برش لیزری مواد:12 ماده قابل برش با لیزر

آخرین به روزرسانی

مقدمه

برش لیزری به مرحله ای رسیده است که اکنون بسیاری از موادی که قبلا “دشوار” نامیده می شدند می توانند برش داده شوند. امروزه برش لیزری با قدرت متوسط تا چند صد وات، برای برش و حکاکی در کارگاه های خانگی عادی در نظر گرفته می شود. بزرگترین دستگاه های برش لیزری می توانند فولاد را با ضخامت 100 میلی متر و با سرعت 100 میلی متر بر ثانیه برش دهند. با انتخاب روش‌های مناسب، حتی سخت‌ترین مواد مانند فولاد ضد زنگ را می‌توان به خوبی برش داد. در مقابل، کم‌هزینه‌ترین ماشین‌های (زیر ۱۰۰ دلار) می‌توانند بسیاری از ورق‌های نازک را برش دهند و روی طیف وسیعی از مواد حکاکی کنند.

با وجود قابلیت بهبود یافته دستگاه های برش لیزری، هنوز هم مواد خوب و بد برای برش لیزری وجود دارد، به عنوان مثال: اکریلیک، تخته سه لا و ام دی اف. در زیر رایج ترین مواد برش لیزری آورده شده است:

1. برش لیزری مواد اکریلیک

اکریلیک (PMMA) یک ماده پلاستیکی شفاف است که به دلیل استحکام بالا، شفافیت نوری و سختی معروف است. دو نوع متداول اکریلیک تولید می شوند: ریخته‌گری شده (cast) و اکسترود شده (extruded). ورق های اکسترود شده به دلیل تنش های داخلی ناشی از فرایند تولید، برش سخت تری دارند. برش کندتر اکریلیک اکسترود شده می تواند لبه های برش با ظاهر بهتر ایجاد کند. تهویه مناسب هنگام برش لیزری اکریلیک مورد نیاز است زیرا بخار آن خطر اشتعال داشته و سمی است.

برای برش اکریلیک لیزر CO2 یا دیود پمپ شده (diode-pumped) توصیه می شود. پیشنهاد می شود برای برش اکریلیک از کمترین توان ممکن استفاده شود. توان بالا منجر به سوختگی لبه ها می شود. یک لیزر 80 وات باید اکریلیک با ضخامت 8 میلی متر را با سرعت تقریباً 5 میلی متر بر ثانیه برش دهد و لبه هایی با کیفیت بالا با حداقل ناحیه متاثر از حرارت (HAZ)تولید کند. اگر دمنده روی درجه زیاد تنظیم شود، لبه‌های ناهموار ایجاد می‌شوند – برای حصول بهترین نتیجه، فشار مناسب باید به اندازه‌ای باشد که قوی‌ترین فوتی است که می‌توانید روی انگشت خود انجام دهید.

2. تخته سه لا

تخته سه لا از روکش های چوبی چسبانده شده ساخته شده است. در حالی که انواع مختلفی از تخته سه لا تولید می شود، همه تخته سه لاها را می توان با لیزر برش داد. تخته سه لا با رزین چسبانده می شود و هنگام گرم شدن گازهای سمی تولید می کند. بنابراین توصیه می شود هنگام برش از سیستم تهویه مناسب استفاده شود.

تخته‌های سه‌لا هنگام انجام چندین برش متوالی به توان بالا و سرعت زیاد نیاز دارند – که ممکن است منجر به افزایش اندازه شیار برش (kerf size) شود. بالا بردن فشار دمنده منجر به برشی تمیزتر می شود و امکان سرعت ورودی بالاتر را فراهم می کند. برای برش تخته سه لا از لیزر CO2 و لیزرهای فیبری توصیه می شود.

3. برش لیزری ام دی اف

ام دی اف (MDF – تخته فیبر با چگالی متوسط) ورق مهندسی شده ای است که از ضایعات چوب سخت یا نرم ساخته می شود. برش لیزری آن آسان نیست؛ چگالی بالا و محتوای چسب زیاد برش آن را کند می کند و راحت باعث ایجاد لکه و دوده می شود. چگالی بالای MDF نیاز به سرعت برش پایین دارد و منجر به HAZ بالا و شیار برش عریض می شود. توصیه می شود هنگام برش MDF از لیزر CO2 یا یک لیزر دیود پمپ شده استفاده کنید.

