بهینه سازی دقت برش لیزری: عرض برش برای دقت

تصور کنید که با دقت یک طرح اولیه مدل را طراحی می کنید، اما متوجه می شوید که محصول فیزیکی نهایی انحرافات جزئی از انتظارات شما نشان می دهد. مقصر نامرئی پشت این اختلافات اغلب کرف است - عرض اجتناب ناپذیر ماده ای که در طول برش لیزری حذف می شود. تسلط بر این پارامتر برای دستیابی به دقت در کاربردهای برش لیزری ضروری است.

کرف، که به عنوان عرض پرتو لیزر یا عرض برش نیز شناخته می شود، به عرض ماده ای اشاره دارد که هنگام برش لیزری از ماده حذف می شود. این اندازه گیری ثابت نیست، بلکه بر اساس عوامل متعددی متفاوت است. بر خلاف برش مکانیکی که در آن ابزارها به طور فیزیکی مواد را از هم جدا می کنند، برش لیزری از پرتوهای پرانرژی برای گرم کردن مواد تا نقاط ذوب یا تبخیر استفاده می کند، با گازهای کمکی (اکسیژن، نیتروژن یا هوای فشرده) که مواد مذاب یا تبخیر شده را از بین می برند و کرف را پشت سر می گذارند.

عرض کرف مستقیماً بر دقت برش، تناسب قطعات و راندمان استفاده از مواد تأثیر می گذارد. درک این عوامل تأثیرگذار، تنظیمات بهتر فرآیند و بهینه سازی پارامترها را امکان پذیر می کند.

مواد مختلف نرخ جذب لیزر، هدایت حرارتی، نقاط ذوب و دمای تبخیر متفاوتی را نشان می دهند. به طور کلی، مواد ضخیم تر به انرژی لیزر بیشتری نیاز دارند که منجر به کرف های پهن تر می شود. به عنوان مثال، اکریلیک تغییرات کرف قابل توجهی را در ضخامت های مختلف نشان می دهد، در حالی که مواد متراکم تر مانند فلزات معمولاً کرف های پهن تری تولید می کنند.

توان بالاتر یا سرعت کمتر به طور کلی عرض کرف را افزایش می دهد، اگرچه تنظیمات بیش از حد ممکن است باعث سوختن بیش از حد مواد، ذوب لبه یا تغییر شکل شود. ترکیبات بهینه توان-سرعت باید برای هر ماده و ضخامت تعیین شود.

طول کانونی اندازه نقطه را تعیین می کند - فوکوس کوتاه تر نقاط کوچکتر با چگالی انرژی بالاتر برای برش دقیق ایجاد می کند، در حالی که فوکوس طولانی تر عمق میدان بیشتری را فراهم می کند. حالت پرتو (به عنوان مثال، TEM00) بر کیفیت توزیع انرژی تأثیر می گذارد، با حالت های ناقص که به طور بالقوه باعث عرض کرف ناهموار می شوند.

گازهای کمکی مواد مذاب را حذف کرده و لبه های برش را خنک می کنند. اکسیژن سرعت برش فلز را افزایش می دهد اما کرف ها را پهن می کند، در حالی که نیتروژن لبه های تمیزتری با برش کندتر تولید می کند. فشار نامناسب گاز یا مواد باقیمانده را باقی می گذارد یا پرتو لیزر را مختل می کند.

لیزرهای مختلف (CO₂، فیبر، YAG) با طول موج ها، سطوح توان و کیفیت پرتوهای مختلف برای مواد مختلف مناسب هستند. تنظیمات فرکانس پالس و چرخه وظیفه نیز بر عرض کرف تأثیر می گذارد.

حتی در یک دسته از مواد، تغییرات ضخامت، چگالی و ترکیب می تواند باعث ناسازگاری کرف شود که نیاز به جبران برای کار دقیق دارد.

مسیرهای منحنی ممکن است کرف های متفاوتی نسبت به برش های مستقیم ایجاد کنند و عملکرد دستگاه ممکن است در محورها متفاوت باشد. بهینه سازی مسیر و جبران جهت می تواند ثبات را بهبود بخشد.

اندازه گیری دقیق کرف، تنظیم مناسب فرآیند را امکان پذیر می کند. روش های متداول عبارتند از:

• میکروسکوپ: دقت بالا اما زمان بر
• اندازه گیری دید: کارآمد برای اندازه گیری دسته ای
• ابزارهای تماسی: ساده اما کمتر دقیق (کولیس، میکرومتر)
• اسکن لیزری: روش خودکار با دقت بالا

رویکردهای عملی برای مدیریت اثرات کرف عبارتند از:

1. بهینه سازی پارامترها: تنظیم توان، سرعت، فوکوس و تنظیمات گاز
2. جبران مسیر: تنظیمات افست CAD/CAM (به سمت داخل برای برش های خارجی، به سمت بیرون برای برش های داخلی)
3. برش چند پاسی: برش خشن به دنبال آن برش نهایی
4. جبران نرم افزاری: ویژگی های تنظیم خودکار در نرم افزار حرفه ای
5. تست نمونه اولیه: برش های آزمایشی با تنظیمات مبتنی بر اندازه گیری

هنگام طراحی برای برش لیزری:

• حداقل عرض برش را حفظ کنید ≥ ضخامت مواد
• از جزئیات بیش از حد ظریف که ممکن است بسوزند، خودداری کنید
• فاصله ≥0.5 میلی متری بین برش های مجاور را فراهم کنید
• اثرات کرف را بر روی اتصالات مونتاژ در نظر بگیرید (از اتصالات مانند دم چلچله یا گیره استفاده کنید)
• مواد را بر اساس عملکرد برش و الزامات کاربردی انتخاب کنید

تسلط بر درک و کنترل کرف، دقت بالاتر را در کاربردهای برش لیزری امکان پذیر می کند و کیفیت بهتر قطعات و راندمان مواد را در صنایع مختلف تضمین می کند.