ماكينة قطع المعادن بالليزر: العملية، الأنواع، السعر

في عالم التصنيع الحديث، تُعدّ الدقة والكفاءة والتنوع عناصر أساسية. وهنا يأتي دور آلات القطع بالليزر، الأبطال المجهولين في صناعة المعادن. في هذه المقالة، نتعمق في عالم ماكينة قطع المعادن بالليزر. من فهم تعقيدات تشغيلها إلى استكشاف تطبيقاتها المتنوعة، نهدف إلى تسليط الضوء على سبب كون هذه الآلات لا غنى عنها في قطاع التصنيع. سواء كنت خبيرًا متمرسًا في هذا المجال أو رائد أعمال طموحًا، انضم إلينا في رحلة عبر عالم تكنولوجيا الليزر المتطورة، حيث تلتقي الدقة بالإمكانيات.

تقنية القطع بالليزر

القطع بالليزر عملية تصنيع تستخدم شعاع ليزر عالي الطاقة لقطع أي مادة. الليزر اختصار لـ "تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع". وهو من أكثر أنواع عمليات القطع الصناعية شيوعًا. في الآونة الأخيرة، انتشرت قواطع الليزر أيضًا في ورش العمل الصغيرة، وبين الهواة، والشركات، والمدارس. يُمكن للقطع بالليزر قطع أي مادة بغض النظر عن خصائصها الفيزيائية.

تعمل أشعة الليزر بطريقتين: مستمرة ونبضية. يستخدم القطع بالليزر المستمر شعاعًا ضوئيًا لفترة طويلة دون انقطاعات. أما الوضع النبضي فيستخدم أشعة ليزر عالية الطاقة لفترة قصيرة. ويسمح ضغط النبضات بكثافة طاقة عالية للشعاع.

فوائد القطع بالليزر

بخلاف عمليات القطع الميكانيكية التي تعتمد على الشفرات والمثاقب، يستخدم القطع بالليزر شعاع ليزر مركز لقطع وتشكيل قطع العمل بدقة. ماكينة قطع المعادن بالليزر, تتحرك قطعة العمل أو الليزر بناءً على تعليمات مستمدة من ملف تصميم رقمي لقطع قطعة العمل وفقًا لمواصفات التصميم. وقد أصبح القطع بالليزر أسلوبًا شائعًا في التصنيع للعديد من الصناعات والتطبيقات.

تتضمن بعض مزايا اختيار القطع بالليزر على الخيارات التقليدية ما يلي:

• أتمتة سهلة. تتناسب عمليات القطع بالليزر بشكل جيد مع خطوط الإنتاج الآلية.
• تعقيد. يمكن لأجهزة القطع بالليزر إنشاء أشكال هندسية معقدة للغاية بسرعة.
• دقة. تقوم أشعة الليزر بقطع حواف حادة ودقيقة وإنشاء ملامح دقيقة للغاية.
• ينهي. غالباً لا تتطلب الحواف المقطوعة بالليزر أي عمليات تشطيب إضافية.
• تعدد الاستخدامات. تعمل تقنية القطع بالليزر مع مجموعة واسعة من المعادن وغير المعادن والخشب واللدائن الحرارية.