هنگام برش MDF، باید از بالاترین توان موجود استفاده شود. یک لیزر 80 وات می‌تواند MDF با ضخامت 10 میلی‌متر را با سرعت تقریبی 3.5 میلی‌متر در ثانیه با لبه‌های سوخته و لکه دار برش دهد. همچنین باید فشار دمنده بالا باشد. باقیمانده های سوخته وجود خواهد داشت که باید از مسیر برش کنار زده شوند تا لیزر بتواند عبور کند و از رسوب دوده/باقیمانده روی عدسی های دستگاه جلوگیری شود.

HAZ مخفف Heat-Affected Zone یا منطقه تحت تاثیر حرارت است. این منطقه در مواد در اثر فرآیندهای مختلفی مانند جوشکاری، لحیم کاری و برش لیزری ایجاد می شود. در برش لیزری، HAZ ناحیه ای از ماده اطراف لبه برش است که تحت تأثیر گرمای لیزر قرار گرفته و خواص آن تغییر کرده است.

4. برش لیزری مقوا

مقوا یک اصطلاح کلی برای محصولات مبتنی بر کاغذ ضخیم است. این ماده کم هزینه ای است که به طور گسترده برای بسته بندی محصولات، مدل سازی و تبلیغات استفاده می شود. همه انواع لیزر با مقوا به خوبی کار می کنند.

هنگام برش لیزری مقوا، تهویه مناسب توصیه می شود. با این حال، حجم محصولات احتراق کم خواهد بود و مقوا سمی قابل توجهی ندارد. علاوه بر این، از سطوح توان متوسط و سرعت های ورودی بالا استفاده کنید. شیار برش (kerf size) نیز محدود خواهد بود و HAZ کوچک خواهد بود. فشار دمنده باید پایین تنظیم شود، زیرا این ماده می تواند با فشار هوای زیاد بلند شود، اما جریان هوا باعث کیفیت برش بهتر می شود.

5. برش لیزری POM

POM (پلی اکسی متیلن، دلرین® یا کوپلیمر استال) یک ماده مهندسی است که در کاربردهایی که به استحکام، مقاومت شیمیایی و پایداری ابعادی نیاز دارند مانند قطعات ماشین استفاده می شود. لیزرهای CO2 بهترین نتایج را ارائه می دهند، اما لیزر فیبری می تواند برای علامت گذاری/حکاکی استفاده شود. POM با استفاده از لیزر CO2 بسیار تمیز و با HAZ کوچک برش داده می شود.

هنگام برش لیزری POM، استفاده از تهویه مناسب مهم است زیرا پلاستیک سوخته سمی بالایی دارد. تنظیمات لیزر مشابه تنظیمات استفاده شده برای اکریلیک اغلب توصیه می شود، اگرچه سرعت های ورودی 25٪ کندتر قابل قبول است. آن را روی کمترین توانی تنظیم کنید که به برش اجازه می دهد ادامه یابد. یک لیزر 80 وات باید Acetal/POM با ضخامت 8 میلی متر را با سرعت تقریباً 4 میلی متر در ثانیه برش دهد. دمنده نیز باید روی فشار متوسط تنظیم شود.

6. برش لیزری فوم

فوم یک اصطلاح کلی است که به موادی اطلاق می شود که با به دام انداختن پاکت های(حباب های) گاز در مایع یا جامد تشکیل می شوند. این شامل طیف وسیعی از مواد است که برخی از آنها را می توان با لیزر برش داد و برخی دیگر را نمی توان برش داد. برخی از نمونه های قابل برش عبارتند از: فوم های پلی استایرن یا پلی پروپیلن منبسط شده، فوم مدل سازی Depron، تخته های هسته فوم مانند Gatorfoam و فوم EVA. هیچ توصیه ساده ای برای نوع لیزر وجود ندارد، زیرا فوم ها به دسته های مختلف مواد تعلق دارند – اما هر نوع لیزری به احتمال زیاد به خوبی برش می دهد.

برش لیزری فوم نیاز به توان بسیار کم و سرعت ورودی بالا، تهویه مناسب و ماسک تنفسی دارد، زیرا اکثر فوم ها هنگام گرم شدن گازهای سمی آزاد می کنند. دمنده ها نیز باید برای مواد نازک روی سطح پایین تنظیم شوند.

