مستقبل الصفائح المعدنية تكنولوجيا القطع بالليزر
لقد تغير القطع بالليزر أيضًا خلال العقود القليلة الماضية. أولاً كان هناك ليزر ثاني أكسيد الكربون. سادت هذه العليا لبضعة عقود ، حتى دخل الوافد الجديد المشهد في شكل ليزر الألياف.
تتميز كل من أشعة الليزر CO2 والليزرات بالليزر بمزاياها وعيوبها - غالبًا ما يُنظر إلى CO2 على أنها ليزر متعدد الأغراض ، ولكنها تفتقر أحيانًا إلى السرعة ، في حين أن الألياف تكون أسرع بشكل عام ، إلا أنها تصطدم بحاجز عند قطع المواد السميكة. لقد شهدت الصناعة مؤخرًا أن الليزر الليفي يبدأ في اللحاق بما يصل إلى ثاني أكسيد الكربون من حيث سمك المواد (راجع مقالنا الصادر في مارس 2014 ، "القفزة التالية في قطع ألياف الليزر").
والآن ، تعمل شركات تصنيع المعدات الأصلية (OEMs) على الجيل التالي من أنظمة القطع بالليزر باستخدام نوع جديد من الليزر يسمى ليزر ديود مباشر. ومع ذلك ، لا يوجد سوى ليزر ديود مباشر واحد متاح حاليًا وهو قادر بالفعل على قطع الفولاذ. في الوقت الحالي ، يتم استخدام معظم أنظمة ليزر الصمام الثنائي في عمليات مثل المعالجة الحرارية والكسوة.
وفقًا لـ Coherent ، يوفر HighLight 10000D ، وهو جزء من خط Highlight D-Series من مصادر الليزر ذات الصمام الثنائي المباشر للشركة ، ما يصل إلى 10 كيلو واط من طاقة الصمام الثنائي المباشر بسرعة 975 نانومتر.
عندما طُلب من فرانك غايبلر ، كبير مديري تسويق المنتجات في ليزر CO2 في Coherent، Inc. ، الذي طُلب منه توضيح ما هي أشعة الليزر بالتحديد ، "من المحتمل أن يكون لديك جلسة واحدة على بعد بضعة أقدام منك ، إذا كان لديك جهاز كمبيوتر مع مشغل CD أو DVD أو Blu-Ray.
"إنه جهاز أشباه الموصلات ، في ظل الظروف المناسبة ، ينبعث ضوء الليزر ، بدلاً من الضوء غير المتسق مثل الصمام ، مما يعني أنه يمكن التركيز على بقعة أكثر تشددًا."
يقول غايبلر أن الخلاصة هي أن أشعة الليزر ذات الصمام الثنائي المباشر تتسم بالكفاءة العالية للكهرباء.
"بالنسبة لكمية الكهرباء التي أدخلتها ، تحصل على قدر لا بأس به من الطاقة الضوئية" ، كما يوضح. "هذا يتناقض مع معظم أنواع الليزر الأخرى حيث قد تحصل على نسبة تحويل قليلة في المئة فقط - يمكنك استخدام الكثير من الطاقة ، وستحصل على كمية صغيرة جدًا من الضوء."
تم لحام هذا السكن باستخدام ليزر ديود مباشر.
تشرح Tracey Ryba ، مديرة منتجات الليزر في TRUMPF North America ، ما الذي يجعل الليزر ديود مختلفًا تمامًا.
يقول "بغض النظر عن تقنية الليزر التي تتحدث عنها ، فإن لديهم المكونات الثلاثة نفسها: الوسط النشط ، والإثارة والتجويف البصري". "بشكل نموذجي ، على مدى السنوات العشر الماضية ، تم استخدام الثنائيات لضخ ألياف الليزر أو الأقراص ، ولكن مع تغير التكنولوجيا ، رأينا انفجارًا في تكنولوجيا الصمام الثنائي في جودة الشعاع ، أو سطوع الصمام الثنائي. لقد تحسن هذا الأمر بشكل كبير ، لذلك نحن الآن قادرون بالفعل على أخذ هذه الثنائيات المضخّة وإدخالها في الألياف مباشرة. بهذه الطريقة ، لم تعد تضخ الوسيط بشكل نشط.
مع ثاني أكسيد الكربون ، تستخدم الكهرباء لضخ الغاز ؛ مع الألياف والقرص ، كنت تستخدم الثنائيات لضخ. والآن نحن قادرون فعلاً على أخذ هذا الصمام الثنائي الذي كان يضخ تلك الوسائط ، ويأخذ ضوء الصمام الثنائي نفسه ، ويجمعه مباشرة في الألياف ويسلمها إلى قطعة العمل. هذا هو حقيقة تطور تكنولوجيا الصمام الثنائي على مدى السنوات الخمس أو السبع الماضية ؛ وبعبارة أخرى ، قطعت أشعة الليزر ذات الصمام الثنائي المباشر الوسيط ، وهي بذلك توفر معدلات كفاءة أعلى بكثير.
