تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

تُعتبر عملية القطع (Machining) باستخدام الليزر (Laser cutting) من أنواع عمليات التشغيل غير التقليدية (Non-Conventional Machining)، والمُصنّفة بدورها من عمليات الحصول على الشكل الأولي (Shaping process)، والتي تُعتبر من أنواع عمليات الإنتاج (Processing operations) المُدرجة بدورها تحت بند عمليات التصنيع (Manufacturing Process). يتطلب التصنيع الحديث غالبًا دقةً متناهيةً في قطع المواد شديدة الصلابة. يعدُّ القطع بالليزر أفضل طرق القطع في هذه الأيام، حيث اكتسب الكثير من الاهتمام، ويتمُّ استعماله في العديد من القطاعات.

ما هو القطع بالليزر؟

تستخدم تقنية القطع بالليزر شعاعاً ليزرياً عالي الطاقة لقطع أي مادة، ويرمز مصطلح الليزر إلى تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المُحفّز للإشعاع، وتستخدم عملية القطع بالليزر شعاعًا مركزًا عالي الكثافة الطاقية، بحيث يتمّ تسليط شعاع الليزر على المنطقة المراد قطعها، وإذابتها، أو تبخيرها بسرعة.

وتتمُّ إزالة المادة المنصهرة من منطقة القطع بواسطة نفث هواءٍ عالي السرعة متحدٍ مع الشعاع الليزري، وبالتالي قطع المادة، ويمكن أن يستعمل القطع بالليزر لقطع جميع أنواع المواد بغضّ النظر عن خصائصها الفيزيائية. ^[1]

تاريخ القطع بتقنية الليزر

يعود أول استخدام لعملية القطع بالليزر إلى الستينيات، حيث اخترع تيودور مايمان (Theodore Maiman) تكنولوجيا الليزر في عام 1960، وتمَّ تطبيق هذه التكنولوجيا في عام 1965 لإجراء قطعٍ وثقوبٍ في الألماس، وبعد ذلك تمَّ اعتمادها فوراً لتطبيقاتٍ أخرى. بحلول السبعينيات أصبحت عملية القطع بالليزر عمليةً تجاريةً لقطع التيتانيوم في صناعة الطيران. ^[1]

كيف تطورت تقنية القطع بالليزر؟

شهدت تكنولوجيا القطع بالليزر العديد من التطورات السريعة منذ اختراعها في عام 1960، وفي عام 1963 طور إلياس سنيتزر (Elias Snitzer) مفهوم ألياف الليزر. ومع ذلك، فقد استغرق الأمر عقدين من الزمن لتحسين هذه التكنولوجيا بالكامل للتطبيقات التجارية.

أثناء عمل كومار باتل (Kumar Patel) في مخابر Bell Labs، قام باختراع ليزر ثاني أوكسيد الكربون في عام 1964، وكان ليزرًا قويًا للغاية مع وضع التشغيل المستمر، أما التطورات في العقود القليلة التالية، فقد دمجت القطع بالليزر مع تكنولوجيا ناشئة أخرى هي التحكُّم الرقمي باستخدام الحاسب (CNC). ^[1]

شعاع الليزر المُستمر وشعاع الليزر النبضي

تعمل أشعة الليزر بطريقتين: مستمرة، ونبضية. القطع المستمر بالليزر يستخدم شعاع الضوء لفترةٍ طويلةٍ دون انقطاعات، ويستخدم الوضع النبضي أشعة ليزر عالية الطاقة لفترةٍ قصيرة، ويسمح ضغط النبضات بزيادة كثافة الطاقة للشعاع الليزري.

ما هي مصادر شعاع الليزر؟

1- القطع بليزر ثاني أوكسيد الكربون (CO2 Laser)

يحدث تضخيم الليزر من خلال تفريغ غاز ثاني أوكسيد الكربون، ويعدُّ ليزر ثاني أوكسيد الكربون أحد أقدم أنواع الليزر، وأكثرها شيوعًا، ويحتوي الغاز على ثاني أوكسيد الكربون، والنيتروجين، والهيدروجين، والزينون، والهيليوم. يمكن أن تأتي آلة القطع بالليزر CO2 بخيارين، إما مع استخدام غاز الأوكسجين أو مع استخدام غاز النيتروجين.

يُفضّل غاز الأوكسجين لقطع المواد السميكة بالليزر، ويؤدي استخدام القطع بالليزر ثاني أوكسيد الكربون مع استخدام غاز الأوكسجين إلى إنشاء طبقة أوكسيد على سطح القطع. بينما يُفضّل استخدام غاز النيتروجين في قطع الصفائح الرقيقة بالليزر.

2- القطع بالليزر الناتج عن التضخيم في الألياف الضوئية (Fiber Laser)

تستخدم الألياف الضوئية لتضخيم الضوء بدلاً من عملية تفريغ الغاز التقليدية، ويمرُّ الضوء المُنبعث عبر الديودات الليزرية (Laser diodes) عبر الألياف الضوئية، ويكون شعاع الضوء الناتج قويًا بما يكفي لإذابة الفولاذ حتى سماكة 1 سم. غالبًا ما يصحب شعاع الضوء الليزري الناتج تدفُّق هواءٍ قوي، ويقوم الهواء بدفع المادة المنصهرة بعيدًا للحصول على حواف قطعٍ نظيفة، وتستخدم الألياف الضوئية عدة عناصر، مثل: اليتربيوم (Ytterbium)، والنيوديميوم (Neodymium)، والإربيوم (Erbium)، والديسبروسيوم (Dysprosium).

3- القطع بالليزر الناتج عن التضخيم في بلورات (Nd: YAG Laser)

يرمز (Nd :YAG) إلى حجر (الألومنيوم الإيتريوم) المُغطّى بالنيوديميوم، وتُستخدم بلوراته في تقنية الليزر لتضخيم الشعاع بدلاً من تفريغ الغاز أو الألياف، ويمكن من خلالها الحصول على شعاع الليزر المستمر والنبضي.

4- القطع المباشر بالليزر ديود (Direct Diode Laser)

يستخدم ليزر الديود المباشر (DDL) شعاع الليزر الناتج مباشرةً من الديودات، ولا توجد وسائط تضخيم، مثل: تفريغ الغاز، أو الألياف، حيث تُنتج الديودات مباشرةً شعاع ليزرٍ قويّ يكفي لعملية القطع، ويتميز القطع بالليزر الديود المباشر بكفاءة قطعٍ عالية. ^[2]