عملية استخدام ماكينة القطع بالليزر للمعادن

1. إعداد التصميمتبدأ العملية بإنشاء أو نقل ملف تصميم رقمي إلى صيغة متوافقة مع برنامج آلة القطع بالليزر. يحتوي هذا التصميم عادةً على مواصفات القطع المطلوبة، بما في ذلك الأبعاد والأشكال وأي أنماط معقدة.
2. اختيار الموادبعد تجهيز التصميم، يتم اختيار نوع المعدن وسمكه المناسبين للقطع. تتوافق تقنية القطع بالليزر مع مجموعة واسعة من المعادن، بما في ذلك الفولاذ والألومنيوم والنحاس والتيتانيوم، وغيرها.
3. إعداد الآلةتُوضع الصفيحة المعدنية المختارة بإحكام على قاعدة القطع في آلة الليزر. ويتم ضبط معايير الآلة، مثل طاقة الليزر وسرعة القطع والبعد البؤري، وفقًا لنوع المادة وسماكتها، كما هو محدد في التصميم.
4. توليد شعاع الليزرتعتمد عملية القطع بالليزر على توليد شعاع ضوئي عالي التركيز والكثافة. يُنتج هذا الشعاع داخل رنان الليزر، حيث تُحوّل الطاقة إلى تضخيم ضوئي من خلال الانبعاث المحفز للإشعاع (الليزر).
5. توصيل الشعاعثم يتم توجيه شعاع الليزر المُولّد عبر سلسلة من المرايا والعدسات ضمن المسار البصري للجهاز. تضمن هذه المكونات الحفاظ على تركيز الشعاع ودقته أثناء انتقاله نحو سطح المادة.
6. التفاعل الماديعندما يلامس شعاع الليزر المركز سطح المعدن، فإنه يولّد حرارة شديدة، مما يؤدي إلى انصهار موضعي أو تبخر أو تشقق حراري للمادة. يمتص المعدن طاقة شعاع الليزر، مما يؤدي إلى ارتفاع سريع في درجة الحرارة وإزالة لاحقة للمادة.
7. عملية القطعبحسب مواصفات التصميم، يتبع شعاع الليزر مسار القطع المحدد مسبقًا، موجهًا بواسطة نظام التحكم في حركة الآلة. تعمل الطاقة المركزة للشعاع على صهر المعدن على طول خط القطع المحدد، مما ينتج عنه حواف نظيفة ودقيقة مع أقل قدر من المناطق المتأثرة بالحرارة.
8. نظام مساعدة الغاز و/أو سائل التبريدفي بعض الحالات، يُستخدم نظام مساعدة بالغاز لطرد المعدن المنصهر والحطام من منطقة القطع، مما يمنع تراكمها ويضمن سلاسة عمليات القطع. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام أنظمة التبريد لتنظيم درجة حرارة قطعة العمل وتقليل التشوه الحراري.
9. مراقبة الجودة والتفتيشبعد اكتمال عملية القطع، تُفحص الأجزاء النهائية للتأكد من دقة أبعادها وجودة حوافها، وخلوها من أي عيوب أو شوائب. وتساعد إجراءات مراقبة الجودة على ضمان مطابقة المكونات المصنعة للمواصفات والمعايير المطلوبة.
10. المعالجة اللاحقة (اختياري): اعتمادًا على التطبيق والتشطيب السطحي المطلوب، قد تخضع الأجزاء المقطوعة لمعالجات إضافية بعد المعالجة، مثل إزالة النتوءات أو تنظيف السطح أو معالجة السطح، لتحقيق المظهر النهائي والوظائف المطلوبة.

أنواع عمليات القطع بالليزر

القطع بالليزر CO2

في عمليات القطع بالليزر باستخدام ثاني أكسيد الكربون، يتم تضخيم الليزر من خلال تفريغ غاز ثاني أكسيد الكربون. وتُعدّ ليزرات ثاني أكسيد الكربون من أقدم أنواع الليزر وأكثرها شيوعًا. ولا يقتصر تفريغ الغاز على ثاني أكسيد الكربون فقط، بل يحتوي على ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيدروجين والزينون والهيليوم.

تتوفر تقنية القطع بالليزر باستخدام ثاني أكسيد الكربون بخيارين: استخدام غاز الأكسجين أو غاز النيتروجين. يُفضل استخدام غاز الأكسجين لقطع المواد السميكة، بينما يُفضل استخدام غاز النيتروجين لقطع الصفائح الرقيقة. يؤدي استخدام الأكسجين في القطع بالليزر باستخدام ثاني أكسيد الكربون إلى تكوين طبقة أكسيد على السطح المقطوع، ولذلك تُجرى عمليات معالجة مسبقة، مثل السفع الرملي، على قطعة العمل لتجنب هذه الطبقة.

