قطع الألياف الليزرية: "السحر القاطع للضوء" المختبئ في الصناعة

في ورش الصناعة الحديثة، يمكن لشعاع الليزر الرفيع ولكن القوي بشكل مدهش أن يقطع المعادن بدقة وينقش الصفائح بسرعة—وهذا هو "السحر" لتكنولوجيا قطع الليزر بالألياف. وباعتبارها تكنولوجيا رائدة في مجال معالجة الليزر، فقد غيرت هدوئًا طرق الإنتاج في العديد من الصناعات مثل بناء السفن، والآلات الإنشائية، والمعدات الإلكترونية، بالاعتماد على مزاياها المتمثلة في الكفاءة العالية، والدقة، والتكلفة المنخفضة، وأصبحت بذلك "مساعدًا بارعًا" في مجال المعالجة الدقيقة.

أولًا: ما هي تقنية قطع الليزر بالألياف؟

تُعد قص الليزر بالألياف تقنية قطع غير تلامسية تتمحور حول أشعة الليزر الليفية. ببساطة، فإنها تُركّز شعاع ليزر عالي الطاقة على سطح المادة من خلال ألياف بصرية، بحيث تتحول طاقة الليزر الضوئية فورًا إلى طاقة حرارية. ويصل الجزء المعرض للإشعاع من المادة بسرعة إلى نقطة انصهاره أو حتى درجة غليانه، فيدخل في حالة انصهار أو تبخر. ثم يتم إزالة المخلفات بواسطة غاز مساعد، ومع الحركة النسبية بين الليزر والقطعة العاملة، يمكن قص الشكل المطلوب بدقة.

يشبه هذا النظام "حرفيًا متطورًا يعمل بالتحكم الضوئي"، ويتكون من حاسوب صناعي، ووحدة تحكم، ومنضدة عمل، ونظام توجيه الضوء، ومكونات أخرى. بعد أن يصدر الحاسوب التعليمات، تقوم نظام المؤازرة (سيرفو) بالتحكم في حركة منضدة العمل بدقة، ويطلق الليزر نبضات بتكرار محدد، ويقوم نظام توجيه الضوء بتحسين شعاع الليزر وتقليل الضوء المنعكس لتجنب إتلاف المعدات، مما يضمن عملية قطع مستقرة وفعالة.

ثانيًا: "المزايا البارزة" لتقنية قطع الليزر بالألياف

مقارنةً بتقنيات القطع التقليدية وتقنية قطع الليزر CO₂، تمتلك تقنية قطع الليزر بالألياف العديد من المزايا البارزة، ما يجعلها "رائدة الكفاءة" و"موفرة التكاليف" في المعالجة الصناعية.

من حيث الكفاءة، فإن أداؤه مثير للإعجاب. عند قص الصفائح الرقيقة، يمكن أن تصل سرعته إلى 2-3 أضعاف سرعة جهاز قطع بالليزر من نوع CO₂ ذي القدرة نفسها؛ وعند قص المواد ذات السماكة 6 مم، تكون سرعة جهاز قطع بالليزر الليفي بقدرة 1.5 كيلوواط مماثلة لسرعة جهاز قطع بالليزر CO₂ بقدرة 3 كيلوواط، مما يوفر بشكل كبير من وقت الإنتاج 4.

من حيث التكلفة، تكون مزاياه أكثر أهمية. تبلغ كفاءة التحويل الضوئي الكهربائي لديه ما يصل إلى 30%، وهي أعلى بكثير من معدات القطع التقليدية، ويمكنها بذلك تقليل استهلاك الطاقة بفعالية. في الوقت نفسه، تستخدم المعدات نقل الإشارة عبر الألياف البصرية، مع مسار ضوئي بسيط لا يتطلب صيانة معقدة. ومتوسط الوقت بين الأعطال يتجاوز 100,000 ساعة، ولا توجد أساساً مستهلكات، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل 5.

تجعل مرونتها التقنية أيضًا من هذه التقنية بارزة. فطول موجة الليزر الليفي لا يتجاوز 1064 نانومتر، مما يجعلها أكثر امتصاصًا من المواد المعدنية — حتى المواد شديدة الانعكاس مثل الألومنيوم والنحاس يمكن قطعها بسهولة. ويمكنها أيضًا معالجة أنماط عشوائية، بل وتؤدي قطعًا فضائيًا متعدد الأبعاد على مواد ذات أشكال خاصة مثل أنابيب الصلب، ما جعلها تُستخدم على نطاق واسع في مجال القطع بالليزر ثلاثي الأبعاد في صناعة السيارات 6.

بالإضافة إلى ذلك، فإن دقة قطعها عالية للغاية، حيث يصل عرض الشق الأدنى إلى 15 ميكرومتر فقط، ودقة القطع إلى 8 ميكرومتر/30 مم. كما يكون نطاق الحرارة المؤثرة صغيرًا، ويكون تشوه المادة طفيفًا، مما يمكن من تحقيق أقصى استفادة من المادة وجودة المنتج 7.

ثالثًا: "الحدود التطبيقية" لقطع الليزر الليفي

على الرغم من أن قطع الألياف الليزرية يتمتع بمزايا واضحة، إلا أنه ليس حلاً مناسبًا لجميع الحالات. أظهرت التجارب أنه عند قطع ألواح الصلب السميكة فوق 15 مم، فإن جودة القطع تتأثر لأن المعدن المنصهر يصعب تصريفه بالكامل؛ وعند قطع الصلب منخفض الكربون، إذا تجاوزت السرعة 6 م/دقيقة، فإن الجودة تنخفض بشكل كبير 1.

ومع ذلك، فإنه يُعتبر من أفضل الحلول في معالجة المواد الرقيقة إلى متوسطة السماكة. فخشونة سطح قطع الفولاذ المقاوم للصدأ بأقل من 4 مم تكون مشابهة لخشونة قطع الليزر CO₂، وفي نطاق السماكة من 6 إلى 10 مم، يمكن أن تبقى خشونة السطح مستقرة نسبيًا 2. حاليًا، تم استخدامه على نطاق واسع في قطع المعادن الدقيقة في الصناعات الإلكترونية والميكانيكية والطبية وغيرها، حيث يستحوذ على 70٪ من سوق معالجة المواد 3.

من قطع الصفائح في بناء السفن، إلى معالجة المكونات في آلات البناء، ثم تشكيل المكونات الدقيقة في المعدات الإلكترونية، يستخدم القطع بالليزر الليفي قوة "شعاع من الضوء" لتعزيز تطور الإنتاج الصناعي نحو كفاءة أعلى ودقة أكبر وممارسات أكثر اخضرارًا. ومع التحديثات التكنولوجية المستمرة، سيفتح هذا الأسلوب إمكانيات أوسع في مجال معالجة الآلات الدقيقة مستقبلًا، مما يتيح لـ"سحر القص بالضوء" خلق قيمة صناعية أكبر.

بعد أن تعرفنا على مبادئ وفوائد القطع بالليزر الليفي، سنستعرض الأسبوع القادم بشكل مفصل تقنية القطع بالليزر الليفي، وتطبيقاتها في التشغيل الدقيق، وكذلك آفاقها المستقبلية.