد وتفاصيل القطع.
الخطوة 2: تحويل التصميم إلى ملف CNC
يتم تصدير ملف CAD إلى تنسيق يمكن لماكينة CNC قراءته، وعادةً ما يكون DXF أو DWG. يخبر هذا الملف قاطع الليزر أين يتحرك ويقطع.
الخطوة 3: إعداد قاطع الليزر
يقوم مشغل الماكينة بتحميل الملف في برنامج ماكينة بنظام التحكم الرقمي. يقوم باختيار معلمات القطع المناسبة مثل الطاقة والسرعة ونوع الغاز بناءً على المادة والسُمك.
الخطوة 4: تحميل المواد
يتم وضع لوح معدني أو مادة أخرى على سرير الليزر. تتحقق الماكينة من موضعها وتضبط أي أخطاء في المحاذاة.
الخطوة 5: بدء عملية التقطيع
تقوم وحدة التحكم CNC بتحريك رأس الليزر على طول المسار المبرمج. يقوم الشعاع بإذابة المادة أو تبخيرها. تنفث الغازات المساعدة الحطام وتحافظ على نظافة القطع.
الخطوة 6: إنهاء الجزء وإزالته
بمجرد الانتهاء من القطع، يقوم المشغل بإزالة الجزء. إذا لزم الأمر، يقوم ببعض المعالجة اللاحقة الخفيفة مثل إزالة الأزيز أو التنظيف.
المكونات الأساسية لنظام القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي CNC
تم تصميم ماكينة القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب من عدة أجزاء رئيسية تعمل معًا. يلعب كل منها دورًا في التأكد من أن القطع نظيف وسريع ودقيق. لنستعرض المكونات الرئيسية واحدًا تلو الآخر.
وحدة تحكم CNC
وحدة التحكم CNC هي العقل المدبر للنظام. يقرأ مسار العِدَّة من ملف التصميم. ثم يرسل الأوامر لتحريك رأس الليزر والتحكم في الشعاع.
مصدر الليزر
ينتج مصدر الليزر الشعاع المستخدم في القطع. وهناك أنواع مختلفة من الليزر، ولكن أكثرها شيوعا هي:
- ليزر الألياف: رائعة لقطع المعادن. فهي سريعة وفعالة وتحتاج إلى صيانة منخفضة.
- ليزر CO₂ CO₂: أفضل لقطع المواد غير المعدنية مثل الخشب أو الأكريليك. تعمل بشكل جيد مع المواد الأكثر سمكاً ونعومة.
رأس القطع والبصريات
يقوم رأس القطع بتوجيه شعاع الليزر على المادة. وهو يتضمن عدسات وفوهات تقوم بتركيز الشعاع إلى نقطة دقيقة.
يجب أن تكون العدسات نظيفة ومحاذاة بشكل جيد. يمكن للعدسة غير المحاذاة أن تفسد القطع. تقوم بعض الأنظمة بضبط التركيز تلقائيًا لمطابقة سُمك المادة.
نظام الحركة وقضبان التوجيه
يقوم هذا النظام بتحريك رأس الليزر عبر منطقة العمل. وهو يتضمن محركات أو أحزمة أو براغي كروية وقضبان توجيه خطية.
الحركة السلسة والدقيقة هي مفتاح القطع النظيف. أي اهتزاز أو اهتزاز يمكن أن يؤدي إلى حواف خشنة أو أخطاء. تستخدم الأنظمة المتطورة محركات مؤازرة وقضبان دقيقة للحصول على نتائج أفضل.
طاولة العمل وآليات التشبيك
تثبت طاولة العمل الصفيحة في مكانها أثناء القطع. تتحرك بعض الطاولات لأعلى ولأسفل للمساعدة في التحميل والتفريغ. تحافظ أنظمة التشبيك أو أنظمة التفريغ على المواد مسطحة. وهذا يمنع التحول أثناء القطع.
أنواع ماكينات القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي CNC
تأتي ماكينات القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي بأنواع مختلفة. يستخدم كل نوع مصدر ليزر محدد ويناسب مواد أو احتياجات قطع مختلفة. فيما يلي الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا.
قواطع الليزر CO₂ قواطع الليزر
تستخدم أشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون CO₂ خليطاً غازياً يتضمن ثاني أكسيد الكربون. وهي تنتج شعاعاً يعمل بالأشعة تحت الحمراء، والذي يعمل بشكل جيد على المواد غير المعدنية. هذه القواطع هي الأفضل لـ
- البلاستيك
- خشب
- أكريليك
- الورق
- الأقمشة
يمكن لليزر CO₂ أيضًا قطع المعادن، ولكنها أبطأ وأقل كفاءة من ليزر الألياف. وغالبًا ما تحتاج إلى مزيد من الصيانة بسبب الأجزاء المتحركة والمرايا.
