کدام لیزر برش مناسب تر است؟ فایبر ، CO2 یا YAG
برش لیزری چوب
لیزرهای CO2 و YAG در دهه های متوالی وجود داشته اند و به طور گسترده در کاربردهای مختلف مورد استفاده بوده اند اما لیزر برش فایبر نوع جدیدی از لیزرها هستند که در سال های اخیر توسعه یافته اند و به خاطر مزایای آن در راندمان بالا و طول عمر بالا و … طرفداران بسیاری پیدا کرده اند.
لیزر CO2 فناوری قدیمی تری دارد و لیزرهای فایبر با پیشرفت تکنولوژی به سرعت بازار را به دست می گیرند و در مدت زمان نسبتاً کوتاهی شاهد پیشرفت های نمایی در فناوری لیزرهای فایبر بوده ایم ؛ تنها در مدت 5 سال لیزرهای فایبر به آستانه برش 4 کیلو واتی دست یافتند که برای رسیدن لیزرهای CO2 به این مقدار تقریبا 4 برابر طول کشید . پس از 10 سال نیز لیزرهای فایبر به سطح قدرت 15 کیلوواتی برای برش دست یافتند.
اما تفاوت بین لیزر برش FIBER و CO2 و YAG چیست؟
برش لیزری کاغذ
انتخاب بین این سه لیزر برش بستگی به کاربرد مورد نظر شما دارد.
در برشکاری لیزری که امروزه محبوبیت پیداکرده است و جایگزین روش برشکاری سنتی شده ، مواردی وجود دارد که اهمیت بیشتری دارند و باید مورد توجه قرار گیرند.
در ابتدا به معرفی این سه لیزر می پردازیم.
ساختار لیزر فایبر :
لیزری است که در آن محیط بهره یک فیبر نوری دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب است. جهت آشنایی دقیق تر با ساختار لیزرهای فایبر به سایت اپتیک پرداز مراجعه کنید.
این لیزرها به طور گسترده در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شوند و مکانیسم اصلی انتقال نور در آن بازتاب کلی داخلی است. یک فیبر نوری از یک هسته یا مغزی شیشه ای با ضریب شکست بالا ، یک لایه شیشه سیلیسی با ضریب شکست کم در وسط و یک پوشش خارجی تشکیل شده است.
مزایای لیزر فایبر :
اندازه نسبتا کوچک
مصرف انرژی کم
کیفیت پرتو بالا
هزینه عملیاتی کم
راندمان الکتریکی-اپتیکی بالا
طول عمر طولانی
پایداری بالا
خنک سازی آسان تر
معایب لیزر فایبر :
تقریباً گران قیمت
ظرافت بالا
معمولاً فقط برای پردازش فلز استفاده می شود و برای پردازش غیر فلزات مثل پلاستیک ، کاغذ ، پارچه و … لیزرهای CO2 مناسب ترند.
ساختار لیزر YAG :
لیزری حالت جامد بر پایه کریستال گارنت آلومینیوم ایتریم است. مانند سایر لیزرهای حالت جامد از محیط فعال ، منبع دمش و دو آینه تشکیل شده است. انواع مختلفی از لیزرهای YAG به دلیل تفاوت در یون های فعال دوپ شده در کریستال ، منابع دمش مختلف ، روش های دمش و ساختارهای مختلف تشدید وجود دارد .
لیزرهای YAG مورد استفاده در برشکاری از پرتو لیزری با طول موج 1064 نانومتر استفاده می کنند.
مزایای لیزر YAG :
کیفیت پرتو عالی
راندمان بالا
پایداری
قابل استفاده در جوشکاری ، حکاکی ، پانچ و …
بازدهی خوب
معایب لیزر YAG:
خنک سازی پیچیده و حساس
حساسیت بالا به رطوبت و گرد و غبار
عمر کم قطعات مصرفی مانند FLASH LAMP
گران بودن قطعات مصرفی
کاربرد لیزر YAG:
مناسب برای جوشکاری و حکاکی مواد فلزی مانند فولاد کربن ، فولاد ضد زنگ ، فولاد آلیاژی ، مس و آلیاژهای آن ، تیتانیوم و آلیاژهای آن ، آلیاژهای نیکل-مولیبدن و سایر مواد.
ساختار لیزر CO2 :
لیزر دی اکسید کربن یکی از اولین لیزرهایی است که در سال 1964 در آزمایشگاه Bells lab اختراع شد و امروزه نیز یکی از پرکاربردترین و مفیدترین و فراوان ترین لیزرها می باشد. این لیزر پرقدرت ترین تابش پیوسته لیزری را در بین تمام لیزرهای موجود دارد. بازدهی این لیزر بسیار خوب است و تا میزان 20 درصد هم می رسد. (توان خروجی به توان دمش)
لیزرهای CO2 تابشی در حوزه فروسرخ دارند و در باندهایی با طول موج 9.6 و 10.6 میکرومتر تابش می کنند.
