چرا دستگاه جوشکاری لیزری در تولیدات مدرن ترجیح داده می‌شود؟

چطور؟ ماشین آلات جوش لیزر کار: اصول اساسی

علم پشت فناوری جوشکاری پرتو لیزر

جوشکاری با دستگاه لیزر به این صورت انجام می‌شود که انرژی نوری شدیدی را روی سطح فلزات متمرکز می‌کند تا ذوب شوند و به هم متصل شوند. لیزر این نور قدرتمند را تولید می‌کند و دقیقاً آن را به نقطه‌ای که نیاز به جوش دارد هدایت می‌کند، تقریباً به طور کاملاً دقیق. در اینجا طول موج نور لیزر بسیار مهم است، چون مواد مختلف نور را به روش‌های متفاوتی جذب می‌کنند. برای مثال، لیزر فیبری معمولاً در حدود ۱۰۶۴ نانومتر کار می‌کند که آن را برای برش موادی مانند آلومینیوم و فولاد بسیار مناسب می‌کند. انتخاب طول موج مناسب برای ماده‌ای که با آن کار می‌کنیم، تفاوت بزرگی در ایجاد اتصال‌های قوی بین فلزات در فرآیندهای جوشکاری ایجاد می‌کند.

با نگاهی به اتفاقاتی که در آزمایشگاه‌های تولید در سراسر جهان در حال رخ دادن است، به وضوح می‌توان فهمید که جوشکاری با لیزر نتایج بسیار قوی‌ای در ایجاد اتصالات تمیز و مقاوم بدون وجود معایب ناخواسته‌ای که در سایر روش‌ها دیده می‌شود، فراهم می‌کند. دقت بالای این روش هم تفاوت ایجاد می‌کند. موادی که تحت جوشکاری لیزری قرار می‌گیرند اغلب استحکام کششی بهتری نشان می‌دهند و همچنین دچار تغییر شکل کمتری ناشی از گرما در حین فرآیند می‌شوند. به همین دلیل است که بسیاری از کارخانه‌های صنایع خودرو و هواپیماسازی به این فناوری روی آورده‌اند. در قطعاتی مانند بدنه هواپیماها یا شاسی‌های خودرو حتی کوچکترین نقصی می‌تواند در آینده منجر به فاجعه شود. جوشکاری لیزری به آن‌ها حاشیه ایمنی اضافی مورد نیاز برای چنین قطعات مهمی را می‌دهد. در مقایسه با روش‌های قدیمی‌تر مانند جوشکاری MIG یا TIG، لیزرها کیفیت یکنواخت‌تری را در هر بار تولید فراهم می‌کنند که چیزی است که تولیدکنندگان دقیقاً برای قطعات مهم به دنبال آن هستند.

اجزای کلیدی: از ژنراتور تا پرتو متمرکز

ماشین آلات جوش لیزر از چندین قطعه ضروری تشکیل شده است که همه با هم کار می‌کنند تا آن جوش‌های دقیقی که نیاز داریم را به دست آوریم. در مرکز این سیستم، لیزر خودش قرار دارد که این پرتوی شدید نور را ایجاد می‌کند. سپس سیستم انتقال پرتو می‌آید که در واقع نقش یک بزرگراه را برای هدایت این نور قدرتمند به جایی که باید برسد، ایفا می‌کند. در نهایت، عدسی‌های فوکوس‌کننده‌ای وجود دارند که تمام آن انرژی را گرفته و آن را در یک نقطه بسیار کوچک روی ماده مورد نظر متمرکز می‌کنند. بعد از آن چه اتفاقی می‌افتد؟ این گرمای متمرکز، مواد را در همان نقطه ذوب کرده و پیوندهای قوی ایجاد می‌کند، بدون اینکه خیلی روی ناحیه اطراف تأثیر بگذارد. واقعاً مهندسی خلاقانه‌ای است اگر فکر کنید!