قطع الألياف بالليزر

تستخدم تقنية القطع بالليزر الليفي الألياف الضوئية لتضخيم الضوء بدلاً من التفريغ الغازي التقليدي. يمر الضوء المنبعث من خلال ثنائيات الليزر عبر الألياف الضوئية، ويكون شعاع الضوء الناتج قوياً بما يكفي لإذابة الفولاذ المقاوم للصدأ حتى سمك 1 سم.

غالبًا ما يصاحب شعاع الليزر نظام تدفق هواء قوي. يدفع تدفق الهواء المادة المنصهرة بعيدًا للحصول على قطع نظيف. تستخدم الألياف البصرية لهذه الليزرات عدة عناصر مثل الإيتربيوم والنيوديميوم والإربيوم والديسبروسيوم.

قطع الليزر Nd:YAG

Nd:YAG اختصار لـ "غارنيت الألومنيوم والإيتريوم المطعّم بالنيوديميوم" (Nd:Y3Al5O12). تُستخدم بلورات Nd:YAG في الليزر لتضخيم الشعاع بدلاً من التفريغ الغازي أو الألياف. وتتميز هذه الليزرات بقدرتها على إنتاج شعاع ليزر مستمر ونبضي.

قطع الليزر الإكسيمري

يشير مصطلح "إكسيمر" إلى ثنائي الجزيء المُثار. يستخدم قطع الليزر بتقنية الإكسيمر شعاع ليزر فوق بنفسجي. ويُستخدم هذا النوع من القطع في عمليات القطع الدقيقة على نطاق صغير، ومن الأمثلة الشائعة على ذلك جراحة العيون، والإلكترونيات الدقيقة، وقطع أشباه الموصلات.

ما هو أقصى سمك يمكن قطعه بالليزر للمعادن؟

حد سُمك القطع بالليزر

رغم أن قواطع الليزر المعدنية أدوات بالغة الدقة وقادرة على قطع الفولاذ السميك، إلا أن قدراتها محدودة. سيلاحظ المستخدمون أن سمك الفولاذ الذي يمكن لقاطع الليزر قطعه يعتمد على قوة الليزر نفسه، بالإضافة إلى نوع الفولاذ المستخدم.

يعود السبب في ذلك إلى أن الفولاذ السميك يتطلب طاقة ليزر أكبر، مما قد يؤدي إلى انخفاض سرعة القطع وزيادة توليد الحرارة، الأمر الذي يؤثر على جودة القطع ويستدعي استخدام تقنيات قطع متخصصة أو أنظمة تبريد لمنع الفولاذ من التشوّه أو الانصهار. بعض أنواع الفولاذ، كالفولاذ المقاوم للصدأ، أكثر انعكاسًا من غيرها، مما قد يتسبب في ارتداد شعاع الليزر عن سطح الفولاذ، الأمر الذي يجعل قطع ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ السميكة أكثر صعوبة.

حد سُمك القطع يعتمد على الطاقة

عند تصنيع أنواع مختلفة من الفولاذ، يجب أن تكون طاقة الليزر كافية لتوليد حرارة شديدة تُذيب أو تُبخر المادة المراد قطعها. كلما زادت قدرة الليزر (بالواط)، زادت قوة شعاعه، مما يسمح بقطع مواد أكثر سمكًا. وتختلف قدرة الليزر باختلاف نوع المادة المراد قطعها.