7. برش لیزری فلزات

فلزات خانواده ای از مواد است که برای برش هر چیزی ضخیم تر از فویل به توان بالا نیاز دارد. برخی از فلزات با لیزرهای فیبری یا حالت جامد (solid-state) به بهترین وجه کار می کنند، در حالی که برخی دیگر با لیزرهای CO2 کار می کنند. کیفیت برش نتیجه ای از توان لیزر، پالس، قطر پرتو، عمق کانونی و فرکانس نور است. فلزات گاز یا باقی مانده کمی تولید می کنند و به طور کلی سمیت کمی دارند، اگرچه هنوز هم باید احتیاط های معمولی اعمال شود.

دو روش در برش لیزری فلزات استفاده می شود: برش لیزری واکنشی و برش ذوب. برش لیزری واکنشی از یک جت اکسیژن در برش برای تسریع برش با اکسیداسیون استفاده می کند. برای مقاطع ضخیم تر فولاد و تیتانیوم، فلز به سرعت اکسید شده و/یا ذوب شده و سپس از ناحیه برش خارج می شود. از طرف دیگر، برش ذوب برای برش آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، مس، نیکل و تنگستن استفاده می شود. این تکنیک از مخلوطی از نیتروژن و آرگون برای دور کردن فلز مذاب از برش استفاده می کند.

8. برش لیزری چرم

چرم یک ماده قوی و انعطاف پذیر است که به طور سنتی از پوست حیوان ساخته می شود، اگرچه چرم مصنوعی (مصنوعی) نیز اکنون موجود است. لیزرهای CO2 به طور کلی موثرترین لیزرها برای برش چرم هستند. لیزرهای با توان متوسط برش های خوبی در چرم ایجاد می کنند، اگرچه ممکن است به چندین پاس نیاز باشد. برش لیزری در چرم تمیز است و هیچ فیبر پاره یا آسیب دیده ای باقی نمی گذارد. برش لیزری چرم از تنش و اعوجاجی که حتی با تیزترین ابزارهای دستی رخ می دهد، جلوگیری می کند.

9. برش لیزری پلاستیک

پلاستیک دسته بندی دیگری از مواد است که شامل موادی می شود که به خوبی برش می خورند. برخی از مواد پلاستیکی مناسب برای برش لیزری عبارتند از پلی آمید (Kapton®) و پلی استر (Mylar®) که به ترتیب با استفاده از لیزر دیود و CO2 به خوبی برش می خورند. از طرف دیگر، ورق پلی کربنات را می توان تا حداکثر 1 میلی متر برش داد، اما ناحیه HAZ زرد می شود و ممکن است تغییر شکل دهد.

پلی استایرن نیز به طور تمیز برش می خورد، اما تمایل به تولید دود زیاد و آزاد شدن گاز استایرن سمی دارد. کیفیت برش نتیجه ای از تأثیرات توان لیزر، پالس، قطر پرتو، عمق کانونی (برای برش های ضخیم تر) و فرکانس نور (نوع لیزر) است. هیچ دو پلاستیکی نیازهای یکسانی ندارند. همه پلاستیک ها گاز یا باقی مانده های سمی تولید می کنند که خطرات جدی برای سلامتی را به همراه دارد، بنابراین احتیاط توصیه می شود.

10. برش لیزری چوب پنبه

چوب پنبه، پوست درخت بلوط چوب پنبه است و معمولاً در ورق های ساخته شده استفاده می شود. برای چوب پنبه تا ضخامت 3 میلی متر، سرعت برش باید نسبتاً سریع باشد، ده ها میلی متر در ثانیه. تشک های ضخیم تر چوب پنبه برای برش خوب به چندین پاس نیاز دارند. با توان کم شروع کنید و به تدریج آن را افزایش دهید تا زمانی که برش بدون دود حاصل شود. دمنده باید روی سطح بالا تنظیم شود، اما به اندازه ای بالا نباشد که ورق یا مناطق برش را بلند کند.

درخت بلوط چوب پنبه (Quercus suber) گونه‌ای خاص از درخت بلوط است که پوست ضخیم و اسفنجی دارد. این لایه ضخیم از پوست به مرور زمان از تنه درخت جدا می‌شود و می‌توان آن را برداشت کرد. پس از برداشت، پوست درخت فرآوری شده و به ورقه‌های نازکی تبدیل می‌شود که به عنوان چوب پنبه شناخته می‌شوند.