هر قطعه‌ای از یک سیستم جوشکاری لیزری در حفظ جریان یکنواخت انرژی و تضمین کیفیت مناسب جوش کمک می‌کند. ژنراتور پرتو لیزر را تولید می‌کند و سپس سیستم انتقال پرتو و لنزهای فوکوس کننده مطمئن می‌شوند که تمام این توان به دقیقاً همان جایی که در عملیات جوشکاری نیاز است هدایت شود. در بررسی گزینه‌های مختلف لیزر، لیزرهای CO2 و الیافی (فیبری) به خوبی مشهود هستند زیرا به شیوه‌های متفاوتی کار می‌کنند. لیزرهای CO2 در حدود طول موج 10.6 میکرون کار می‌کنند و به خوبی برای برش مواد غیرفلزی مانند پلاستیک یا چوب مناسب هستند زیرا به خوبی با این مواد غیرفلزی کار می‌کنند. از سوی دیگر، لیزرهای فیبری دقت بسیار بالایی ارائه می‌دهند و این ویژگی آن‌ها را به یک گزینه محبوب برای کارگران فلزکاری تبدیل کرده است. درک نحوه کارکرد هر یک از اجزای سیستم به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا تصمیم بهتری در مورد انتخاب سیستم لیزری مناسب بر اساس نوع کار جوشکاری در دست اقدام بگیرند.

مزایای بیشتر نسبت به روش های سنتی دربر

دقت بی‌همتا و تغییر شکل حرارتی حداقلی

دستگاه‌های جوشکاری لیزری کنترل بسیار دقیقی ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کار روی طرح‌های تفصیلی و قطعات کوچک مناسب می‌کند جایی که جوشکاری معمولی نمی‌تواند عملکرد خوبی داشته باشد. آنچه این دستگاه‌ها را متمایز می‌کند، این است که به اپراتور این امکان را می‌دهند که پرتو لیزر را دقیقاً در محل مورد نیاز روی ماده قرار دهند. این پرتو به‌خوبی فوکوس شده باقی می‌ماند، بنابراین انتشار گرما کمتری اتفاق می‌افتد و تنش حرارتی روی نواحی اطراف نیز کاهش می‌یابد. این موضوع باعث می‌شود احتمال تابیدگی یا پیچیدگی ماده پس از جوشکاری بسیار کمتر شود، مشکلی که در روش‌های قدیمی جوشکاری زیاد دیده می‌شود. داده‌های صنعتی نشان می‌دهند که مشکلات تابیدگی حدود 70 درصد کاهش می‌یابند وقتی از جوشکاری لیزری به جای روش‌های سنتی استفاده شود. این سطح از دقت، دلیل این است که چرا بسیاری از تولیدکنندگان در کارهای حیاتی که نیازمند هم دقت و هم یکنواختی هستند به این دستگاه‌ها اتکا می‌کنند، به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند ساخت هواپیما و تولید تجهیزات پزشکی که حتی عیوب جزئی نیز می‌تواند پیامدهای جدی داشته باشد.

سرعت و کارایی تولید افزایش‌یافته

آنچه جوشکاری لیزری را از روش‌های قدیمی متمایز می‌کند، سرعت بیشتر آن است و این سرعت تأثیر زیادی بر میزان تولید کارخانه‌ها دارد. با انجام کار توسط لیزر به سرعت، تولیدکنندگان می‌توانند در همان مدت زمان، حجم بیشتری از محصولات را تولید کنند که به معنای افزایش شدید نرخ تولید است. زمان صرفه‌جویی شده در هر جوشکاری به سرعت جمع می‌شود و شرکت‌ها متوجه می‌شوند که در مجموع هزینه کمتری را صرف می‌کنند چرا که تولید هر قطعه زمان کمتری می‌برد. برخی از کارگاه‌هایی که به جوشکاری لیزری منتقل شدند، در عرض چند ماه پس از نصب، افزایش تولید خود را تا حدودی ۵۰ درصد مشاهده کردند. فراتر از صرفه‌جویی در هزینه‌های برق، این دستگاه‌ها در واقع باعث کاهش نیاز به تعداد کارگران بیشتری روی خط تولید می‌شوند چون همه چیز به راحتی پیش می‌رود. برای کسب‌وکارهایی که سعی دارند با تقاضا ناشی از کنترل هزینه‌ها همگام بمانند، این نوع کارایی در بازار تولید تنگدست امروزی، مانند گردغبار طلا است.

