چگونه دستگاه‌های برش لیزری را برای کارهای فلزی با حجم کم انتخاب کنیم؟

فیبر در مقابل CO2 ماشین های برش لیزر : تطبیق فناوری با نوع فلز و حجم تولید

دلایل برتری لیزر فیبر در برش فلز در تولید کم‌حجم: کارایی، مدیریت انعکاس نور و فضای اشغالی کمتر

فیبر دستگاه‌های برش لیزری واقعاً درخشان هستند هنگام کار با مقادیر کم قطعات فلزی. این دستگاه‌ها دارای ساختاری مستحکم هستند که آن‌ها را بسیار کارآمدتر از سیستم‌های سنتی مبتنی بر گاز دی‌اکسید کربن می‌کند و اغلب حدود ۳۵ درصد یا بیشتر در صورت‌های برق صرفه‌جویی می‌کنند. یکی از مزایای بزرگ این است که این دستگاه‌ها چگونه مواد بازتابنده مانند مس و آلومینیوم را بدون ایجاد آسیب ناشی از بازتاب‌های مزاحم پشتی مدیریت می‌کنند، بنابراین نیازی به هزینه کردن بیشتر برای پوشش‌های ضد بازتاب ویژه روی عدسی‌ها نیست. علاوه بر این، این لیزرها فضای کمتری در خط تولید اشغال می‌کنند و گاهی نیاز به فضا را تقریباً نصف می‌کنند که در محیط‌های کارگاهی تنگ اهمیت زیادی دارد. هنگام کار با ورق‌های فولادی نازک‌تر با ضخامت کمتر از ۶ میلی‌متر، لیزر فیبری معمولاً مواد را حدود ۳۰ درصد سریع‌تر از مدل‌های قدیمی CO2 برش می‌دهد که به معنای تکمیل سریع‌تر نمونه‌های اولیه و تحویل زودتر تولید انبوه است.

زمانی که لیزر CO2 همچنان مرتبط است: مواد ترکیبی و موارد استثنا در فلزات ضخیم

هنوز هم موقعیت‌هایی وجود دارند که در آن‌ها استفاده از لیزر CO2 علیرغم جایگزین‌های جدیدتر منطقی است. یکی از این موارد زمانی است که با موادی سروکار داریم که تنها فلز نیستند و شامل سایر اجزا نیز می‌شوند. به عنوان مثال، واشرهای فلزی متصل‌شده با لاستیک را در نظر بگیرید. لیزر CO2 توسط این بخش‌های غیرفلزی بهتر جذب می‌شود تا آنچه لیزر فیبر می‌تواند مدیریت کند. سناریوی دیگری شامل کار با ورق‌های فولادی سازه‌ای بسیار ضخیم، بیش از ۱۵ میلی‌متر است. در اینجا طول موج بلندتر لیزر CO2 که حدود ۱۰٫۶ میکرون است، تفاوت واقعی ایجاد می‌کند. برش‌ها صاف‌تر خواهند بود و شیب لبه‌ها به‌مراتب کمتر است که برای قطعاتی که باید به‌درستی وزن را تحمل کنند، اهمیت زیادی دارد. مسائل حرارتی نیز عامل دیگری هستند. هنگام انجام عملیات طولانی روی ورق‌های ضخیم، سیستم‌های CO2 تمایل دارند ساعت‌ها پیوسته بدون انحراف از مسیر باقی بمانند، در حالی که لیزر فیبر گاهی هنگام گرم شدن از مسیر منحرف می‌شوند.

رد کردن افسانهٔ «فقط فیبر»: انعطاف‌پذیری در محیط‌های نمونه‌سازی ترکیبی مواد

چیزی که واقعاً بهتر جواب می‌دهد، بستگی به نوع موادی دارد که روزانه استفاده می‌شود، نه اینکه فقط به یک روند فناوری پایبند باشیم. کارگاه‌هایی که به طور مداوم بین مواد مختلف تغییر می‌دهند، مانند کسانی که کار ساخت نمونه اولیه برای هواپیما با قطعات آلومینیومی، تیتانیومی و مواد کامپوزیتی انجام می‌دهند، اغلب دریافته‌اند که بهتر است هر دو سیستم لیزری را فعال نگه دارند. لیزرهای فیبری زمانی عالی هستند که نیاز به تغییرات سریع در قطعات فلزی باشد، اما زمانی که نیاز به یک الگوی آکریلیک یا قطعه‌ای از پلیمر عایق باشد، داشتن سیستم CO2 در محل، به جای انتظار برای تأمین از فروشندگان خارجی، از دردسرهای زیادی جلوگیری می‌کند. طبق گزارش‌هایی از سوی افراد FMA که این موارد را پیگیری می‌کنند، ترکیب این دو فناوری زمان انتظار برای ساخت‌های پیچیده را حدود ۲۲٪ کاهش می‌دهد. این تفاوت سرعت در طول زمان در محیط‌های تولیدی شلوغ، تأثیر قابل توجهی دارد.

