تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
القطع بالليزر هو استخدام شعاعٍ من الفوتونات المتماسكة للحصول على طاقةٍ عالية التركيز مركزة بنقطة ساخنة صغيرة، ويتسبّب الشعاع الليزري في إذابة وتبخير مجموعةٍ متنوعةٍ وواسعةٍ من المواد.
ما هي أهمُّ تطبيقات القطع بالليزر؟
تتنوع تطبيقات القطع بالليزر، ويتزايد نطاق استخدامها، وتشمل:
1- تقطيع الصفائح.
2- تقطيع الأنابيب بسرعة عالية.
3- نقش الرسومات الدقيقة.
4- الحفر الدقيق على الألماس، ويستعمل شعاع الليزر أيضاً في صناعات ولحام الرقائق الإلكترونية.
ما هي مزايا القطع بالليزر؟
يؤمن القطع بالليزر مزايا كثيرةً مقارنةً مع طرق القطع التقليدية، وتشمل: الدقة العالية، وعدم تلوث المادة المقصوصة، والسرعة العالية، وإمكانية قطع الرسومات ثنائية الأبعاد الشديدة التعقيد. على الرغم من القدرات الكبيرة التي يؤمنها القطع بالليزر، فإن بعض عمليات القطع البديلة تقدم أداءً مشابهاً من خلال تقنيات مختلفة تمامًا، مثل: القطع بنفث الماء، والتصنيع باستخدام الحاسب CNC، والقطع بالبلازما.
ما هي إيجابيات القطع بالليزر؟
1- الدقة العالية (Precision)
إن صغر قطر شعاع الطاقة الليزري، والدقة التي يمكن بها تحريك شعاع الليزر أو الطاولة الحاملة للصفائح، يضمن جودة قطعٍ عاليةٍ جداً، ويسمح بتنفيذ تصميماتٍ معقدةٍ يمكن قطعها بسرعات تغذيةٍ عالية.
2- لا يوجد تلوث للمواد (No Material Contamination)
يتطلب تصنيع الأجزاء بطريقة القطع التقليدية باستخدام ريش القطع الدوارة استخدام سوائل تبريد، ويمكن لسائل التبريد هذا أن يلوث الأجزاء المقطوعة، وبذلك يجب بعد القطع إزالة الشحوم منها. قد تتطلب عمليات التنعيم بطريقة الشحذ أيضًا استخدام سائل تبريد وتشحيم، وإن تآكل قرص الشحذ المُستخدم في التنعيم (وهو جزء طبيعي من العملية) يترك حبيبات كربيدية (Carbide)، والتي تشكل خطراً في العديد من المنتجات. وإن قطع الماء أيضاً يترك بقايا، بينما تستعمل تقنية القطع بالليزر الطاقة الضوئية، والغازات فقط، ولا يشكل أي خطرٍ لتلوث المواد للأجزاء المُصنّعة.
3- سرعة القطع العالية
يمكن لعددٍ قليلٍ فقط من طرق الإنتاج أن تقترب بسرعة قطعها للمواد من سرعة القطع باستخدام الليزر، وتُعتبر سرعة القطع بالليزر أسرع بعشر مرات من طريقة القطع باستخدام المنشار الشريطي (Bandsaw)، وأسرع بحوالي 75 مرة من طريقة القطع باستخدام السلك (Wire cutting).
4- إمكانية قطع تصميمات ثنائية الأبعاد غاية في التعقيد (Unlimited 2D Complexity)
بفضل كل من طريقة التحكم الرقمي باستخدام الحاسب CNC في حركة شعاع الليزر باستخدام لغة الـ G-code، وبفضل الحجم الصغير للنقطة المركزة الساخنة لطاقة شعاع الليزر، يتمُّ قطع المواد والخامات التي يتمُّ ربطها بشكلٍ ضعيفٍ بالجسم الرئيسي للطاولة دون أي استخدام للقوة، وبالتالي فإن العملية تتقيد فقط بخصائص المواد أكثر من تقيدها بقدرات عملية القطع.
