برش لیزری چیست؟

برش لیزری یک روش برش حرارتی است که از پرتو لیزر متمرکز با چگالی توان بالا برای تابش به قطعه کار استفاده می‌کند. این امر باعث می‌شود ماده تابش شده به سرعت ذوب، تبخیر، فرسایش یا به نقطه احتراق خود برسد. در همین حال، جریان هوای پرسرعت هم محور با پرتو لیزر، ماده مذاب را به بیرون پرتاب می‌کند و در نتیجه قطعه کار را برش می‌دهد.

طبقه بندی و ویژگی های برش لیزری

برش لیزری را می‌توان به چهار نوع تقسیم کرد: برش تبخیر لیزری، برش همجوشی لیزری، برش اکسیژن لیزری و حکاکی لیزری و شکست کنترل‌شده.

برش لیزری تبخیری

این روش از پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا برای گرم کردن قطعه کار استفاده می‌کند و دمای آن را در مدت زمان بسیار کوتاهی به سرعت تا نقطه جوش ماده بالا می‌برد و باعث تبخیر و تشکیل بخار می‌شود. بخار با سرعت بالا خارج می‌شود و هنگام خروج، برشی در ماده ایجاد می‌کند. از آنجایی که اکثر مواد گرمای تبخیر بالایی دارند، برش تبخیر لیزری به توان و چگالی توان قابل توجهی نیاز دارد.

برش لیزری فیوژن

در برش لیزری ذوبی، لیزر ماده فلزی را گرم و ذوب می‌کند. سپس یک گاز غیر اکسید کننده (مانند Ar، He، N و غیره) از طریق یک نازل هم محور با پرتو لیزر دمیده می‌شود. فشار بالای گاز، فلز مذاب را بیرون می‌راند و برش را تشکیل می‌دهد. برخلاف برش تبخیری، این روش نیازی به تبخیر کامل ماده ندارد و فقط 1/10 انرژی مورد نیاز برای برش تبخیری را مصرف می‌کند. این روش عمدتاً برای برش فلزات غیر اکسید شونده یا واکنش پذیر، از جمله فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، آلومینیوم و آلیاژهای آنها استفاده می‌شود.

برش اکسیژن لیزری

اصل برش اکسیژن لیزری مشابه برش اکسی استیلن است. لیزر به عنوان منبع حرارتی پیش گرم کننده عمل می‌کند، در حالی که گازهای فعال (مانند اکسیژن) به عنوان گاز برش عمل می‌کنند. از یک طرف، گاز دمیده شده با فلز در حال برش واکنش می‌دهد و یک واکنش اکسیداسیون را آغاز می‌کند که مقدار زیادی گرمای اکسیداسیون آزاد می‌کند. از طرف دیگر، اکسیدهای مذاب را از منطقه واکنش دور می‌کند و ذوب می‌شود و برشی در فلز ایجاد می‌کند. واکنش اکسیداسیون در حین برش گرمای قابل توجهی تولید می‌کند، بنابراین برش اکسیژن لیزری فقط به نصف انرژی برش ذوبی نیاز دارد، در حالی که سرعت برش آن بسیار سریعتر از برش تبخیر و ذوبی است. این روش در درجه اول برای مواد فلزی قابل اکسید شدن مانند فولاد کربنی، فولاد تیتانیوم و فولاد عملیات حرارتی شده اعمال می‌شود.

حکاکی لیزری و شکستگی کنترل‌شده

حکاکی لیزری از یک لیزر با چگالی انرژی بالا برای اسکن سطح مواد شکننده استفاده می‌کند و یک شیار کوچک را تبخیر می‌کند. اعمال مقدار مشخصی فشار باعث می‌شود ماده شکننده در امتداد شیار بشکند. لیزرهای Q-switched و لیزرهای CO₂ معمولاً برای حکاکی لیزری استفاده می‌شوند. شکستگی کنترل‌شده، توزیع دمای شیب‌دار تولید شده در طول شیارکاری لیزری را برای ایجاد تنش حرارتی موضعی در مواد شکننده به کار می‌گیرد و باعث می‌شود که آنها در امتداد شیار حکاکی شده بشکنند.

کاربردهای برش لیزری

اکثر دستگاه‌های برش لیزری از طریق برنامه‌های کنترل عددی (NC) کار می‌کنند یا به عنوان ربات‌های برش پیکربندی شده‌اند. برش لیزری به عنوان یک روش پردازش دقیق، می‌تواند تقریباً همه مواد، از جمله برش دو بعدی یا سه بعدی ورق‌های فلزی نازک را برش دهد. در حوزه هوافضا، فناوری برش لیزری عمدتاً برای برش مواد ویژه هوافضا مانند آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای کروم، فولاد ضد زنگ، اکسید بریلیم، مواد کامپوزیتی، پلاستیک، سرامیک و کوارتز استفاده می‌شود. اجزای هوافضا که توسط برش لیزری پردازش می‌شوند شامل لوله‌های شعله موتور، پوشش‌های آلیاژ تیتانیوم با دیواره نازک، قاب‌های هواپیما، پوسته‌های آلیاژ تیتانیوم، استرینگرهای بال، پنل‌های بال دم، روتورهای اصلی هلیکوپتر و کاشی‌های عایق حرارتی سرامیکی شاتل فضایی هستند.