اندازه‌گیری توان لیزر بر اساس ضخامت ماده و نیازهای سری تولید

تطبیق خروجی ۱ تا ۶ کیلووات با فلزات رایج: فولاد، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، مس و برنج

شروع کردن با توان لیزر مناسب، با بررسی نوع ماده و ضخامت آن آغاز می‌شود. فولاد کربنی که بازتاب‌دهنده نیست و ضخامتی کمتر از ۴ میلی‌متر دارد، معمولاً به خوبی با لیزرهایی در محدوده ۱ تا ۲ کیلووات کار می‌کند. کار با فولاد ضدزنگ تا ضخامت ۶ میلی‌متر کمی پیچیده‌تر است و همچنین فلزات براق مانند آلومینیوم و مس که به دلیل بازتاب بالا و هدایت حرارتی متفاوت، به حدود ۳ تا ۴ کیلووات توان نیاز دارند. هنگام کار با قطعات ضخیم‌تر در محدوده ۱۰ تا ۲۰ میلی‌متر، استفاده از توان ۴ تا ۶ کیلووات به حفظ کیفیت برش کمک می‌کند. اما باید مراقب مس و برنج بود؛ زیرا این فلزات حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از فولاد معمولی در ضخامت‌های مشابه، توان مصرف می‌کنند، چون به طور موثر انرژی را نگه نمی‌دارند. یافتن تعادل مناسب بین تنظیمات توان و واکنش مواد، نقش تعیین‌کننده‌ای در جلوگیری از مشکلاتی مانند باقی‌مانده سلاگ، لکه‌های اکسیداسیون ناخواسته یا برش‌های کامل‌نشده دارد.

بازدهی کاهش‌یافته توان بالا: چرا 3 کیلووات اغلب از 6 کیلووات در اجرای ضخامت کم و حجم پایین بهتر عمل می‌کند

هنگام کار با فلزات ضخیم، این لیزرهای قدرتمند ۶ کیلوواتی به اندازه کافی خوب عمل می‌کنند، اگرچه تمایل دارند مقدار زیادی انرژی را هدر بدهند هنگامی که با مواد نازک‌تر (سه میلی‌متر یا کمتر) سروکار دارند. استفاده از مدل ۳ کیلوواتی در عمل با ورق‌های نازک تقریباً به همان سرعت انجام می‌شود، اما حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد در هزینه‌های برق صرفه‌جویی می‌کند. و یک مزیت دیگر نیز وجود دارد: توان کمتر به معنای انتقال گرمای کمتر به نواحی فلزی اطراف است، بنابراین قطعات حیاتی پس از برش خواص ساختاری خود را حفظ می‌کنند. کارگاه‌هایی که سری‌های کوچکتر از پنجاه قطعه را پردازش می‌کنند، در طول زمان صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌ها را تجربه خواهند کرد، از جمله مصرف کمتر گاز کمکی و نیاز کمتر به بازرسی‌های تعمیر و نگهداری. علاوه بر این، تجهیزات میان‌رده انعطاف‌پذیری را به کارگاه‌های متعدد منظوره می‌دهند، امکان زمان راه‌اندازی سریع‌تر برای عملیات سوراخ‌کاری فراهم می‌کند و تعویض بین انواع مختلف قطعات را بدون از دست دادن زیاد بهره‌وری، آسان‌تر می‌سازد.

دستیابی به دقت و کیفیت لبه در هندسه‌های پیچیده و کم‌حجم

مدیریت عرض برش، تAPER و منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) برای نمونه‌های اولیه با دقت بالا

دستیابی به دقت مورد نیاز در نمونه‌های اولیه کوچک به مدیریت همزمان سه عامل اصلی بستگی دارد: عرض برش (کرف)، زاویه تAPER و اندازه منطقه تحت تأثیر حرارت در اطراف برش. هنگام کار با قطعاتی که نیاز به دقت بالا دارند، مانند ±0.1 میلی‌متر که استاندارد قطعات هوافضا یا دستگاه‌های پزشکی است، سیستم‌های لیزر فیبر امروزی قادر به ایجاد برش‌هایی به عرض تنها 0.1 میلی‌متر حتی در فولاد ضدزنگ 3 میلی‌متری هستند. تAPER کمتر از 0.5 درجه باقی می‌ماند، بخاطر تنظیمات قابل تنظیم فوکوس در حین برش. همچنین تعویض گاز کمکی از اکسیژن به نیتروژن تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند و حدود 70٪ منطقه تحت تأثیر حرارت را کاهش می‌دهد. این موضوع زمانی بسیار مهم است که با آلیاژهای تیتانیوم کار می‌کنید و حفظ استحکام خستگی پس از برش برای عملکرد بلندمدت ضروری است.