11. برش لیزری منسوجات

منسوجات طبیعی مانند پنبه، ابریشم و پشم گزینه های عالی برای برش لیزری هستند. توان کم تا متوسط و سرعت ورودی بالا به طور کلی کیفیت برش عالی را ارائه می دهد. استفاده از دمنده مفید است، اما باید فشار کم باشد تا از جابجا شدن و بلند شدن پارچه جلوگیری شود. پارچه های مصنوعی می توانند مشکلاتی ایجاد کنند زیرا خط بین ذوب شدن یا خط برش و ایجاد آتش می تواند بسیار باریک باشد. هیچ تنظیمات کلی برای اطمینان از نتایج خوب وجود ندارد. با این حال، هنگامی که تنظیمات ثابتی به دست آید، پارچه های مصنوعی به خوبی با برش لیزری کار می کنند.

12. برش لیزری کاغذ

کاغذ برای برش لیزری بسیار مناسب است. هر دستگاه برش لیزری کوچک می تواند کار بسیار خوبی با کاغذ انجام دهد، اما برای دستگاه های صنعتی بزرگتر مناسب نیست. کاغذ به تنظیمات توان کم و سرعت های ورودی بالا نیاز دارد زیرا بسیار سریع برش می خورد. ممکن است برای کاغذهای سنگین تر به سرعت های ورودی کمی پایین تر نیاز باشد. می توان برش های بسیار تمیز بدون HAZ ایجاد کرد.

برش لیزری چیست؟

برش لیزری فرآیندی است که در آن لیزر برای ذوب یا سوزاندن نوار باریکی از مواد کنترل شده بر روی یک ورق یا دال مواد استفاده می شود تا قطعات مورد نیاز از آن جدا شود. توان و فرکانس نور توانایی دستگاه های برش لیزری را تعیین می کند. به طور کلی، یک دستگاه برش لیزری شامل یک مکانیسم “انتقال” برای مواد، اپتیک یا ترکیبی از هر دو است.

چرا فقط مواد محدودی را می توان با لیزر برش داد؟

برخی از مواد به دلیل نحوه تعامل آنها با انرژی لیزر برای برش لیزری مناسب نیستند. دلایل دیگری نیز وجود دارد که در زیر فهرست شده است:

• بسیاری از پلاستیک ها از برش جدا می شوند و نمی توان آنها را به طور تمیز برش داد.
• برخی از مواد طیف جذب IR دارند که باعث می شود بیشتر گرم شوند و کمتر بسوزند.
• برخی از مواد بسیار بازتابنده هستند، بنابراین بخش زیادی از انرژی لیزر هدر می رود.
• برخی از مواد در حین برش آتش می گیرند.
• برخی از مواد هنگام برش بخارات یا گازهای خطرناک یا سمی آزاد می کنند که می تواند به افراد و/یا ماشین ها آسیب برساند.

جعبه لیزر چیست؟

جعبه لیزر مجموعه‌ای از دستگاه‌های برش و حکاکی لیزری با تمرکز آموزشی است که توسط Makeblock Education به بازار عرضه می‌شود. این دستگاه‌ها به طور خاص برای استفاده در مدارس، دانشگاه‌ها و سایر محیط‌های آموزشی طراحی شده‌اند و به منظور ارتقای خلاقیت، نوآوری و مهارت‌های حل مسئله در دانش‌آموزان و دانشجویان کاربرد دارند.

جعبه لیزر شامل اجزای مختلفی است که عبارتند از:

• دستگاه برش و حکاکی لیزری: این دستگاه قلب اصلی جعبه لیزر است و از لیزر برای برش و حکاکی مواد مختلف مانند چوب، پلاستیک، اکریلیک و چرم استفاده می‌کند.
• نرم افزار کنترل: این نرم افزار به کاربر اجازه می‌دهد تا طرح‌های خود را طراحی کرده و به دستگاه لیزر ارسال کند.
• مواد آموزشی: جعبه لیزر معمولاً با مجموعه ای از مواد آموزشی مانند کتابچه راهنما، ویدئوهای آموزشی و پروژه های نمونه ارائه می شود.

