برش لیزری در مقابل برش پلاسما:سرعت، مواد و هزینه

مقدمه

برش لیزری در مقابل برش پلاسما: این فرآیندها را از لحاظ سرعت تا مواد قابل برش و هزینه باهم مقایسه می کنیم؟ کدام یک از این دو فرآیند برای شما مناسب است؟ این مقاله را بخوانید تا متوجه شوید.

هر دو برش لیزری و برش پلاسما فرآیندهای برش کنترل عددی کامپیوتری (CNC) هستند. آن‌ها برای برش حرارتی انواع مختلف مواد مفید بوده و در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. اگرچه مشابه هستند، اما چند تفاوت مهم دارند که در این مقاله به آن‌ها خواهیم پرداخت.

برش لیزری چیست؟

برش لیزری به انگلیسی Laser cutting امکان برش مواد را با یک پرتو لیزری متمرکز فراهم می‌کند که بخشی از آن را ذوب و جدا می‌کند. در اکثر موارد، این فرآیند با یک گاز همراه خواهد بود که مواد ذوب شده را از بین می‌برد، یا مواد تازه بریده شده از حالت جامد به گاز تبدیل می‌شوند (به نام تصعید)، همچنین آن‌ها را از بین می‌برد، اما این بار به شکل بخار. برش لیزری کاملاً همه کاره است، زیرا می‌توان از آن برای برش مواد ساختاری و لوله‌ها، علاوه بر ورق‌های نازک، استفاده کرد.

سه نوع اصلی لیزر وجود دارد که می‌توانید برای برش لیزری استفاده کنید – همه آن‌ها اساساً کار یکسانی انجام می‌دهند، اما برخی برای مواد ضخیم‌تر بهتر هستند. آن‌ها سیستم‌های لیزری CO2، نئودیم و فیبر هستند:

• برش‌گرهای CO2: محبوب‌ترین این سه، از CO2 تحریک شده الکتریکی استفاده می‌کنند. آن‌ها همه کاره، ارزان و نیازی به توان زیاد ندارند.
• برش‌گرهای نئودیم: همچنین به عنوان برش‌گرهای لیزری کریستالی شناخته می‌شوند، از Nd:YVO (نئودیم دوپ شده ارتو وانادات ایتریوم- neodymium-doped yttrium ortho-vanadate) برای تولید پرتو استفاده می‌کنند.
• برش‌گرهای فیبر: از فیبر نوری برای برش سطوح استفاده می‌کنند. سپس برخی فیبرهای خاص برای تقویت لیزر بذر استفاده می‌شوند و این همان چیزی است که پرتو نهایی را ایجاد می‌کند.

برش لیزری تقریباً در همه جا استفاده می‌شود، از الکترونیک تا پزشکی و هواپیما تا حمل و نقل. این روش همچنین یک راه عالی برای برش‌ها و پرداخت‌های دقیق است و به همین دلیل بسیاری از صنعتگران هنگام کار با موادی مانند تنگستن، فولاد، آلومینیوم، برنج و نیکل، برش لیزری را انتخاب می‌کنند. اما همچنین می‌تواند غیرفلزاتی مانند سیلیکون، چوب و سرامیک را نیز برش دهد. در اینجا نمونه‌هایی از برخی فلزات برش لیزری آورده شده است:

جدول تنظیمات پارامترهای برش لیزری برای مواد مختلف (شامل فلزات و غیرفلزات)

توجه: تنظیم دقیق پارامترهای برش لیزری برای هر ماده و دستگاه متفاوت است. این جدول یک راهنمای کلی است و برای دستیابی به بهترین نتایج، توصیه می‌شود آزمایش‌های عملی انجام دهید و با کارشناسان مشورت کنید.