5- تنوع المواد المُمكن قطعها بطريقة الليزر (Variety of Materials)
يعدُّ القطع بالليزر تقنيةً مرنةً يمكن استخدامها لقطع مواد مختلفة بكفاءة، مثل: الأكريليك، والبوليمرات الأخرى، والفولاذ، المقاوم للصدأ (الستانليس)، والفولاذ الطري، والتيتانيوم، وخلائط النيكل، والتنغستين. ويتزايد هذا التنوع مع تطور هذه التكنولوجيا، فمثلاً: يمكن استخدام ليزر ثنائي التردُّد لقطع المواد المركبة المُقوّاة بألياف الكربون باستخدام تردُّدٍ خاص لقطع الألياف، وتردُّد خاص لقطع المادة الرابطة.
6- تستخدم في العديد من التطبيقات (Variety of Applications)
تستخدم في العديد من الصناعات بفضل الجمع بين التنوع، والدقة، وسرعات القطع العالية، ويُعتبر الورق مثلاً مادةً أساسيةً للإنتاج في معظم الصناعات. تشمل تطبيقات القطع بالليزر في الصناعة هياكل الطائرات، والسفن، وصناعة البدائل الصناعية الطبية، وصناعة الإلكترونيات، وتصنيع النماذج الأولية، والإنتاج الكمي، وتصنيع أجزاء الديكور الداخلي، والصناديق الفنية.
ما هي سلبيات القطع بالليزر؟
1- محدودية السماكة المُمكن قطعها
تصنّع معظم آلات القطع بالليزر بمجال طاقة قطعٍ أقل من 6 كيلو واط، وهذا يعطي إمكانية قطعٍ لسماكة معادن حتى 12 مم تقريبًا، ولا تستطيع الآلة تنفيذ سماكة القطع هذه إلا ببطء (حوالي 10 مم/ثانية)، وتنطبق هذه المحدودية في السماكة على طرق القطع بنفث الماء، والقطع بالتفريغ الكهربائي (السلك)، وتنجز طرق القطع الثلاث هذه عمق قطعٍ أكبر، وسرعة قطعٍ أعلى مقارنةً بطرق القطع الأخرى.
2- الغازات والأبخرة الضارة الناتجة خلال القطع
في حين أن العديد من المواد، وخاصةً المعادن لا تنتج غازاتٍ ضارة في عملية القطع بالليزر، فإن العديد من البوليمرات، وبعض المعادن تفعل ذلك. فمثلاً: تنتج مادة التفلون (PTFE)، ومختلف البوليمرات الفلورية (Fluoropolymers) غاز الفوسجين (Phosgene)، وهو ضارٌّ للبشر عند تسخينه إلى درجات حرارةٍ عالية، وتتطلب هذه المواد عملية قطعٍ ضمن بيئةٍ خاصة، وخاضعةٍ للرقابة.
3- استهلاك عالي للطاقة
تحتاج آلات القطع بالليزر استهلاك طاقةٍ أعلى من آلات القطع الأخرى، وتستهلك آلة تفريزٍ مبرمجةٍ ثلاثية المحاورCNC) Milling) خلال قطع ألواح فولاذية ذات سماكة 40 مم حوالي 1/10 من الطاقة اللازمة لآلة القطع بالليزر التي تقطع نفس السماكة من المادة. لكن زمن تنفيذ عملية القطع هو دقيقةٌ واحدة على آلة القطع بالليزر، و20 دقيقة على آلة التفريز (CNC Milling)، وبالتالي صافي استهلاك الطاقة لآلة القطع بالليزر نصف استهلاك الطاقة لآلة القطع باستخدام آلة التفريز المبُرمج (CNC).
الخلاصة
عملية القطع بالليزر هي عملية قطعٍ عدم تلامسية للحصول على عملية قطع سريعة، يمكن اختيار القطع بآلات الليزر المبرمجة CNC، بينما عندما نحتاج لقطع المواد ذات السماكة الكبيرة، وعند تنفيذ عمليات القطع التي تتطلب نعومةً كبيرةً وإنهاء دقيقاً، يمكن اختيار القطع بالتفريغ الكهربائي بالسلك (EDM wire cutting).
إن آلات القطع بالليزر CNC هي التكنولوجيا الأكثر طلبًا بين الميكانيكيين في عالمنا اليوم، وعلى الرغم من أن آلات القطع بالليزر المبرمجة CNC باهظة الثمن، إلا أن مستوى التفاصيل التي تقدمها مقارنةً بآلات القطع بالبلازما يجعلها الخيار الأمثل. [1]
المراجع البحثية
1- Xometry, T. (n.d.). Advantages and Disadvantages of Laser Cutting. Xometry. Retrieved October 26, 2023