على سبيل المثال، قد لا يتمكن الليزر ذو القدرة المنخفضة من قطع صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ ذات السماكة المطلوبة. وتشمل المراجع القياسية للقدرة الكهربائية والحد الأقصى لسماكة صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الأخرى ما يلي:

أسعار ماكينات القطع بالليزر للمعادن: دليل أسعار عام 2024

توفر معدات القطع بالليزر لشركتك طريقة سريعة وفعالة لقطع ونقش وحفر المواد. تتميز مشاريع القطع والنقش باستخدام آلات الليزر بدقة ونظافة تفوق معظم تقنيات القطع الأخرى، كما أنها تتطلب عمليات إزالة نتوءات أو تشطيب أقل بعد القطع. ورغم أن هذا يعتمد على المواد التي تقطعها، إلا أن القطع بالليزر مشهور بدقته العالية. تتفاوت أسعار وتكاليف آلات القطع بالليزر بشكل كبير حسب تصميم ونوع وقدرات الليزر. إذا كنت تخطط لقطع المعادن أو الأخشاب الصلبة أو غيرها من المواد الكثيفة، فستحتاج إلى ليزر ذي قدرة كهربائية أعلى من تلك المستخدمة لقطع مواد أرق، كالقماش. من ناحية أخرى، كلما زادت قدرة الليزر الكهربائية، ارتفعت التكلفة. الخيار لك لتحقيق التوازن بين السعر والجدوى.

• سيساعد تقييم مكونات جهاز الكمبيوتر الرئيسي وبرامجه على تشغيل آلة القطع بشكل أسرع، على الرغم من أن الترقية قد تكون مكلفة.

• تحتوي مكونات القطع بالليزر للمبتدئين عادةً على ليزرات ضعيفة للغاية، مناسبة فقط للنقش أو القطع الخفيف. استخدام ليزر ضعيف لقطع مادة سميكة أو صلبة قد يُتلف السطح، مما يستدعي استبدال المادة بتكلفة باهظة.

• تُقدم معظم شركات تصنيع آلات القطع بالليزر إصدارات بأحجام متنوعة. يتطلب قطع الأجسام الكبيرة آلة أكبر حجماً وأكثر تكلفة. يُعد شراء آلة قطع ليزر عالية القدرة خياراً اقتصادياً مناسباً لمن يستخدمونها بكثرة. أما إذا لم تكن متأكداً مما تنوي قطعه، أو كنت ترغب في قطع مجموعة واسعة من المواد، فإن الليزر عالي القدرة هو الأنسب. يتميز هذا النوع من الليزر بقوة كافية لقطع ونقش أي شيء تقريباً، مما يوفر لك المرونة التي تحتاجها.

هل يستحق الاستثمار في آلة ليزر عالية الطاقة؟

مع ذلك، عادةً ما تكون آلات القطع بالليزر عالية الطاقة أغلى بكثير من الوحدات الأساسية. قد تتراوح أسعار بعض طرازات آلات القطع بالليزر بين 4000 و15000 جنيه إسترليني. بالتعاون مع فريقنا في كراس ليزر، يمكننا مساعدتك في إيجاد السعر المناسب لاحتياجاتك. تختلف الأسعار اختلافًا كبيرًا بين طرازات آلات القطع من ثاندر ليزر. عند تقدير تكلفة طراز معين، يجب مراعاة عدة عوامل، منها الطاقة (بالواط)، وحجم سطح العمل، ونوع الليزر، وبعض الميزات الإضافية الأخرى التي تحتاجها. بشكل عام، كلما زادت الطاقة وحجم سطح العمل، ارتفع السعر.

اتصل بنا لمناقشة الإضافات المناسبة لطراز ماكينة الليزر الخاصة بك، واحصل على عرض سعر مفصل. تتراوح تكلفة الإضافات بين 2000 و5000 جنيه إسترليني، وتختلف حسب نوع الملحقات.

ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر الألياف: اختلافات الأسعار

1. ليزر ثاني أكسيد الكربون:
   • نطاق السعرتتميز آلات القطع بالليزر CO2 عادةً بتكلفة شراء أولية أقل مقارنةً بآلات الليزر الليفي. تبدأ أسعار آلات الليزر CO2 للمبتدئين من حوالي 20,000 إلى 30,000 دولار أمريكي، وذلك بالنسبة لقدرات القطع الصغيرة والميزات الأساسية.
   • تكاليف التشغيلعلى الرغم من أن تكلفة شراء ليزر ثاني أكسيد الكربون قد تكون أقل في البداية، إلا أن تكاليف تشغيله تميل إلى الارتفاع نظرًا لاستهلاكه العالي للطاقة وحاجته إلى إعادة تعبئة الغاز. يتطلب ليزر ثاني أكسيد الكربون إمدادًا مستمرًا بغاز ثاني أكسيد الكربون، مما قد يزيد من النفقات الجارية.
   • صيانةتختلف تكاليف صيانة ليزر ثاني أكسيد الكربون حسب الطراز المحدد والاستخدام، ولكنها تتطلب عمومًا صيانة منتظمة لضمان الأداء الأمثل والعمر الافتراضي.
2. ليزر الألياف:
   • نطاق السعرتتميز آلات القطع بالليزر الليفي عادةً بتكلفة شراء أولية أعلى مقارنةً بآلات الليزر CO2. وتتراوح أسعار آلات الليزر الليفي للمبتدئين بين 50,000 و100,000 دولار أمريكي تقريبًا، وذلك بالنسبة لقدرات القطع الصغيرة والميزات الأساسية.
   • تكاليف التشغيلتُعرف ليزرات الألياف بكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة، حيث تستهلك طاقة أقل بكثير مقارنةً بليزر ثاني أكسيد الكربون. إضافةً إلى ذلك، لا تتطلب ليزرات الألياف غاز الليزر، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل المستمرة على المدى الطويل.
   • صيانةتتميز ليزرات الألياف عمومًا بمتطلبات صيانة أقل مقارنةً بليزر ثاني أكسيد الكربون، نظرًا لاحتوائها على أجزاء متحركة أقل وعدم حاجتها إلى إعادة تعبئة الغاز. ومع ذلك، تظل الصيانة الدورية ضرورية لضمان الأداء المتسق وطول العمر.

أمور يجب مراعاتها عند اختيار ماكينة قطع المعادن بالليزر

سواء كنت تقطع صفائح معدنية، أو أنابيب، أو قضبان من الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم، فهناك قاطع معادن ليزري مصمم خصيصًا لهذه المهمة. هناك أربعة عوامل رئيسية يجب مراعاتها عند اختيار قاطع معادن ليزري بالألياف: مساحة العمل، ومصدر طاقة الليزر، وسرعة الليزر، والضمان، وخدمات ما بعد البيع.

• منطقة العمل: يُعرف هذا الحجم أيضًا بحجم طاولة القطع، وهو حجم الطاولة الفعلية المستخدمة لقطع المعادن. اختر مساحة عمل كبيرة بما يكفي لتناسب حجم المعدن الذي تعمل عليه، ولكن ليست كبيرة جدًا بحيث لا تتناسب مع مساحتك أو احتياجاتك. استفد إلى أقصى حد من سطح القطع باختيار طاولة مفتوحة الوجه.
• مزود طاقة الليزر: كلما زادت قدرة مصدر طاقة الليزر، زادت الطاقة اللازمة لقطع المعادن. تأتي قواطع المعادن بالليزر الليفي عالية الطاقة بأسعار أعلى، لذا ابحث عن قاطع يلبي احتياجاتك دون تجاوزها حتى لا تدفع ثمن طاقة أكثر مما ستستخدمه فعلياً.
• سرعة الليزر: تُعد سرعة الليزر مهمة لإنتاجيتك عند قطع المعادن، ولكن يجب أن تتطابق سرعة الليزر ومصدر الطاقة بحيث لا يتجاوز أحدهما الآخر، مما قد يؤدي إلى تلف المعدن الذي تقوم بقطعه.
• الضمان والخدمة:  احمِ استثمارك باختيار شركة ذات سمعة طيبة توفر التدريب على آلاتها وتدعم منتجاتها بضمان كبير ودعم فني على مستوى الخبراء.