استحکام و کیفیت برجسته جوش

اتصال‌های جوشکاری شده با لیزر از نظر استحکام مکانیکی برجسته هستند و به طور کلی عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی جوشکاری دارند. یکی از مزایای بزرگ این روش، ظاهر تمیز درزهای جوش پس از استفاده از تکنولوژی لیزر است. این موضوع باعث می‌شود تولیدکنندگان وقت کمتری را صرف کارهای ماشین‌کاری اضافی کنند و در نهایت محصولاتی با دوام‌تر تولید کنند. دلیل این تمیزی درزها، تمرکز بسیار بالای پرتو لیزر در طول فرآیند است. این تمرکز باعث کاهش آلودگی و ایجاد سطوح بسیار صاف‌تر می‌شود که نیاز چندانی به پرداخت نهایی ندارند. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که قطعات تولید شده با جوشکاری لیزر کمتر دچار خرابی می‌شوند که این موضوع به ویژه در محیط‌های سخت‌گیرانه مانند خودروها و هواپیماها اهمیت زیادی دارد، جایی که شکست یک قطعه می‌تواند منجر به مشکلات جدی شود. به همین دلیل و به خاطر استحکام بیشتر و کیفیت کلی بهتر، شرکت‌های زیادی در بخش‌های مختلف ترجیح می‌دهند از جوشکاری لیزری استفاده کنند، به خصوص زمانی که به قطعاتی نیاز دارند که در شرایط فشاری از کار نیفتند.

کاربردهای صنعتی در بخش‌های مختلف تولید

خودرو: مونتاژ بدنه و تولید باتری خودروهای الکتریکی

دستگاه‌های جوشکاری لیزری در حال تغییر شیوه ساخت خودروها هستند، به‌ویژه در مونتاژ بدنه خودرو و تولید باتری‌های خودروهای برقی. این ماشین‌ها می‌توانند قطعات فلزی را با دقت بسیار بالا به هم متصل کنند و در عین حال گرمای کمتری نسبت به روش‌های سنتی تولید کنند، که این امر به معنای کیفیت بهتر و ایمنی بیشتر در مجموع است. به عنوان مثال باتری‌های خودروهای برقی را در نظر بگیرید. وقتی تولیدکنندگان از تکنیک‌های جوشکاری لیزری در این زمینه استفاده می‌کنند، سلول‌های کوچک داخل باتری را به‌صورت بسیار مطمئن‌تری به هم متصل می‌کنند. این کار باعث کاهش مشکلات احتمالی در آینده شده و در واقع عمر باتری‌ها را نیز افزایش می‌دهد. بیشتر تولیدکنندگان بزرگ خودرو این فناوری را در کارخانه‌های خود به کار گرفته‌اند، چون این تکنولوژی با سیستم‌های اتوماسیون موجود به خوبی هماهنگ می‌شود. علاوه بر این، کارگران گزارش کرده‌اند که تعداد کمتری حادثه رخ داده است، چون در این فرآیند مواجهه با گرمای شدید کاهش یافته است.

امروزه صنعت خودرو سازی شاهد این است که شرکت‌های بیشتری به ماشین‌های جوشکاری لیزری منتقل می‌شوند. بر اساس یافته‌های اخیر فدراسیون بین‌المللی رباتیک، افزایش قابل توجهی در تعداد کارخانه‌های خودروسازی که این نوع سیستم‌های جوشکاری لیزری خودکار را روی خطوط تولید خود نصب می‌کنند، رخ داده است. در واقع چیزی که ما شاهد آن هستیم، تلاش تولیدکنندگان برای یافتن راه‌هایی به منظور دستیابی به نتایج بهتر در عین صرفه‌جویی در هزینه‌هاست. این سیستم‌های لیزری امکاناتی را فراهم می‌کنند که روش‌های قدیمی هرگز نمی‌توانستند به آن دست یابند و این موضوع در ساخت هزاران دستگاه خودرو در ماه اهمیت بیشتری می‌یابد.