ماده	ضخامت (میلیمتر)	توان لیزر (وات)	سرعت برش (میلیمتر بر دقیقه)	گاز کمک	فشار گاز (بار)	فاصله کانونی (میلیمتر)	سایر پارامترها
فلزات
فولاد کربنی	1-3	1000-2000	1000-5000	اکسیژن	0.8-1.2	0.5-1	کیفیت سطح بالا، برش سریع
فولاد ضد زنگ	1-5	1500-3000	800-4000	نیتروژن	0.5-1	0.5-1	جلوگیری از اکسیداسیون
آلومینیوم	1-3	800-1500	1500-6000	نیتروژن	0.3-0.8	0.5-1	برش سریع و تمیز
مس	1-2	1000-2000	1200-5000	نیتروژن	0.5-1	0.5-1	هدایت حرارتی بالا
برنج	1-3	800-1500	1000-5000	نیتروژن	0.3-0.8	0.5-1	آلیاژ مس-روی
غیرفلزات
شیشه	1-5	800-1500	500-2000	هوای فشرده یا اکسیژن	0.2-0.5	1-2	شکست حرارتی، لبه‌های تیز
آکریلیک	1-10	500-1500	1000-5000	هوای فشرده	0.2-0.5	1-2	برش تمیز و بدون دوده
چوب	3-10	500-1000	1000-5000	هوای فشرده	0.2-0.5	1-2	برش دقیق و بدون سوختگی
چرم	1-5	300-800	800-3000	هوای فشرده	0.2-0.5	1-2	برش تمیز و بدون سوختگی
پارچه	0.5-2	300-800	1500-6000	هوای فشرده	0.1-0.3	1-2	برش دقیق و بدون آسیب به لبه‌ها
سرامیک	1-5	1000-2000	500-2000	اکسیژن یا نیتروژن	0.5-1	0.5-1	سختی بالا، نیاز به توان بالا
پلیمرها (PVC، پلی اتیلن، پلی پروپیلن)	1-5	500-1000	1500-6000	هوای فشرده	0.2-0.5	1-2	برش تمیز و بدون دوده

توضیحات ستون‌ها:

• ماده: نوع ماده‌ای که قرار است برش داده شود.
• ضخامت: ضخامت ماده بر حسب میلی‌متر.
• توان لیزر: قدرت لیزر بر حسب وات.
• سرعت برش: سرعت حرکت هد برش بر حسب میلی‌متر بر دقیقه.
• گاز کمک: گازی که برای کمک به فرآیند برش استفاده می‌شود (اکسیژن برای برش فولاد کربنی، نیتروژن برای فلزات غیرآهنی، هوای فشرده برای غیرفلزات).
• فشار گاز: فشار گاز کمک بر حسب بار.
• فاصله کانونی: فاصله بین نوک نازل و سطح ماده.
• سایر پارامترها: پارامترهای دیگری که ممکن است بر کیفیت برش تأثیر بگذارند مانند قطر پرتو لیزر، شکل پرتو لیزر و …

نکات مهم برای مواد غیرفلزی:

• شیشه: به دلیل شکست حرارتی، سرعت برش باید پایین‌تر و توان لیزر بالاتر باشد.
• آکریلیک: برای جلوگیری از ذوب شدن، از سرعت برش بالاتر و توان لیزر کمتر استفاده کنید.
• چوب: برای جلوگیری از سوختگی، از توان لیزر پایین‌تر و سرعت برش متوسط استفاده کنید.
• چرم: از توان لیزر پایین و سرعت برش بالا برای جلوگیری از آسیب به لبه‌ها استفاده کنید.
• پارچه: از توان لیزر بسیار پایین و سرعت برش بالا برای جلوگیری از آسیب به الیاف استفاده کنید.
• سرامیک: به دلیل سختی بالا، به توان لیزر و فشار گاز بالاتری نیاز است.

عوامل موثر بر انتخاب پارامترها:

• نوع لیزر: CO2، فیبر یا دیودی
• کیفیت ماده: خلوص، یکنواختی و ضخامت ماده
• کیفیت پرتو لیزر: قطر، شکل و پایداری پرتو
• نوع نازل: جنس و اندازه نازل
• سیستم خنک‌کننده: کارایی سیستم خنک‌کننده
• نرم‌افزار برش: قابلیت‌های نرم‌افزار برش

توصیه می‌شود:

• آزمایش‌های عملی: قبل از شروع تولید انبوه، همیشه بر روی یک قطعه کوچک آزمایش انجام دهید.
• مشاوره با کارشناسان: با کارشناسان و متخصصان برش لیزری مشورت کنید.
• استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی: از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای پیش‌بینی نتایج برش استفاده کنید.
• به‌روزرسانی اطلاعات: با پیشرفت تکنولوژی، اطلاعات مربوط به پارامترهای برش لیزری نیز به‌روز می‌شود.

