تخيل أنك تصمم مخططًا نموذجيًا بعناية، لتجد أن المنتج المادي النهائي يُظهر انحرافات طفيفة عن توقعاتك. غالبًا ما يكون السبب غير المرئي وراء هذه التناقضات هو الشق، وهو العرض الذي لا يمكن تجنبه للمادة التي تتم إزالتها أثناء القطع بالليزر. يعد إتقان هذه المعلمة أمرًا ضروريًا لتحقيق الدقة في تطبيقات القطع بالليزر.
يشير الشق، المعروف أيضًا باسم عرض شعاع الليزر أو عرض القطع، إلى عرض المادة التي تمت إزالتها عندما يقطع شعاع الليزر المادة. هذا القياس ليس ثابتًا ولكنه يختلف بناءً على عوامل متعددة. على عكس القطع الميكانيكي حيث تقوم الأدوات بفصل المواد ماديًا، يستخدم القطع بالليزر أشعة عالية الطاقة لتسخين المواد إلى نقاط الانصهار أو التبخر، مع الغازات المساعدة (الأكسجين أو النيتروجين أو الهواء المضغوط) التي تنفخ المادة المنصهرة أو المتبخرة، تاركة وراءها الشق.
يؤثر عرض الشق بشكل مباشر على دقة القطع، وملاءمة الأجزاء، وكفاءة استخدام المواد. يتيح فهم هذه العوامل المؤثرة إجراء تعديلات أفضل على العملية وتحسين المعلمات.
تظهر المواد المختلفة معدلات امتصاص مختلفة لليزر، وموصلية حرارية، ونقاط انصهار، ودرجات حرارة تبخر. بشكل عام، تتطلب المواد السميكة المزيد من طاقة الليزر، مما يؤدي إلى شقوق أوسع. على سبيل المثال، يُظهر الأكريليك اختلافات ملحوظة في الشقوق عبر سماكات مختلفة، في حين تنتج المواد الأكثر كثافة مثل المعادن عادةً شقوقًا أوسع.
تعمل الطاقة الأعلى أو السرعات الأبطأ بشكل عام على زيادة عرض الشق، على الرغم من أن الإعدادات المفرطة قد تتسبب في حرق المواد بشكل زائد أو ذوبان الحواف أو تشوه. يجب تحديد مجموعات السرعة والطاقة المثلى لكل مادة وسمك.
يحدد الطول البؤري حجم البقعة - حيث ينتج التركيز الأقصر نقاطًا أصغر ذات كثافة طاقة أعلى للقطع الدقيق، بينما يوفر التركيز الأطول عمقًا أكبر للمجال. يؤثر وضع الشعاع (على سبيل المثال، TEM00) على جودة توزيع الطاقة، مع احتمال أن تسبب الأوضاع غير الكاملة عرضًا غير متساوٍ للشق.
تساعد الغازات على إزالة المواد المنصهرة وتبريد الحواف المقطوعة. يعزز الأكسجين سرعة قطع المعادن ولكنه يوسع الشقوق، بينما ينتج النيتروجين حواف أنظف مع قطع أبطأ. يؤدي ضغط الغاز غير المناسب إلى ترك مادة متبقية أو تعطيل شعاع الليزر.
تتناسب أجهزة الليزر المختلفة (CO₂، والألياف، وYAG) ذات الأطوال الموجية ومستويات الطاقة وجودة الشعاع المختلفة مع المواد المختلفة. تؤثر إعدادات تردد النبض ودورة العمل أيضًا على عرض الشق.
حتى داخل نفس دفعة المادة، يمكن أن تتسبب اختلافات السُمك والكثافة والتركيب في حدوث تناقضات في الشقوق، مما يتطلب تعويضًا عن العمل الدقيق.
قد تنتج المسارات المنحنية شقوقًا مختلفة عن القطع المستقيمة، وقد يختلف أداء الماكينة عبر المحاور. يمكن أن يؤدي تحسين المسار والتعويض الاتجاهي إلى تحسين الاتساق.
يتيح قياس الشق الدقيق تعديل العملية بشكل صحيح. تشمل الطرق الشائعة ما يلي:
تتضمن الأساليب العملية لإدارة تأثيرات الشق ما يلي:
| مادة | سمك (مم) | متوسط الشق (مم) |
|---|---|---|
| أكريليك | 1-3 | 0.18 |
| أكريليك | 5-8 | 0.21 |
| أكريليك | 10-15 | 0.30 |
| أكريليك | 20 | 0.32 |
| الوركين، PETG، الستايرين | 1-3 | 0.45 |
| خشب البتولا الرقائقي | 0.8 | 0.08 |
| خشب البتولا الرقائقي | 1.5 | 0.16 |
| خشب البتولا الرقائقي | 3 | 0.20 |
| خشب البتولا الرقائقي | 6 | 0.22 |
| خشب البتولا الرقائقي | 12 | 0.30 |
عند التصميم للقطع بالليزر:
إن إتقان فهم الشقوق والتحكم فيها يتيح دقة أعلى في تطبيقات القطع بالليزر، مما يضمن جودة أفضل للأجزاء وكفاءة المواد عبر مختلف الصناعات.
