يوجد العديد من أجهزة الليزر في السوق اليوم ، ولكل منها ميزاتها ومواصفاتها ومستويات التكامل الخاصة بها ، مما يجعل عملية الاختيار صعبة. عند اختيار ليزر لمعالجة المواد ، من الضروري فهم الاختلافات والفوائد لكل خيار.
تقدم هذه المقالة للقراء فهمًا لأنظمة الليزر وأنواع الليزر الشائعة وكيفية اختيار مصدر ليزر صناعي مناسب لمعالجة المواد.
جدول المحتويات
سوق الليزر الصناعي العالمي
ما هو مصدر الليزر الصناعي؟
ميزات يجب مراعاتها عند اختيار مصدر الليزر
في الختام
سوق الليزر الصناعي العالمي
تم تقييم سوق الليزر الصناعي بالدولار الأمريكي 17.3 مليار دولار في عام 2021 ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) بنسبة 7.2٪ ليصل إلى 34.8 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030. يتم إنتاج شعاع ضوئي بواسطة نظام ليزر صناعي باستخدام انبعاثات محفزة لأغراض مختلفة في الإلكترونيات والسيارات والطبية ، وغيرها من الصناعات. يتم استخدام الليزر بشكل أساسي في اللحام بالنحاس ، ووضع العلامات ، والنقش ، والقطع ، واللحام ، والنقش.
أدى الطلب المتزايد على زيادة الكفاءة والإنتاجية والدقة إلى نمو الصناعة الليزر. علاوة على ذلك ، فإن ارتفاع الطلب على معالجة المواد في مختلف القطاعات وتحول صناعة السيارات إلى السيارات الكهربائية سيؤدي إلى زيادة المبيعات في المستقبل.
ما هو مصدر الليزر الصناعي؟
يحتوي الليزر على مكونات وميزات مختلفة تنتج شعاعًا ضوئيًا مكثفًا ومتماسكًا عبر عملية تضخيم ضوئي. هناك أنواع عديدة من الليزر ، ولكل منها درجات متفاوتة من التكامل. كل هذه الليزر، ومع ذلك ، تشترك في مجموعة أساسية من المكونات.
يوجه مصدر الطاقة لكل ليزر الضوء إلى وسط كسب. ينبعث وسيط الكسب هذا طولًا موجيًا معينًا للضوء ، ويقوم الرنان بتضخيم هذا الكسب البصري من خلال المرايا.
قبل الدخول في تفاصيل مصدر الليزر ، دعنا نلقي نظرة على بعض أنواع الليزر الأكثر شيوعًا:
ليزر الحالة الصلبة: كمصدر أساسي للكسب البصري ، تعتمد هذه الليزرات على زجاج صلب أو بلورات ممزوجة بعناصر أرضية أخرى. عادةً ما تكون هذه العناصر المختلطة هي الإربيوم أو الثوليوم أو الكروم أو الإيتربيوم. الحالة الصلبة الأكثر شيوعًا الليزر في تطبيقات المعالجة الصناعية روبي و Nd: YAG.
غازات الغاز: باستخدام تقنية تُعرف باسم الانعكاس السكاني ، يتم تمرير التيار الكهربائي عبر غاز في هذه الليزرات لإنتاج الضوء. ثاني أكسيد الكربون (CO2) والأرجون والكريبتون والهيليوم نيون هي أكثر أنواع الليزر الغازية شيوعًا. ثاني أكسيد الكربون الليزر هي الخيار الأكثر شيوعًا وتستخدم على نطاق واسع في اللحام والقطع والنقش بالليزر.
ليزر الألياف: ليزر الألياف أضيق وأصغر الليزر أشعة الليزر الأخرى ، مما يجعلها أكثر دقة في تطبيقات معالجة المواد. فهي تتميز بصغر حجمها ، كما أنها موفرة للطاقة ، وتكاليف تشغيل وصيانة منخفضة. ليزر الألياف تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات التنظيف واللحام والقطع والنقش.
ميزات يجب مراعاتها عند اختيار مصدر الليزر
الخطوة الأولى هي تحديد نوع الليزر اعتمادًا على تطبيق الليزر. بعد تحديد نوع الليزر ، يجب تحديد معلماته ، بما في ذلك قوة الحزمة وحجمها وطولها الموجي وتكلفة الصيانة.
الطول الموجي لشعاع الليزر
من الأهمية بمكان فحص الطول الموجي لشعاع الليزر لمعالجة المواد لأن المواد المختلفة لها معدلات امتصاص مختلفة بأطوال موجية مختلفة. إحدى القواعد المقبولة على نطاق واسع هي أن حزمة الليزر ذات الطول الموجي 1064 نانومتر من ليزر Nd: YAG تمتص جيدًا بواسطة الفولاذ والألمنيوم ، في حين أن الطول الموجي 10600 نانومتر الليزر يتم امتصاص شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون (CO2) جيدًا بواسطة القماش والبلاستيك والجلد والخشب والورق.
أكثر مصادر الليزر شيوعًا المتاحة اليوم هما ثاني أكسيد الكربون والألياف. اعتمادًا على العناصر الممزوجة بالألياف. يمكن أن ينتج ليزر ثاني أكسيد الكربون شعاع ليزر عند 2 أو 2 أو 10600 نانومتر ، اعتمادًا على تركيبة الغاز. من المهم مطابقة الطول الموجي لمصدر الليزر مع المادة المراد معالجتها لضمان عمليات الليزر الفعالة.