يقول ريبا: "إذا كنت تبحث عن ليزر ثاني أكسيد الكربون ، فإنها توفر حوالي 10 بالمائة من كفاءة التوصيل بالجدار". "تعمل ليزرات الليزر والألياف بحرق يصل إلى 30 بالمائة تقريبًا كفاءة في استهلاك الطاقة ، بينما تعمل ليزر الديود على حوالي 40 بالمائة تقريبًا من كفاءة التوصيل بالحائط ، وربما تقترب من 50 بالمائة تقريبًا في السنوات القادمة. مع ليزر ديود ، تقوم في الأساس بإزالة أجزاء من الليزر ، وكنت في الواقع تستخدم جزء المضخة فقط ، وبالتالي تصبح عملية فعالة للغاية. "
إلى جانب زيادة كفاءة التوصيل بالجدار ، يشير Gaebler أيضًا إلى أن ليزر الصمام الثنائي يولد حرارة أقل. "على النقيض من ذلك ، مع الليزر CO2 ، يجب أن يكون لديك الماء والتبريد ، وأجهزة التبريد أكبر وأكثر تعقيدًا من الليزر نفسه ، لأنه يجب عليك إزالة كل هذه الحرارة - تلك الحرارة الموجية التي يتم إنتاجها بسبب عدم كفاءة التحويل من الكهرباء إلى الضوء. "
وفقًا لـ TRUMPF ، يوفر TruDiode 6006 طاقة تبلغ 6000 واط عند طول موجي يتراوح بين 920 و 1040 نانومتر ، وقد تم تصميمه من أجل لحام مختلط بالليزر ولحام بالاختراق العميق ولحام التوصيل الحراري ولحام الليزر بالبلاستيك.
في الوقت الحالي ، تتمثل التطبيقات الرئيسية لأشعة الليزر ذات الصمام الثنائي في المعالجة الحرارية والكسوة ، ولكل من هاتين العمليتين ، تعتبر الليزر ذات الصمام الثنائي المباشر مفيدة للغاية. نظرًا لخصائصها الفريدة ، فإنها تتيح للمستخدمين تسخين أي مادة تعمل بشكل انتقائي.
يعطي Gaebler مثالًا للمعالجة الحرارية. "يمكنك تسخين الأسنان المسننة ، أو حافة الأدوات ، أو شيء مشابه مع شعاع الليزر هذا ، ولا يؤدي ذلك إلا إلى ارتفاع درجات الحرارة فقط مع هذه الميكرونات القليلة الأولى ، لا سيما لأنها تمتصه جيدًا نسبيًا. أنت لا تشوه الجزء ، والأمر الآخر هو أنه ، لأنك تقوم بتسخينه بشكل انتقائي ، بمجرد إيقاف تشغيل الليزر ، يروي الهواء بشكل عام. أنت عموما لا تحتاج إلى أي نوع من إخماد نشط. لقد قضيت على كل هذه الخطوات الإضافية. لقد انفجرت بالليزر ، إنها تصلب بالضبط المكان الذي تريده ، ولا شيء غير ذلك ، والازدهار ، لقد انتهيت. بشكل عام ، هناك حاجة إلى الحد الأدنى أو أي معالجة بعد المطلوبة. هذه هي الميزة الكبيرة ".
بالنظر إلى جميع مزايا الليزر ديود ، قد يتساءل المرء لماذا لم يتم استخدامها بعد لقطع الصفائح المعدنية. الجواب هو أنه في جميع الحالات تقريبًا ، لا تتمكن ليزر دايود مباشر من إنتاج السطوع الضروري لعمليات القطع.
الجميع يعملون على ذلك كهدف نهائي. يقول ريبا ، ليس فقط TRUMPF ، ولكن جميع الشركات. "نحن بالفعل قادرون على القيام بذلك في بيئة معملية ، لذا فقد وصل الأمر الآن إلى المستوى الصناعي. لقد تحسنت التكنولوجيا في الحصول على سطوع أعلى من الثنائيات. تتغير هذه التكنولوجيا كل عام ، ومع تطور التكنولوجيا ، سنأتي بها إلى السوق ".
تتنبأ Ryba بأن محلات العمل يمكن أن ترى ليزر ديود مباشر قادر على قطع الفولاذ في السوق خلال السنوات الخمس القادمة. قد يحدث هذا في وقت أقرب من ذلك بكثير ، ولكن على أي حال ، ستكون السنوات القليلة القادمة مثيرة للاهتمام للغاية بالنسبة لتكنولوجيا القطع بالليزر ، وعلى وشك أن يحدث ثورة في المشهد الطبيعي.