موارد دیگری که باید در نظر گرفته شود:

• نوع لبه برش: آیا لبه برش صاف، شیب‌دار یا زاویه‌دار مورد نیاز است؟
• کیفیت سطح برش: آیا سطح برش باید صاف و براق باشد یا می‌تواند دارای زبری باشد؟
• سرعت تولید: آیا سرعت تولید مهم‌تر است یا کیفیت برش؟
• هزینه: هزینه هر برش چقدر است؟

برش پلاسما چیست؟

برخلاف برش لیزری، برش پلاسما به انگلیسی Plasma Cutting یک گاز گرم و باردار الکتریکی مانند آرگون یا نیتروژن را از طریق یک نازل کوچک عبور می‌دهد. با سرعت و فشار بالا به سطح برخورد می‌کند و در حین عبور، اساساً مواد را ذوب و فرسایش می‌دهد. با این حال، مانند برش لیزری، برش پلاسما یک فرآیند برش حرارتی است زیرا پلاسمایی که تشکیل می‌دهد می‌تواند تا 20000 درجه سانتیگراد دما برسد.

با برش پلاسما، شما فقط می‌توانید از فلزات رسانای مانند فولاد، فولاد ضد زنگ و مس استفاده کنید، زیرا این‌ها مدار الکتریکی را کامل می‌کنند. به همین دلیل اکثر کسانی که از برش‌گرهای پلاسما استفاده می‌کنند اغلب در بخش‌هایی مانند تعمیر و بازسازی خودرو، کارگاه‌های ساخت و ساز صنعتی هستند. این تصویر قطعات برش پلاسما را نشان می‌کند:

جدول تنظیمات پارامترهای برش پلاسما برای فلزات

توجه: تنظیم دقیق پارامترهای برش پلاسما به عوامل مختلفی از جمله نوع گاز پلاسما، نوع تورچ، ضخامت ماده، نوع فلز و … بستگی دارد. این جدول یک راهنمای کلی است و برای دستیابی به بهترین نتایج، توصیه می‌شود آزمایش‌های عملی انجام دهید و با کارشناسان مشورت کنید.

ماده	ضخامت (میلیمتر)	جریان پلاسما (آمپر)	سرعت برش (میلیمتر بر دقیقه)	گاز پلاسما	فشار گاز (بار)	ارتفاع نازل (میلیمتر)	سایر پارامترها
فولاد کربنی	1-10	40-150	800-4000	اکسیژن	0.8-1.2	2-5	برش سریع، هزینه پایین
فولاد ضد زنگ	1-10	50-200	600-3000	نیتروژن	0.5-1	2-5	جلوگیری از اکسیداسیون
آلومینیوم	1-6	30-120	1000-5000	نیتروژن	0.3-0.8	2-5	برش سریع و تمیز
مس	1-4	50-150	800-4000	نیتروژن	0.5-1	2-5	هدایت حرارتی بالا
برنج	1-3	40-120	1000-5000	نیتروژن	0.3-0.8	2-5	آلیاژ مس-روی

توضیحات ستون‌ها:

• ماده: نوع فلز که قرار است برش داده شود.
• ضخامت: ضخامت فلز بر حسب میلی‌متر.
• جریان پلاسما: شدت جریان الکتریکی که قوس پلاسما را ایجاد می‌کند.
• سرعت برش: سرعت حرکت مشعل پلاسما بر حسب میلی‌متر بر دقیقه.
• گاز پلاسما: گازی که برای ایجاد پلاسما استفاده می‌شود (اکسیژن برای برش فولاد کربنی، نیتروژن برای فلزات غیرآهنی).
• فشار گاز: فشار گاز پلاسما بر حسب بار.
• ارتفاع نازل: فاصله بین نوک نازل و سطح فلز.
• سایر پارامترها: پارامترهای دیگری که ممکن است بر کیفیت برش تأثیر بگذارند مانند قطر نازل، زاویه برش و …

