مكونات ومبادئ عملآلة قطع بالليزر

تتكون آلة القطع بالليزر من جهاز إرسال الليزر، ورأس القطع، ومكون نقل الشعاع، ومنضدة عمل آلة القطع، ونظام التحكم الرقمي الحاسوبي، والكمبيوتر (الأجهزة والبرامج)، والمبرد، وأسطوانة الغاز الواقية، وجامع الغبار، ومجفف الهواء، ومكونات أخرى.

1. مولد الليزر: جهاز يُولّد مصدر ضوء ليزري. لأغراض القطع بالليزر، باستثناء حالات قليلة تُستخدم فيها ليزرات YAG الصلبة، فإن معظمها يستخدم ليزرات غاز ثاني أكسيد الكربون ذات كفاءة تحويل كهروضوئية عالية وقدرة خرج عالية. ونظرًا لأن القطع بالليزر يتطلب جودة شعاع عالية جدًا، فلا يمكن استخدام جميع أنواع الليزر في هذا المجال.

٢. يتكون رأس القطع بشكل أساسي من أجزاء مثل الفوهة وعدسة التركيز ونظام تتبع التركيز. يُستخدم جهاز تشغيل رأس القطع لتحريك رأس القطع على طول المحور Z وفقًا للبرنامج. ويتكون من محرك سيرفو وأجزاء نقل الحركة مثل قضبان لولبية أو تروس.

(1) الفوهة: هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الفوهات: المتوازية والمتقاربة والمخروطية.

(2) عدسة التركيز: لاستخدام طاقة شعاع الليزر في القطع، يجب تركيز الشعاع الأصلي المنبعث من الليزر بواسطة العدسة لتشكيل بقعة ذات كثافة طاقة عالية. العدسات متوسطة وطويلة البؤرة مناسبة لقطع الصفائح السميكة، وتتميز بمتطلبات منخفضة فيما يتعلق بثبات تباعد نظام التتبع. أما العدسات قصيرة البؤرة فهي مناسبة فقط لقطع الصفائح الرقيقة التي تقل سماكتها عن D3. تتطلب العدسات قصيرة البؤرة ثباتًا عاليًا في تباعد نظام التتبع، ولكنها تُقلل بشكل كبير من متطلبات طاقة خرج الليزر.

(3) نظام التتبع: يتكون نظام تتبع التركيز في ماكينة القطع بالليزر عمومًا من رأس قطع مركزي ونظام استشعار للتتبع. يشمل رأس القطع أجزاءً لتركيز موجه الضوء، والتبريد المائي، والنفخ الهوائي، والضبط الميكانيكي. يتكون المستشعر من عنصر استشعار وجزء للتحكم في التضخيم. يختلف نظام التتبع اختلافًا جذريًا باختلاف عناصر الاستشعار. يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة التتبع: الأول هو نظام التتبع باستخدام مستشعر سعوي، ويُعرف أيضًا بنظام التتبع غير التلامسي؛ والآخر هو نظام التتبع باستخدام مستشعر حثي، ويُعرف أيضًا بنظام التتبع التلامسي.

3. مسار الضوء الخارجي لمكون نقل الشعاع: مرآة انكسارية تُستخدم لتوجيه الليزر في الاتجاه المطلوب. ولمنع تعطل مسار الشعاع، يجب حماية جميع المرايا بغطاء واقٍ، ويُضخ غاز واقٍ نظيف ذو ضغط موجب لحماية العدسة من التلوث. تعمل مجموعة من العدسات عالية الأداء على تركيز شعاع الليزر دون أي زاوية تباعد في بقعة متناهية الصغر. يُستخدم عادةً عدسة ببعد بؤري 5 بوصات، بينما تُستخدم عدسة ببعد بؤري 7.5 بوصة فقط للمواد التي يزيد سمكها عن 12 مم.

4. منضدة عمل آلة الأدوات - الجزء الرئيسي لآلة الأدوات: جزء آلة الأدوات في آلة القطع بالليزر، الجزء الميكانيكي الذي يحقق حركة المحاور X و Y و Z، بما في ذلك منصة عمل القطع.

5. نظام التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) يتحكم نظام التحكم الرقمي الحاسوبي في آلة التشغيل لتحقيق حركة المحاور X و Y و Z، كما يتحكم أيضًا في طاقة خرج الليزر.

٦. نظام التبريد (المبرد): يُستخدم لتبريد مولد الليزر. الليزر جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. على سبيل المثال، تبلغ نسبة تحويل الطاقة في ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون عادةً ٢٠٪، وتُحوّل الطاقة المتبقية إلى حرارة. يعمل ماء التبريد على إزالة الحرارة الزائدة للحفاظ على عمل مولد الليزر بشكل طبيعي. كما يُبرّد المبرد العاكس وعدسة التركيز في المسار البصري الخارجي لآلة التشغيل لضمان جودة نقل شعاع مستقرة ومنع تشوه العدسة أو انفجارها نتيجة ارتفاع درجة الحرارة.

7. أسطوانات الغاز: تشمل أسطوانات الغاز أسطوانات غاز وسيط التشغيل لآلة القطع بالليزر وأسطوانات الغاز المساعدة، والتي تستخدم لتكملة الغاز الصناعي لتذبذب الليزر وتزويد رأس القطع بالغاز المساعد.

8. يقوم نظام إزالة الغبار باستخراج الدخان والغبار المتولد أثناء المعالجة، ويقوم بترشيحها لجعل انبعاثات غاز العادم تفي بمعايير حماية البيئة.

9. يتم استخدام مجففات وفلاتر تبريد الهواء لتزويد مولد الليزر ومسار الشعاع بهواء نظيف وجاف للحفاظ على عمل المسار والعاكس بشكل طبيعي.