نرم‌افزارهای تطبیقی با جابه‌جایی برش در حین برش‌های پیچیده جبران کرده و امکان ایجاد گوشه‌های داخلی تیز و دقت در سطح میکرون را فراهم می‌کنند. تنظیم دقیق فرکانس پالس از تشکیل دیسک در فلزات نازک جلوگیری می‌کند، در حالی که تکنیک‌های بهینه‌سازی شده سوراخ‌کاری، ترک‌های ریز در آلیاژهای مس را حذف می‌کنند و برش لیزری با حجم پایین را به راه‌حلی عملی برای نمونه‌های اولیه حیاتی تبدیل می‌کنند.

بهینه‌سازی اتوماسیون و نرم‌افزار برای تولید متناوب و دسته‌های کوچک

بهینه‌سازی گردش کار: نرم‌افزارهای چیدمان، یکپارچه‌سازی CAD/CAM و تنظیمات یک‌کلیکی برای دسته‌های کمتر از 10 قطعه

هنگام کار روی تولید محدود و موردی قطعات فلزی، برش‌دهنده‌های لیزری به نرم‌افزار خاصی نیاز دارند تا بتوانند حداکثر بازده را کسب کنند و در عین حال هزینه هر قطعه را پایین نگه دارند. برنامه‌های چیدمان (nesting) موجود امروزه بسیار هوشمندانه قطعات را روی ورق فلز قرار می‌دهند که این امر منجر به کاهش چشمگیر ضایعات مواد می‌شود، حتی زمانی که تنها تعداد کمی قطعه تولید می‌شوند. برخی از کارگاه‌ها گزارش داده‌اند که به این ترتیب حدود ۲۰٪ در مصرف مواد صرفه‌جویی کرده‌اند. انتقال طراحی‌ها از سیستم‌های CAD به CAM امروزه به خوبی انجام می‌شود، بنابراین نیازی به وارد کردن دستی تمام اشکال پیچیده به دستگاه نیست. کافی است فایل را وارد کنید و شروع کنید. و حالا بیایید درباره زمان‌های راه‌اندازی صحبت کنیم. با یک کلیک، اپراتورها می‌توانند تنظیمات قبلی را دوباره فراخوانی کنند که این امر ساعت‌ها زمانی را که معمولاً برای تنظیم مجدد پارامترها بین کارها صرف می‌شود، صرفه‌جویی می‌کند. برای تولیدهای کمتر از ده قطعه، این موضوع تفاوت بسیار بزرگی ایجاد می‌کند. تمام این خودکارسازی به حفظ کیفیت خوب در سرتاسر دسته‌های تولیدی کمک می‌کند، محصولات را سریع‌تر به بازار می‌رساند و به کارگاه‌های کوچک اجازه می‌دهد بدون آنکه مجبور باشند از نظر دقت یا یکنواختی قطعه به قطعه کوتاه بیایند، از نظر قیمت رقابت کنند.

بخش سوالات متداول

مزایای برش‌دهنده‌های لیزر فیبر در مقایسه با سیستم‌های CO2 چیست؟

برش‌دهنده‌های لیزر فیبر کارآمدتر هستند، مواد بازتابنده را بدون آسیب بهتر پردازش می‌کنند و در مقایسه با سیستم‌های CO2 فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین هنگام برش ورق‌های فولادی نازک‌تر، سرعت بیشتری دارند.

در چه مواردی هنوز از سیستم‌های لیزر CO2 ترجیح داده می‌شود؟

لیزر CO2 برای موادی که شامل اجزای غیرفلزی مانند واشرهای فلزی با پیوند لاستیکی و همچنین برای فولادهای ساختاری ضخیم‌تر از 15 میلی‌متر ترجیح داده می‌شود، زیرا طول موج بلندتر آن کیفیت برش بهتری فراهم می‌کند.

خروجی توان لیزر چگونه بر برش تأثیر می‌گذارد؟

توان لیزر باید متناسب با نوع و ضخامت ماده باشد. توان پایین‌تر برای مواد نازک مناسب است و به کاهش هزینه‌ها و انتقال حرارتی کمک می‌کند، در حالی که برای مواد ضخیم‌تر به توان بالاتری نیاز است.

ترکیب سیستم‌های لیزر فیبر و CO2 چرا مفید است؟

ترکیب هر دو سیستم انعطاف‌پذیری بیشتری را برای کارگاه‌هایی که با مواد متنوع سروکار دارند فراهم می‌کند، ساخت قطعات پیچیده را تسریع می‌نماید و امکان نمونه‌سازی محدوده‌ای از اجزا را بدون نیاز به واگذاری به بیرون فراهم می‌آورد.

اتوماسیون و نرم‌افزار چگونه می‌توانند تولید در دسته‌های کوچک را بهینه کنند؟

نرم‌افزار تراکم‌دهی (Nesting)، یکپارچه‌سازی CAD/CAM و تنظیمات خودکار، زمان را صرفه‌جویی کرده، ضایعات مواد را کاهش داده و گردش کار را ساده‌تر می‌کنند، کارایی را بهبود می‌بخشند و به کارگاه‌های کوچک اجازه می‌دهند رقابتی بمانند.