نکات مهم:

• تفاوت جریان پلاسما با توان لیزر: در برش پلاسما از جریان پلاسما به جای توان لیزر استفاده می‌شود.
• اهمیت ارتفاع نازل: ارتفاع نازل به شدت بر کیفیت برش تأثیر می‌گذارد. ارتفاع کم باعث ذوب بیش از حد لبه‌ها و ارتفاع زیاد باعث کاهش کیفیت برش می‌شود.
• گاز پلاسما: انتخاب گاز پلاسما بر اساس نوع فلز و کیفیت برش مورد نظر انجام می‌شود.
• خلوص گاز: خلوص گاز پلاسما بر کیفیت برش تأثیرگذار است.
• نوع تورچ: نوع تورچ (هوا خنک یا آب خنک) بر توان و عمر مفید دستگاه تأثیر می‌گذارد.

عوامل موثر بر انتخاب پارامترها:

• نوع فلز: ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی فلز
• ضخامت فلز: ضخامت فلز بر انتخاب جریان پلاسما و سرعت برش تأثیر می‌گذارد.
• کیفیت برش مورد نظر: لبه‌های برش باید صاف، بدون زائده و بدون اکسید باشند.
• سرعت تولید: سرعت تولید به عوامل مختلفی از جمله ضخامت فلز، نوع فلز و توان دستگاه بستگی دارد.
• هزینه: هزینه برش به عوامل مختلفی از جمله مصرف گاز، انرژی و تعمیر و نگهداری دستگاه بستگی دارد.

توصیه می‌شود:

• آزمایش‌های عملی: قبل از شروع تولید انبوه، همیشه بر روی یک قطعه کوچک آزمایش انجام دهید.
• مشاوره با کارشناسان: با کارشناسان و متخصصان برش پلاسما مشورت کنید.
• استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی: از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای پیش‌بینی نتایج برش استفاده کنید.
• به‌روزرسانی اطلاعات: با پیشرفت تکنولوژی، اطلاعات مربوط به پارامترهای برش پلاسما نیز به‌روز می‌شود.

موارد دیگری که باید در نظر گرفته شود:

• نوع لبه برش: آیا لبه برش صاف، شیب‌دار یا زاویه‌دار مورد نیاز است؟
• کیفیت سطح برش: آیا سطح برش باید صاف و براق باشد یا می‌تواند دارای زبری باشد؟
• سرعت تولید: آیا سرعت تولید مهم‌تر است یا کیفیت برش؟
• هزینه: هزینه هر برش چقدر است؟

مقایسه برش لیزری در مقابل برش پلاسما

مهم‌ترین حوزه تفاوت این دو فرآیند برش، منبع انرژی آن‌ها است. ماشین‌های برش لیزری با استفاده از یک پرتو باریک و شدید نور مواد برش می‌دهند، اما برش‌گرهای پلاسما جریان هدایت شده‌ای از پلاسما ساطع می‌کنند. هر دو روش عمدتاً برای برش فلزات استفاده می‌شوند، اما برش لیزری همچنین می‌تواند برای برش سایر مواد مانند سرامیک و چوب استفاده شود. جدول مقایسه‌ای زیر نگاهی دقیق‌تر به تفاوت‌های آن‌ها ارائه می‌دهد.