مزایای لیزر CO2 :
تابش پیوسته پرقدرت
بهره خوب
هزینه به صرفه
معایب لیزر CO2 :
مصرف برق بالا
طول عمر کمتر
الاین حساس
مقایسه لیزر برش فایبر و YAG:
همانطور که اشاره شد لیزرهای YAG راندمان خوبی دارد اما در مقایسه با راندمان الکتریکی-اپتیکی لیزر برش فایبر بسیار کمتر می باشد. زیرا روشن کردن FLASH LAMP لیزرهای YAG نیاز به توان الکتریکی بالایی نسبت به توان الکتریکی مصرفی برای روشن کردن دیودهای لیزر برش فایبر دارد.
معمولاً حداکثر توان خروجی لیزر برش فایبر بیشتر از لیزرهای YAG است.
طول عمر لیزر برش فایبر بالای 100000 ساعت و طول عمر لیزرهای YAG حدود 1000ساعت است.
در برشکاری ، لیزر YAG می تواند مواد بسیار بازتابنده مانند آلومینیوم ، مس و سایر مواد فلزی غیر آهنی که لیزر فیبر در برش آن ناتوان تر است را برش دهد.
لیزرهای YAG فقط می توانند ورق های زیر 8 میلی متر را برش دهند چون توان خروجی پایین تری دارند.
در برش لیزری YAG انرژی الکتریکی بیشتری نسبت به لیزر برش فایبر در طول فرایند پردازش مصرف می شود.
دمش یک لیزر YAG توسط یک FLASH LAMP تامین می شود که محدوده طول موجی وسیعی از فرابنفش تا فروسرخ را پوشش می دهد. برای پمپاژ بلورهای ND:YAG به طول موج 880 نانومتر احتیاج داریم و تمامی طول موج های تولید شده در محدوده طول موجی وسیع ما هدر می روند و به صورت گرما از محفظه چیلر خارج می شوند با این اوصاف لیزرهای YAG راندمان تبدیل الکتریکی-اپتیکی 3 تا 4 درصد دارند.
اما لیزر برش فایبر می تواند به راندمان الکتریکی-اپتیکی بالا تا 42 درصد برسد چون منبع تغذیه لیزر برش فایبر دیود های لیزری است. این دیود ها فقط یک طول موج خاص تولید می کنند که کاملاً متناسب با خط جذبی فایبر می باشد. با مهار درست انرژی، تمام نوری که به وسیله دیود تولید می شود توسط فیبر جذب شده و به نور لیزر تبدیل می شود.
مقایسه لیزر برش از لحاظ هزینه:
لیزرهای YAG چندین دهه است که توسعه یافته اند ، در نتیجه قیمت دستگاه لیزر برش آنها ارزان تر است ، البته رفته رفته با محبوبیت بیشتر لیزرهای فایبر ، هزینه کم لیزرهای YAG کمتر به چشم می آید.
مقایسه لیزر برش از لحاظ نگهداری:
از آنجایی که لیزرهای فایبر احتیاجی به هیچ گونه تنظیمات از لحاظ الاین دستگاه ندارند کمتر احتیاج به تعمیر پیدا می کنند و پایداری بالاتری دارند ، همچنین نگهداری آنها راحت تر است. اما لیزرهای YAG به دلیل دارا بودن سیستم آینه و لامپ با کوچک ترین جابجایی احتیاج به الاین مجدد دارند.
مقایسه لیزر برش از لحاظ خنک کنندگی:
در جذب نور FLASH LAMP ، لیزرهای YAG گرمای حوزه ای تولید می کنند که این گرما باعث انتقال استرس به بلور YAG می شود و ممکن است منجر به آسیب دیدن بلور شود ، به همین دلیل خنک سازی در این لیزرها بسیار پراهمیت است.
لیزر برش فایبر بر خلاف لیزرهای YAG از یک طول موج خاص استفاده می کنند که می تواند مستقیماً به نور لیزر تبدیل شود در نتیجه گرمای کمتری تولید می کنند.
مقایسه لیزر برش از لحاظ جابجایی:
لیزرهای YAG چون دارای لامپ فلاش و آینه هستند جابجایی در آنها موجب به هم ریختن الاین دستگاه شده و احتیاج به هم خط سازی مجدد خواهند داشت اما لیزرهای فایبر این مشکل را ندارند.
مقایسه لیزر برش YAG و CO2:
لیزر YAG می تواند در حالت های پالسی و پیوسته کار کند و خروجی پالس آن با فناوری Q-SWITCHING و MODE-LOCKING (قفل مدی) به پالس های کوتاه یا پالس های فوق کوتاه تنظیم شود.