قواطع الألياف الليزرية
تستخدم ليزر الألياف نظام الحالة الصلبة. فهي ترسل الليزر عبر الألياف الضوئية بدلاً من المرايا. هذه الآلات عالية الكفاءة ورائعة لقطع المعادن. إنها تتعامل مع
- الفولاذ المقاوم للصدأ
- الفولاذ الكربوني
- الألومنيوم
- نحاس
- نحاس
تقطع ليزر الألياف بشكل أسرع، وتستخدم طاقة أقل، وتحتاج إلى صيانة أقل. إنها الخيار الأفضل لمعظم مهام قطع المعادن اليوم.
أنظمة الليزر Nd: YAG
Nd:YAG يرمز إلى عقيق الألومنيوم الإيتريوم المطعّم بالنيوديميوم. هذه الليزرات أقل شيوعًا ولكنها مفيدة للتطبيقات الخاصة. يمكن أن تنبض بسرعة كبيرة وتستخدم في:
- المعادن الرقيقة
- نقش
- مهام عالية الدقة
تعمل أجهزة الليزر Nd: YAG بشكل جيد مع كل من المعادن وبعض المواد البلاستيكية. ومع ذلك، فهي أغلى ثمناً وليست شائعة في أعمال القطع العامة.
البارامترات الرئيسية في القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي الرقمي
للحصول على أفضل النتائج من ماكينة القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي CNC، تحتاج إلى ضبط المعلمات الصحيحة. تؤثر هذه الإعدادات على السرعة وجودة الحواف ودقة القطع. فيما يلي أكثرها أهمية.
طاقة الليزر
تؤثر مستويات الطاقة (تقاس بالواط) بشكل مباشر على قدرة القطع. فالقوة الكهربائية الأعلى (2000 واط فأكثر) تقطع المواد السميكة ولكنها تكلف أكثر في التشغيل. طاقة أقل (500 - 1500 واط) تعمل بشكل أفضل مع المعادن الرقيقة والبلاستيك. طابق الطاقة مع المواد - يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى طاقة 30% أكثر من الفولاذ الطري بنفس السُمك.
سرعة القطع
تقاس السرعة بالبوصة في الدقيقة (IPM)، وتوازن السرعة بين الجودة والإنتاجية. تؤدي السرعة الزائدة إلى قطع غير مكتمل؛ بينما تؤدي السرعة البطيئة جدًا إلى زيادة تراكم الحرارة. مثال على السرعات: قطع الفولاذ الطري 1/4 بوصة في الدقيقة 120 بوصة في الدقيقة، بينما قطع الألومنيوم 1/8 بوصة في الدقيقة 250 بوصة في الدقيقة. اختبر دائمًا السرعات للمواد الجديدة.
موضع التركيز
يؤثر موضع النقطة البؤرية لليزر على جودة القطع. بالنسبة لمعظم المعادن، قم بالتركيز البؤري أسفل سطح المادة بقليل (1/3 من السُمك). غالبًا ما يتم قطع البلاستيك بشكل أفضل مع التركيز على مستوى السطح. تحافظ رؤوس التركيز البؤري التلقائي على الموضع أثناء القطع.
ضغط الغاز ونوعه
تعمل الغازات المساعدة (النيتروجين والأكسجين والهواء المضغوط) على تنظيف القطع ومنع الأكسدة. يوفر النيتروجين (15-20 رطل لكل بوصة مربعة) حوافًا نظيفة على الفولاذ المقاوم للصدأ. يعمل الأكسجين (10-15 رطل لكل بوصة مربعة) على تسريع عملية قطع الفولاذ الكربوني من خلال تفاعل طارد للحرارة. الضغط العالي (حتى 300 رطل لكل بوصة مربعة) يساعد في المواد الأكثر سمكًا.
سُمك المادة وانعكاسيتها
تحتاج المواد السميكة إلى طاقة ليزر أعلى وسرعات قطع أبطأ. على سبيل المثال، يمكن لليزر الليفي 1000 واط قطع ما يصل إلى 1/4 بوصة (6 مم) من الفولاذ الطري. يمكن لليزر بقدرة 4000 واط قطع ما يصل إلى 1 ″ (25 مم) من الفولاذ الطري، اعتمادًا على نوع الغاز وجودة المواد. قد تحتاج المواد العاكسة (النحاس والنحاس الأصفر) إلى طلاءات خاصة أو إعدادات ليزر نابضة لمنع انعكاس الشعاع.
مزايا القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي CNC
يوفر القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي العديد من المزايا التي تجعله طريقة مفضلة للعديد من الصناعات. فهي تساعد المصنعين على توفير الوقت وتقليل الفاقد وتحسين جودة القِطع. فيما يلي المزايا الرئيسية.