تكاليف الصيانة
في الماضي ، كانت ليزرات ثاني أكسيد الكربون ذات الأنبوب الزجاجي وأشعة الليزر Nd: YAG التي يتم ضخها بواسطة المصباح شائعة ، ولكن مصادر المضخة ، أي المصباح القوسي أو الأنبوب الزجاجي المملوء بالغاز ، كان لا بد من استبداله بشكل دوري. كل 2 إلى 500 ساعة عمل ، كان على المستخدمين إيقاف الماكينة واستبدال الأنبوب أو المصباح. علاوة على ذلك ، الجيل الأقدم من ثاني أكسيد الكربون الليزر تتطلب تدفقًا مستمرًا للغازات عبر الرنان ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل.
ومع ذلك ، بفضل التكنولوجيا المتقدمة ، والألياف الليزر، الخيار الأكثر شيوعًا اليوم ، والذي يمثل 80٪ من حصة السوق ، خالٍ تمامًا من الصيانة. تتمتع بعمر خدمة طويل وتصميم مرنان ليزر فريد حيث تكون جميع البصريات جزءًا من كابل ألياف ضوئية مستمر فعال.
حجم القوة والتركيز
يمكن إرسال شعاع الليزر من خلال بصري تركيز أثناء نبضه بأطوال مختلفة. عندما يتلامس الشعاع مع قطعة العمل ، فإنه يتقلص في الحجم ، ويركز بشكل فعال كمية كبيرة من الطاقة في منطقة صغيرة. ومع ذلك ، لا يمكن تقليل إخراج الليزر إلى حجم أصغر من طوله الموجي ، ولا يمكن لإخراج منخفض الجودة أن يولد نقطة تركيز عالية الجودة. على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الكربون الليزر لا يمكن تقليل نقطة التركيز البؤري إلى أقل من 10600 نانومتر ، مما يتطلب شعاعًا وبصريات شبه مثالية لإكمال المهمة.
وبالتالي ، في حين أن حجم البقعة يعتبر اعتبارًا مهمًا ، إلا أنه غير مطلوب لجميع التطبيقات ، مثل تنظيف الأسطح بالليزر ، اللحام بالليزر، وتلبيد السلم ، والتي تتطلب حجم بقعة أكبر لضمان الأداء.
مواد المعالجة بالليزر
نظرًا لأن المواد المختلفة لها معدلات معالجة مختلفة ، يجب مراعاة خصائص المواد عند اختيار مصدر الليزر المناسب. تشمل المواد الأكثر ملاءمة للنقش والحفر والقطع بالليزر CO2 البلاستيك ، والرغوة ، والأقمشة ، والمطاط ، والأوراق ، والزجاج ، والحجر الخزفي ، والصلب ، والتيتانيوم ، والخشب ، والمركبات. المواد ذات نقاط الانصهار العالية للغاية غير مناسبة بشكل مثالي لليزر ثاني أكسيد الكربون تحت 2 وات.
تناسب الليزرات الليفية مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك الأسيتال الأسود ، والأكريليك ، و PTFE ، والبلاستيك الذي يحتوي على مواد مالئة ، أو أصباغ ، أو إضافات تستقبل الليزر.
طريقة التشغيل
ليزر الموجة المستمرة
من الأهمية بمكان معرفة ما إذا كان الليزر مستمرًا أم نابضًا. يقاس متوسط طاقة ليزر CW بالكيلوواط أو nW. قبل اختيار مستشعر CW الليزر، يجب تحديد متوسط نطاق الطاقة. سيحدد هذا النطاق الاختيار الصحيح لجهاز الاستشعار. على سبيل المثال ، إذا كان النطاق واسعًا جدًا ، فستكون هناك حاجة إلى مستشعر ثانٍ. وبالتالي ، فإن اختيار جهاز استشعار بمدى قريب من النطاق المطلوب - ليس عند النهاية العالية أو المنخفضة ، ولكن في المنتصف - قد يؤدي إلى قراءات خاطئة إذا تجاوز النطاق في أي من الاتجاهين.
لتحديد المستشعر المناسب ، يجب مراعاة وقت التعرض لشعاع ليزر CW. إذا كانت القياسات الدورية مطلوبة فقط ، فإن المستشعر مع فترة تعريض طويلة بما يكفي للحصول على قراءة ثابتة ، أي عشرات الثواني ، يكون كافياً - ويفضل أن يكون مستشعرًا أصغر حجمًا وأقل تكلفة. ومع ذلك ، إذا كان الليزر يجب تعريض مستشعر الطاقة لفترات طويلة ، يلزم وجود مستشعر أكبر لتبديد أي تراكم للحرارة يمكن أن يؤثر على القياسات.
الليزر النبضي
كما هو الحال مع ليزر CW ، يجب تحديد متطلبات نطاق الطاقة لأجهزة الاستشعار. يجب على المستخدمين تحديد نبضات الليزر في الثانية (PPS) أو معدل النبض لتحديد ما إذا كان يمكن استخدام مستشعر الطاقة لتطبيق معين. تعمل معظم مستشعرات الطاقة بترددات تتراوح من 1 هرتز إلى 5 كيلوهرتز ، مع مستشعرات متقدمة تعمل حتى 25 كيلوهرتز.
عامل آخر يجب مراعاته مع النبض الليزر هو عرض النبض. هذه المواصفات لها تأثير كبير على عتبة تلف جهاز الاستشعار المختار. على سبيل المثال ، إذا كان عرض النبضة قصيرًا جدًا ، فقد تتجاوز كثافة الطاقة تصنيف المستشعر. إذا كانت دائرة المستشعر طويلة جدًا ، فقد لا يكون لديها وقت تكامل كافٍ ، مما يؤدي إلى عمليات خاطئة.
في الختام
يعد اختيار مصدر الليزر المناسب أمرًا ضروريًا لزيادة الإنتاجية وتحسين الدقة. تقدم هذه المقالة بعض الأفكار حول مصادر الليزر وميزاته. يزور Alibaba.com للتحقق من أحدث معدات الليزر للتطبيقات الصناعية.
