ما هو القطع بالليزر؟

القطع بالليزر هو أسلوب قطع حراري يستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة ومركز لتسليطه على قطعة العمل. يؤدي ذلك إلى انصهار المادة المشععة أو تبخرها أو تآكلها أو وصولها إلى نقطة الاشتعال بسرعة. في الوقت نفسه، يقوم تيار هواء عالي السرعة متحد المحور مع شعاع الليزر بدفع المادة المنصهرة بعيدًا، مما يؤدي إلى قطع قطعة العمل.

تصنيف وخصائص القطع بالليزر

يمكن تقسيم القطع بالليزر إلى أربعة أنواع: القطع بالتبخير بالليزر، والقطع بالانصهار بالليزر، والقطع بالأكسجين بالليزر، والنقش بالليزر والكسر المتحكم فيه.

القطع بالتبخير الليزري

تستخدم هذه التقنية شعاع ليزر عالي الكثافة لتسخين قطعة العمل، مما يرفع درجة حرارتها بسرعة فائقة إلى نقطة غليان المادة في وقت قصير للغاية، ما يؤدي إلى تبخرها وتكوين بخار. يندفع البخار بسرعة عالية، مُحدثًا قطعًا في المادة أثناء خروجه. ونظرًا لأن معظم المواد تتميز بحرارة تبخر عالية، فإن القطع بالتبخير الليزري يتطلب طاقة وكثافة طاقة عاليتين.

القطع بالليزر

في عملية القطع بالصهر الليزري، يُسخّن الليزر المعدن ويُذيبه. ثم يُضخ غاز غير مؤكسد (مثل الأرجون أو الهيليوم أو النيتروجين، إلخ) عبر فوهة محورية مع شعاع الليزر. يدفع الضغط العالي للغاز المعدن المنصهر، مُحدثًا القطع. على عكس القطع بالتبخير، لا تتطلب هذه الطريقة تبخيرًا كاملًا للمادة، وتستهلك عُشر الطاقة اللازمة للقطع بالتبخير فقط. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لقطع المعادن غير القابلة للأكسدة أو المعادن النشطة كيميائيًا، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألومنيوم وسبائكها.

القطع بالليزر والأكسجين

مبدأ القطع بالليزر الأكسجيني مشابه لمبدأ القطع بالأوكسي أسيتيلين. يعمل الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق، بينما تعمل الغازات النشطة (مثل الأكسجين) كغاز للقطع. من جهة، يتفاعل الغاز المنفوخ مع المعدن المراد قطعه، مما يؤدي إلى تفاعل أكسدة يُطلق كمية كبيرة من حرارة الأكسدة. ومن جهة أخرى، يُزيل الأكاسيد المنصهرة والرواسب من منطقة التفاعل، مُحدثًا قطعًا في المعدن. يُولّد تفاعل الأكسدة أثناء القطع حرارة كبيرة، لذا يتطلب القطع بالليزر الأكسجيني نصف طاقة القطع بالانصهار فقط، بينما سرعة القطع فيه أسرع بكثير من سرعة القطع بالتبخير والانصهار. يُستخدم هذا الأسلوب بشكل أساسي مع المواد المعدنية القابلة للأكسدة مثل الفولاذ الكربوني، وفولاذ التيتانيوم، والفولاذ المُعالج حراريًا.

الكتابة بالليزر والكسر المتحكم به

تستخدم تقنية الكتابة بالليزر ليزرًا عالي الكثافة لمسح سطح المواد الهشة، مما يؤدي إلى تبخير أخدود صغير. ثم يؤدي تطبيق ضغط معين إلى كسر المادة الهشة على طول الأخدود. تُستخدم ليزرات Q-switched وليزر ثاني أكسيد الكربون بشكل شائع في هذه التقنية. أما تقنية الكسر المتحكم به فتستفيد من التوزيع الحراري الحاد الناتج أثناء عملية الكتابة بالليزر لخلق إجهاد حراري موضعي في المواد الهشة، مما يؤدي إلى كسرها على طول الأخدود المرسوم.

تطبيقات القطع بالليزر

تُشغَّل معظم آلات القطع بالليزر عبر برامج التحكم الرقمي (NC) أو تُهيأ كروبوتات قطع. وباعتبارها طريقة معالجة دقيقة، يُمكن للقطع بالليزر قطع جميع المواد تقريبًا، بما في ذلك القطع ثنائي وثلاثي الأبعاد للصفائح المعدنية الرقيقة. في مجال الطيران والفضاء، تُستخدم تقنية القطع بالليزر بشكل أساسي لقطع مواد خاصة مثل سبائك التيتانيوم، وسبائك الألومنيوم، وسبائك النيكل، وسبائك الكروم، والفولاذ المقاوم للصدأ، وأكسيد البريليوم، والمواد المركبة، والبلاستيك، والسيراميك، والكوارتز. تشمل مكونات الطيران والفضاء التي تُعالج بالقطع بالليزر أنابيب اللهب في المحركات، وأغلفة سبائك التيتانيوم ذات الجدران الرقيقة، وهياكل الطائرات، وألواح سبائك التيتانيوم، ودعامات الأجنحة، وألواح ذيل الجناح، والمراوح الرئيسية للمروحيات، وبلاطات العزل الحراري الخزفية لمكوك الفضاء.