الکترونیک: ساخت میکروکامپوننت‌ها

جوشکاری لیزری در تولید قطعات بسیار کوچک برای الکترونیک اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است. با توجه به اینکه مصرف‌کنندگان به دنبال دستگاه‌هایی کوچک‌تر و قدرتمندتر هستند، تولیدکنندگان با چالش‌های واقعی در کوچک کردن اندازه قطعات در حالی که کیفیت را حفظ می‌کنند، مواجه هستند. جوشکاری لیزری این کار را به خوبی انجام می‌دهد، چرا که دقت بسیار بالایی در متصل کردن قطعات ظریف به هم فراهم می‌کند. این امر به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد تا مدارهای پیچیده و سایر عناصر میکروسکوپی را بدون آسیب دیدن بسازند و همین دلیل است که امروزه شاهد حضور بسیاری از دستگاه‌های کوچک در بازار هستیم، از جمله گوشی‌های هوشمند تا ایمپلنت‌های پزشکی.

با پیچیده‌تر شدن روزافزون الکترونیک‌ها، جوشکاری لیزری به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان بیشتر اهمیت زیادی پیدا کرده است. به عنوان مثال دکتر جان دو که مشاور تولید الکترونیک در سراسر جهان است، اغلب به این نکته اشاره می‌کند که جوشکاری لیزری در مورد قطعات الکترونیکی بسیار کوچک چگونه کارهای شگفت‌آوری انجام می‌دهد، چرا که اتصالات محکمی را بدون تولید گرمای زیاد که می‌تواند به قطعات مجاور آسیب برساند، ایجاد می‌کند. به همین دلیل، بسیاری از کارخانه‌ها اکنون زمانی که نیاز به تولید دستگاه‌هایی دارند که هرچه کوچکتر می‌شوند ولی همچنان دارای عملکرد قدرتمندی هستند، به تکنیک‌های جوشکاری لیزری روی می‌آورند.

صنایع تولیدی هوانوردی و تجهیزات پزشکی

جوشکاری لیزری در تولیدات هوانوردی و همچنین تولید دستگاه‌های پزشکی اهمیت بسیاری پیدا کرده است. وقتی به هواپیماها نگاه می‌کنیم، این روش برای ساخت قطعات حیاتی مانند سازه‌های شاسی و اجزای سیستم سوخت‌رسانی به کار گرفته می‌شود. در نهایت هیچ‌کس نمی‌خواهد کیفیت جوش در یک چیزی که صدها متر بالای سطح زمین پرواز می‌کند به مشکل بخورد. چیزی که جوشکاری لیزری را در این زمینه متمایز می‌کند، ایجاد اتصالات بسیار محکمی است که می‌توانند شرایط سخت عملیات پروازی را تحمل کنند و در عین حال با استانداردهای سخت ایمنی هوانوردی که مقررات به خوبی اعمال می‌کنند، سازگار باشند.

جوشکاری لیزری در تولید دستگاه‌های پزشکی که در آنها استریل بودن و یکپارچگی ساختاری بیشترین اهمیت را دارد، ضروری شده است، به‌ویژه در ساخت مواردی مانند دریچه‌های قلبی یا ایمپلنت‌های ارتوپدی. چیزی که این فناوری را متمایز می‌کند، دقت بالایی است که در اتصال مواد بدون ایجاد لبه‌های ناهموار یا نقاط آلوده‌کننده که ممکن است ایمنی بیمار را به خطر بیندازد، دارد. هم سازمان غذا و دارو (FDA) و هم آژانس ایمنی هوانوردی اروپا به‌صورت رسمی تکنیک‌های جوشکاری لیزری را به دلیل قابلیت اطمینان آنها در تولید دستگاه‌های پزشکی که از بازرسی‌های سخت‌گیرانه کیفیتی عبور می‌کنند، به رسمیت شناخته‌اند. برای تولیدکنندگانی که در زمینه هرچیزی از ضربان‌سازها گرفته تا قطعات هواپیما کار می‌کنند، دریافت مجوز از این سازمان‌های نظارتی به این معناست که می‌توانند با اطمینان نسبت به بازاریابی محصولات خود اقدام کنند، چرا که می‌دانند این محصولات ایمنی مورد نیاز صنعت را فراهم می‌کنند. اینکه قوانین بسیاری از کاربرد آن حمایت می‌کنند، حکایت از اهمیت بسزایی دارد که جوشکاری لیزری در بخش‌های متعددی که به دقت کامل نیاز دارند، کسب کرده است.