دقة عالية وتفاوتات تحمل ضيقة
يحقق القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي دقة قطع في حدود ± 0.1 مم. تناسب هذه الدقة القطع ذات الأشكال الهندسية المعقدة أو التفاصيل الدقيقة. يتبع الليزر الموجه بالكمبيوتر التصميمات بدقة، مما يضمن الاتساق في كل قطعة.
حواف نظيفة وأقل قدر ممكن من المعالجة اللاحقة
يذيب الليزر المواد بشكل نظيف، تاركًا حوافًا ناعمة. على عكس القطع الميكانيكي، لا يوجد نتوءات أو تشطيبات خشنة. تكون معظم الأجزاء جاهزة للاستخدام مباشرةً بعد القطع، مما يوفر الوقت على الصنفرة أو الإيداع.
إعداد سريع ووقت استجابة سريع
لا يوجد تخصيص الأدوات أو القوالب مطلوبة. قم بتحميل ملف التصميم، وتبدأ الماكينة في القص. يؤدي ذلك إلى تسريع الإنتاج، خاصة للدفعات الصغيرة أو الطلبات العاجلة.
مرن للنماذج الأولية والإنتاج الضخم
اختبار التصميمات بسرعة باستخدام نماذج أولية منخفضة التكلفة. تتناسب العملية نفسها بسلاسة مع عمليات التشغيل بكميات كبيرة. يمكنك التبديل بين المواد أو التصميمات بمجرد تعديل البرمجيات.
القيود والتحديات
على الرغم من أن القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي فعال ودقيق، إلا أنه ليس مثاليًا لكل مهمة. يمكن أن تؤثر بعض التحديات على التكلفة أو الإعداد أو جودة القِطع. فيما يلي القيود الأكثر شيوعًا.
استثمار أولي مرتفع
تكلف ماكينات القطع بالليزر أكثر بكثير من أدوات القطع الأساسية. لا يشمل السعر المعدات فحسب، بل يشمل أيضًا التركيب وأنظمة التهوية والتدريب. قد تجد المتاجر الصغيرة صعوبة في التغلب على هذا العائق.
انعكاسية المواد وحساسيتها للحرارة
يمكن للمعادن ذات الانعكاسية العالية مثل النحاس والألومنيوم أن تشتت شعاع الليزر، مما يقلل من الكفاءة. قد تتشوه المواد الحساسة للحرارة مثل بعض المواد البلاستيكية أو يتغير لونها أثناء القطع، مما يتطلب تعديلات دقيقة في الطاقة.
صيانة البصريات والمواد الاستهلاكية
تتحلل عدسات وفوهات رأس القطع بمرور الوقت وتحتاج إلى استبدالها بانتظام. يمكن أن يتلف الغبار والحطام البصريات مما يتطلب تنظيفًا متكررًا للحفاظ على جودة القطع. تتراكم تكاليف الصيانة هذه.
حدود السماكة لمواد معينة
بينما تتفوق أشعة الليزر على الصفائح الرقيقة إلى المتوسطة (عادةً 0.5-25 مم للمعادن)، فإن قطع المواد السميكة يبطئ الإنتاج ويزيد من استهلاك الطاقة. البدائل مثل قطع البلازما قد يعمل بشكل أفضل مع المعدن السميك جدًا.
التطبيقات في مختلف الصناعات
يُستخدم القطع بالليزر بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب في العديد من المجالات لأنه يمكنه التعامل مع التفاوتات الضيقة والأشكال المعقدة. وفيما يلي بعض الصناعات الشائعة التي يكون لهذه العملية تأثير كبير فيها.
مكونات صناعة الطيران والسيارات
ينتج عن القطع بالليزر أقواس خفيفة الوزنوأجزاء المحركات، والمكونات الهيكلية ذات التفاوتات الصارمة. وتعتمد عليه صناعة الطيران في صناعة أجزاء الطائرات المصنوعة من الألومنيوم والتيتانيوم. ويستخدمه مصنعو السيارات في صناعة ألواح الهيكل الدقيقة ومكونات نظام العادم.
الإلكترونيات الاستهلاكية والمرفقات
يستفيد هيكل الهاتف الذكي وإطارات أجهزة الكمبيوتر المحمول وأغلفة الأجهزة من دقة الليزر. تُنشئ هذه العملية فتحات قطع نظيفة للمنافذ والأزرار في المعادن الرقيقة. وهي مثالية لإنتاج دفعات صغيرة من العبوات الإلكترونية المخصصة.