ویژگی	برش لیزری	برش پلاسما
دقت	دقیق‌تر از برش پلاسما و روی یک ناحیه کوچک متمرکز می‌شود. این باعث می‌شود برش‌های آن نیز نرم‌تر شوند.	دقیق‌تر از برش لیزری نیست و درز بزرگ‌تر و برش‌های کمی زبرتر تولید می‌کند که ممکن است نیاز به سنگ زنی داشته باشند.
سرعت	سریع‌تر و کارآمدتر از برش پلاسما است.	برش پلاسما زمان بیشتری نسبت به برش لیزری می‌گیرد.
مواد	می‌تواند از طریق مواد مختلف مانند فلز، چوب، سرامیک و پلاستیک برش دهد.	محدود به مواد رسانا است.
سازگاری با مواد بازتابنده	اگرچه برای انواع مختلف مواد مناسب است، اما برای مواد بازتابنده مانند فلز به اندازه برش پلاسما خوب نیست.	در برش مواد بازتابنده بهتر است.
ضخامت ورق	با هر چیزی ضخیم‌تر از 19 میلی‌متر مشکل خواهد داشت، اما می‌تواند آلومینیوم 12.7 میلی‌متری، فولاد ضد زنگ 19 میلی‌متری و فولاد 25.4 میلی‌متری را برش دهد.	می‌تواند از طریق ورق‌های فلزی تا نیم اینچ (38 میلی‌متر) ضخامت برش دهد.
سطح برش	سطح برش صاف است، با کیفیت برش خوب و بدون برآمدگی – ایده‌آل برای طرح‌های دقیق.	به دلیل عمود بودن ضعیف شناخته شده است، برش‌هایی با سرباره برش بیشتر تولید می‌کند که باید با سنگ زنی حذف شود.
عرض‌های شکاف	برش‌هایی با عرض‌های شکاف بسیار باریک حدود ±0.15 میلی‌متر و دقت بالای 0.01 میلی‌متر یا کمتر ایجاد می‌کند.	عرض شکاف بزرگ‌تر (بزرگ‌تر از 3.8 میلی‌متر) و دقت حدود 0.5–1 میلی‌متر دارد.
هزینه	برش‌گرهای لیزری معمولاً بسیار گران‌تر هستند. علاوه بر سرمایه‌گذاری اولیه، معمولاً هزینه کارکرد آن‌ها نیز بیشتر است.	برش‌گرهای پلاسما ارزان‌تر برای خرید و کارکرد هستند.
نگهداری	برش‌گرهای لیزری معمولاً نیاز به نگهداری بیشتری دارند.	نسبت به برش‌گرهای لیزری نیاز به نگهداری کمتری دارد.
اندازه کرف	برش‌گرهای لیزری، با دقت بیشتر، کرف کوچکی (اندازه درز) تولید می‌کنند.	برش‌گرهای پلاسما درز بزرگ‌تر یا کرف ایجاد می‌کنند، زیرا به اندازه برش‌گرهای لیزری دقیق و خاص نیستند.
سطوح تابش	برش‌گرهای لیزری در واقع هیچ تابشی تولید نمی‌کنند.	برش‌گرهای پلاسما در واقع تابش ایجاد می‌کنند، بنابراین می‌توانند خطرناک‌تر باشند. هنگام استفاده از دستگاه، از تجهیزات حفاظتی استفاده کنید.
عملکردهای اضافی	برش‌گرهای لیزری معمولاً می‌توانند حکاکی نیز کنند.	برش‌گرهای پلاسما نمی‌توانند حکاکی کنند، بنابراین تقریباً فقط برای برش استفاده می‌شوند.

مقایسه‌ نهایی برش لیزری در مقابل برش پلاسما

طبق تجربه صنعتگران و فعالان صنعت برای خدمات برش ورق، ما تقریباً همیشه از لیزرها نسبت به پلاسما به دلیل وضوح جزئیات برتر آن استفاده می‌کنیم. برش پلاسما هزینه کمتری دارد و برای مواردی که قصد جوشکاری آن‌ها را دارید بسیار خوب عمل می‌کند زیرا می‌توانید لبه را سندبلاست یا سنگ بزنید.

اگر پس از خواندن این مقاله، تصمیم گرفتید که نه برش لیزری و نه برش پلاسما برای شما مناسب نیست، می‌توانید روش‌های جایگزین مانند برش جت آب، برش اکسی-استیلن یا وایرکات(ماشینکاری تخلیه الکتریکی) را در نظر بگیرید.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

در این مقاله برش لیزری را در مقابل برش پلاسما به صورت عملیاتی مقایسه کردیم.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/sheet/laser-cutting-vs-plasma-cutting

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.