روند‌های آینده که باعث افزایش استفاده می‌شوند

یکپارچه‌سازی با صنعت 4.0 و خودکارسازی

جوشکاری لیزری نقش مهمی در تحولات صنعت ۴.۰ ایفا می‌کند، زیرا ویژگی‌های ارتباطی و سیستم‌های خودکار را با هم ترکیب می‌کند تا بهره‌وری تولید را افزایش دهد. با زیرساخت‌های شبکه بهتر و قابلیت‌های یادگیری ماشین، کارخانه‌ها شروع به تنظیم دقیق‌تر تکنیک‌های جوشکاری لیزری خود با استفاده از تحلیل داده‌های زنده از حسگرهای مختلف اینترنت اشیاء (IoT) در سراسر کارخانه کرده‌اند. نتیجه چیست؟ کارخانه‌های هوشمندتری که در آنها ربات‌ها می‌توانند در واقع پیش‌بینی کنند که چه زمانی قطعات ممکن است دچار خرابی شوند و برنامه‌های تولید را به طور متناسب تنظیم کنند. برخی از تحقیقات اخیر نیز به بهبودهای قابل توجهی اشاره می‌کنند - یک کارخانه گزارش داده است که پس از اجرای این راهکارهای هوشمند جوشکاری، بهره‌وری خود را تقریباً ۳۰ درصد افزایش داده است. با ادامه سازگاری صنایع با نیازهای عصر دیجیتال، جوشکاری لیزری تنها یک ابزار نیست، بلکه به یک بخش ضروری از نحوه عملکرد روزانه تولیدات مدرن تبدیل شده است.

نوآوری‌های جوشکاری لیزری دستی و قابل حمل

دستگاه‌های جوشکاری لیزری دستی و قابل حمل اکنون در دسترس بسیاری از کسب‌وکارهای کوچک و متوسط قرار دارند و این امکان را فراهم می‌کنند که در پروژه‌های مختلف، انعطاف‌پذیری و دقت لازم را داشته باشند. آنچه این دستگاه‌ها را از تجهیزات جوشکاری معمولی متمایز می‌کند، عامل قابلیت حمل آنهاست. این دستگاه‌ها به راحتی قابل جابجایی هستند و این امر در تعمیرات و کارهای نگهداری در محل بسیار مهم است، جایی که استفاده از تجهیزات بزرگ امکان‌پذیر نیست. بر اساس تحقیقات بازار، علاقه به این سیستم‌های جوشکاری کمپکت در میان کارگاه‌های محلی اخیراً افزایش قابل توجهی داشته است، به خصوص در میان آنها که به دنبال چیزی هستند که فضا نگیرد اما باز هم بتواند کار را به خوبی انجام دهد. با کاهش قیمت و بهبود دسترسی، شاهد این هستیم که این دستگاه‌ها در حال تغییر روش انجام کار جوشکاری در ساختمان‌ها، مراکز تعمیرات خودرو و حتی استودیوهای ساخت سفارشی هستند.

تنوع مواد و مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی

جوشکاری لیزری با انواع مواد از جمله فلزات، پلاستیک‌ها و حتی مواد کامپوزیتی کار می‌کند که آن را بسیار انعطاف‌پذیر در شغل‌های مختلف تولیدی قرار می‌دهد. چیزی که واقعاً جالب است، سبز بودن این فناوری است. در مقایسه با روش‌های سنتی، جوشکاری لیزری به طور قابل توجهی مصرف انرژی و تولید پسماند را کاهش می‌دهد. تولیدکنندگانی که با مقررات فزاینده محیط زیستی مواجه هستند، شروع به استفاده از سیستم‌های لیزری کرده‌اند چرا که این سیستم‌ها از نظر اکولوژیکی منطقی هستند. با بررسی داده‌های دنیای واقعی، این فرآیندهای پایدار دقیقاً با آنچه که دولت‌های سراسر جهان در پی کاهش انتشار کربن صنعتی دارند، هماهنگ است. به همین دلیل است که شاهد انتقال بسیاری از شرکت‌ها به رویکردهای تولید سازگار با محیط زیست هستیم.