طول موج خروجی لیزر YAG به اندازه 1.06 میکرون است که کمتر از طول موج خروجی لیزر برش CO2 که 10.6 میکرون است ، می باشد درنتیجه انرژی لیزر YAG بیشتر است و در پردازش فلزات راندمان بالاتری نسبت به لیزر CO2 دارد.
لیزر YAG ساختار فشرده تر و وزن سبک تری دارد و تعمیر و نگهداری آن راحت تر است.
مقایسه لیزر برش فایبر و CO2:
مقایسه لیزر برش از لحاظ پردازش :
دستگاه های برش لیزر CO2 دارای طیف وسیعی از برش از صفحات فلزی ضخیم تا مواد با انعکاس بالا مانند صفحات آلومینیومی هستند و برای مواد غیرفلزی مانند اکریلیک ، چوب ، PVC و سایر مواد ضخامت برش لیزر CO2 می تواند به 60 میلی میتر هم برسد.
علاوه بر این لیزر CO2 یک لیزر پیوسته CW است که لبه برش صاف و باکیفیت ایجاد می کند.
راندمان تبدیل الکتریکی-اپتیکی کمتر از لیزرهای فایبر دارد.
پرتو متمرکز یک لیزر فایبر 2 کیلوواتی در مقایسه با لیزر CO2 چهار کیلوواتی ، 5 برابر چگالی توان بیشتری را در نقطه کانونی نشان می دهد.
دستگاه های برش لیزر فایبر نیازی به زمان گرم کردن ندارند اما لیزر برش CO2 نیاز به زمانی حدود 10 دقیقه در هر راه اندازی برای گرم شدن دارند
مقایسه چگالی توان لیزر فایبر و CO2 در نقطه کانونی
مقایسه جذب بین لیزرهای فایبر و CO2 براساس طول موج و ضخامت
مقایسه لیزر برش از لحاظ هزینه:
لیزر فایبر 3 تا 4 برابر توان عملیاتی بیشتری از لیزر برش CO2 دارد و هزینه عملیاتی آن نصف لیزر برش CO2 می باشد در نتیجه در صورت استفاده از لیزر فایبر سود بیشتری شامل حال شما می شود و برای هر قطعه هزینه کمتری صرف خواهید کرد و سرمایه شما در مدت کوتاه تری بازگشت خواهد داشت.
مقایسه لیزر برش از لحاظ نگهداری:
دستگاه برش لیزر CO2 به دلیل ساختار پیچیده تر نگهداری سخت تری دارد در حالی که دستگاه برش لیزر فایبر نگهداری آسان تری دارد و در مقابل گرد و غبار ، رطوبت و … مقاوم تر است.
در کاربرد حکاکی اگر قصد حکاکی روی فلزات را داشته باشید لیزر فایبر انتخاب بهتری است اما اگر به دنبال حکاکی بر روی مواد آلی مانند چوب ، پلکسی ، پارچه ، مقوا ، چرم و … هستید لیزر CO2 انتخاب بهتری می باشد.
در واقع تفاوت اصلی که تعیین کننده نوع ماده ای است که هر لیزر می تواند پردازش کند طول موج کاری آن است.
لیزرهای فایبر برای حکاکی مناسبند چون قطر کانونی بسیار کوچکی تولید می کنند در نتیجه شدت آنها تا 100 برابر ببشتر از یک سیستم برش لیزر CO2 خواهد بود به همین دلیل لیزرهای فایبر انتخابی ایده آل برای حکاکی روی فلزات می باشند.
همچنین لیزرهای فایبر تقاضای فزاینده ای برای کاربردهایی مثل از بین بردن زنگ زدگی ، رنگ ، اکسیدها و سایر آلاینده ها دارند.
لیزرهای CO2 برای حکاکی روی مواد غیر فلزی از جمله پلاستیک ، اکریلیک ، چوب و حتی سنگ ایده آل هستند و در بسته بندی دارویی و مواد غذایی و همچنین حکاکی و علامت گذاری لوله های PVC ، مصالح ساختمانی استفاده می شوند.
هر لیزری دارای نقاط قوت ، نقاط ضعف و موارد استفاده متمایز است .
با توجه به اطلاعات ذکر شده نتیجه می گیریم که هر دستگاه برش لیزر و هر لیزری مزایا و معایب خاص خودش را دارد و شما باید آنها را با توجه به نیاز ، بودجه و دفعات استفاده خود انتخاب کنید.
جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.
این مقاله در بخش تحقیق و پژوهش شرکت اپتیک پرداز گردآوری شده است و استفاده از آن با ذکر منبع بلامانع است.