الأجهزة والمعدات الطبية
تتطلب الأدوات الجراحية والأجهزة القابلة للزرع ومعدات التشخيص حوافًا معقمة وخالية من النتوءات. ويوفر القطع بالليزر الدقة اللازمة للمكونات الطبية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم دون مخاطر التلوث.
اللوحات المعمارية والزخرفية
يحدد المصممون المعادن المقطوعة بالليزر لواجهات المباني والسور والشاشات الداخلية. تبتكر هذه التقنية أنماطاً معقدة من الفولاذ والنحاس والألومنيوم للتطبيقات الإنشائية والجمالية على حد سواء.
الآلات الصناعية وقطع الغيار الصناعية
يستخدم مصنعو المعدات الثقيلة القطع بالليزر في صناعة التروس المتينة والمكونات الهيدروليكية وإطارات الماكينات. وتحافظ هذه العملية على قوة الأجزاء الحاملة مع السماح بالقطع المعقدة وثقوب التثبيت.
اعتبارات التصميم للقطع بالليزر
يساعدك التصميم الجيد للقطع على تحقيق أقصى استفادة من القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي. فهو يحسن من جودة القطع ويقلل من الهدر ويقلل من الوقت المستغرق. إليك النقاط الرئيسية التي يجب مراعاتها عند إعداد التصميم الخاص بك.
إعداد ملف CAD
ابدأ بملفات متجهة نظيفة بتنسيق DXF أو DWG. أزل الخطوط المكررة وتأكد من أن جميع المنحنيات مقسمة بشكل صحيح. قم بتحويل النص إلى خطوط عريضة وتجنب الخطوط العريضة - استخدم سماكة 0.1 مم على الأقل. تذكر أن الليزر يتبع المسار الذي ترسمه بالضبط.
التفاوتات المسموح بها وعرض الشق
ضع في الحسبان الشق الليزري (عادةً 0.1-0.3 مم) في تصميماتك. بالنسبة للقِطع المثبتة بالضغط، اترك مساحة إضافية 0.05-0.1 مم. صمم الزوايا الداخلية بنصف قطر لا يقل عن 1 مم - لا يمكن لليزر قطع الزوايا القائمة المثالية. بالنسبة للقِطع المتشابكة، قم بتضمين خلوص 0.2 مم.
التعشيش واستخدام المواد
ترتيب القِطع بكفاءة لتقليل هدر المواد. استخدم برنامج التعشيش لتحسين تخطيطات الألواح تلقائيًا. احتفظ بمسافة 2 مم على الأقل بين القِطع و5 مم من حواف اللوح. ضع في اعتبارك استخدام خطوط قطع مشتركة للأجزاء المتماثلة لتقليل وقت القطع.
تجنب التشويه الحراري
بالنسبة للمواد الرقيقة (أقل من 3 مم)، استخدم عددًا أقل من القطع الطويلة وعددًا أكبر من القطع القصيرة. أضف "جسورًا" صغيرة (0.5-1 مم) لمنع القطع الداخلية من السقوط والالتواء. قم بتوزيع الحرارة بالتساوي عن طريق تبديل اتجاهات القطع عندما يكون ذلك ممكناً. بالنسبة للمواد الحساسة، ضع في اعتبارك استخدام طاقة أقل مع تمريرات متعددة.
خاتمة
القطع بالليزر باستخدام الحاسب الآلي هو طريقة دقيقة وفعالة لقطع الصفائح المعدنية وغيرها من المواد. وتستخدم شعاع ليزر مركز، يتم التحكم فيه بواسطة كمبيوتر، لإنشاء عمليات قطع دقيقة ومفصلة. تعمل هذه العملية بشكل جيد لكل من النماذج الأولية وعمليات الإنتاج الكبيرة. ومن خلال الإعداد الصحيح، فإنها توفر تفاوتات دقيقة وسرعة في التنفيذ وأقل قدر من المعالجة اللاحقة.
هل تحتاج إلى قطع قطع سريعة ودقيقة؟ أخبرنا بما تحتاج إليه، وسنساعدك في الحصول على الحل المناسب - عروض أسعار سريعة، ودعم الخبراء، وجودة ثابتة.
مهلا، أنا كيفن لي
على مدى السنوات العشر الماضية، كنت منغمسًا في أشكال مختلفة من تصنيع الصفائح المعدنية، وشاركت رؤى رائعة هنا من تجاربي عبر ورش العمل المتنوعة.
ابقى على تواصل
كيفن لي
لدي أكثر من عشر سنوات من الخبرة المهنية في تصنيع الصفائح المعدنية، وتخصصت في القطع بالليزر، والثني، واللحام، وتقنيات معالجة الأسطح. كمدير فني في شنغن، أنا ملتزم بحل تحديات التصنيع المعقدة ودفع الابتكار والجودة في كل مشروع.