مزایای استفاده از جعبه لیزر در آموزش عبارتند از:

• ایجاد فرصت‌های یادگیری تجربی: جعبه لیزر به دانش‌آموزان و دانشجویان اجازه می‌دهد تا با استفاده از دست‌های خود و با مواد واقعی مفاهیم علمی و مهندسی را یاد بگیرند.
• ارتقای خلاقیت و نوآوری: جعبه لیزر به دانش‌آموزان و دانشجویان این امکان را می‌دهد تا ایده‌های خود را به واقعیت تبدیل کرده و اشیاء خلاقانه و نوآورانه بسازند.
• توسعه مهارت‌های حل مسئله: جعبه لیزر به دانش‌آموزان و دانشجویان کمک می‌کند تا مهارت‌های حل مسئله خود را از طریق طراحی، برنامه‌ریزی و اجرای پروژه‌های مختلف ارتقا دهند.
• آمادگی برای مشاغل آینده: جعبه لیزر به دانش‌آموزان و دانشجویان مهارت‌هایی را می‌آموزد که برای مشاغل آینده در زمینه‌های مختلف مانند مهندسی، طراحی و تولید بسیار ارزشمند است.

آیا انواع مختلفی از دستگاه های برش لیزری وجود دارد؟

بله، طیف گسترده ای از دستگاه های برش لیزری وجود دارد، از دستگاه های رومیزی ساده که لیزر را برای حکاکی تصاویر کوچک اسکن می کنند تا دستگاه های رومیزی X-Y بزرگتر برای برش مواد ورق و همچنین دستگاه های صنعتی که می توانند صفحات فولادی 100 میلی متری را برش دهند.

چه موادی را نباید با دستگاه برش لیزری برش داد؟

دو نوع ماده که نباید با دستگاه برش لیزری برش داده شوند عبارتند از: PVC و مواد روکش شده PVC، پلی استایرن منبسط شده ضخیم، ABS و چوب های نرم رزینی. PVC هنگام گرم شدن گاز کلر آزاد می کند. کلر تحریک کننده، سمی و به شدت به بسیاری از فلزات خورنده است. پلی استایرن منبسط شده در عین حال مستعد آتش گرفتن است. ABS تمایل به ذوب شدن و توده شدن به جای برش دارد و چوب های نرم رزینی می توانند با تبخیر شدن رزین پاپ، دود و ترک بخورند.

کاربردهای دیگر دستگاه برش لیزری چیست؟

دستگاه های برش لیزری را می توان برای سوراخ کردن، حکاکی و جوشکاری نیز استفاده کرد.

تنظیمات برش لیزری برای هر ماده چیست؟

تنظیمات برش لیزری برای هر ماده متفاوت است. جدول 1 زیر نمونه هایی را نشان می دهد:

ماده	توان دستگاه (W)	تنظیم قدرت (%)	PPI	سرعت پیشنهادی (mm/s)	عمق حداکثر (mm)	تعداد پاس ها
چوب	80	60	40	50	65	80
چوب بالسا	80	60	40	50	65	80
تخته سه لا	80	60	40	70	85	85
اکریلیک	80	60	40	55	70	85
MDF	80	100	500 حکاکی	500 برش	3.5	10
Acetal/POM	80	60	100	100	500 حکاکی	500 برش
پلی استایرن منبسط شده	80	60	40	12	15	15
فوم اورتان	80	60	40	12	15	18
چرم	80	60	40	15	20	20
پارچه	80	60	40	10	12	15
مقوا	80	60	40	50	65	75
فلز(فولاد)	150	100	100	10	0.2	1000
فلز(آلومینیم)	100	100	100	15	0.2	1000

نکات ایمنی برش لیزری

• همیشه از عینک های ایمنی مناسب استفاده کنید.
• همیشه از تهویه مناسب استفاده کنید.
• همیشه مطمئن شوید که ماده ای که برش می دهید برای برش لیزری مناسب است.
• همیشه دستورالعمل های سازنده دستگاه برش لیزری خود را دنبال کنید.
• همیشه هنگام کار با دستگاه برش لیزری احتیاط کنید.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

برش لیزری فرآیندی همه کاره است که می توان از آن برای برش طیف گسترده ای از مواد استفاده کرد. با انتخاب دستگاه و تنظیمات صحیح، می توانید نتایج با کیفیتی را با برش لیزری بدست آورید.در این مقاله پارامترهای برشکاری لیزری 12 نوع ماده مختلف را باهم بررسی کردیم.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه آنلاین ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/sheet/laser-cutting-materials

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.