التصنيع الميكانيكي بالليزر

بالنسبة للكثير من الناس، الليزر عبارة عن صناديق صغيرة تطلق نقاطًا حمراء مما يدفع الأطفال إلى الجنون، ولكن في الواقع تُستخدم أنظمة الليزر في العديد من عمليات التصنيع، حيث تُستخدم أشعة الليزر الصناعية لقطع المعادن والأقمشة ووضع علامات على أكواد التتبع للتتبع الصناعي، ولحام المعادن بدقة عالية وتنظيف الأسطح المعدنية وتغيير خشونة الاسطح، وقياس أبعاد الأجزاء، و تستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل صناعات المركبات الكهربائية والمعادن الأولية.

الليزر

هناك العديد من التطبيقات الصناعية التي يمكن أن تستفيد من استخدام الليزر الموجود في العديد من الصناعات، ولكن قبل أن تقرر ما إذا كانت آلة الليزر ستكون مفيدة لأحد تطبيقاتك، فقد يكون من المفيد أن تفهم مكونات الليزر وكيفية عمله، حيث يأتي الليزر بمستويات طاقة وألوان وأحجام مختلفة، لكنها تعتمد جميعها على نفس المبادئ، إليك ما هو الليزر الصناعي وكيف يعمل.

ضوء الليزر أحادي اللون، مما يعني أن الشعاع له لون واحد محدد، و يتم تحديد لون الضوء من خلال الطول الموجي للموجات الكهرومغناطيسية التي يتكون منها، يمكن أن تكون الحزمة مرئية أو تحت الحمراء أو فوق بنفسجية، على سبيل المثال، يبدو الضوء المتوهج العادي مائل للون الأصفر، ولكنه في الواقع ينبعث منه مزيج من الضوء الأخضر والأصفر والأحمر والأزرق وحتى الأشعة تحت الحمراء، حيث يتراوح طولها الموجي بين 400 و 800 نانومتر، من ناحية أخرى الليزر الأحمر الصناعي القياسي (الهيليوم نيون، على سبيل المثال) له طول موجي يتراوح بين 632.800 إلى 632.802 نانومتر، حيث أن الضوء المتوهج الشائع متعدد الألوان وليزر الهيليوم نيون أحادي اللون، هو التي يجعل ضوء الليزر فريدًا ويسمح ببعض تطبيقاته الخاصة.

استخدامات الليزر

يعد الليزر أحد أكثر الأدوات استخدامًا في التصنيع اليوم في وقتنا الحاضر وأن التصنيع يسمح للمهندسين بإنشاء ميزات وتصميمات منتجات أكثر تعقيدًا تتطلب تفاوتات صارمة متعددة، حيث يمكن أن تخلق المعالجة بالليزر ميزات رائعة يصعب أو يستحيل صنعها باستخدام معدات التصنيع التقليدية، و تتميز القطع المشغولة عن طريق الليزر بأنها فائقة النظافة بدون نتوءات أو تأثيرات حرارية على المواد المحيطة بها، وبالتالي تقضي على الحاجة إلى بعض خطوات التشطيب الثانوية التي تأتي بعد العمليات التقليدية، و أصبحت عمليات الليزر من أهم التقنيات التصنيعية لمصنعي الأجهزة الطبية حيث يقومون بتصميم منتجات أصغر حجمًا وأكثر تقدمًا.

النقش بالليزر

يتم استخدام الليزر بشكل متزايد لطباعة أرقام التعريف الفريدة (UID) على الأجزاء الصناعية والمنتجات المختلفة، مما يتيح تتبعها بسهولة في حالة التحقق من مصدر التصنيع لتجنب الغش، تتميز علامات الليزر بأنها متينة للغاية ويمكن أن تتحمل العديد من دورات التعقيم للأجهزة الطبية، ويمكن تمييز كل من معلومات الباركود والقراءة البشرية، بما في ذلك رموز الدُفعة وحتى تاريخ التصميم، حيث يتم النقش بالليزر على المنتجات ذات الأشكال الهندسية للأجزاء المسطحة أو المنحنية.

الاستئصال بالليزر

تعمل طريقة الاستئصال هذه بشكل أساسي على تبخير المواد بدقة كبيرة باستخدام شعاع الليزر، حيث يتم تعديل طول النبضة والطول الموجي والشدة وفقًا للمادة التي تتم معالجتها، يعتبر الاجتثاث أو الاستئصال مفيدًا بشكل خاص في معالجة المواد الحساسة مثل المواد النانوية أو المواد فائقة التوصيل، لأن طريقة الاستئصال لا تغير بنية المادة أو تتلف سطحها بالتآكل أو الحرارة.

الحفر بالليزر

الليزر دقيق بشكل لا يصدق في حفر ثقوب بحجم الميكرون في مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن والبوليمرات والسيراميك، حيث هناك اجماع عالمي على التطوير التقنية لأنها تمثل المستقبل ولا يمكن صناعة العديد من الأجزاء المصنعة اليوم وخصوصا الميزات المجهرية التي لا يمكن إنشاؤها إلا باستخدام الحفر بالليزر، حيث يمكن إنتاج تفاصيل صغيرة جدًا ومعقدة في مجموعة متنوعة من المواد، باستخدام طرق مثل الكتابة المباشرة، وحفر المعادن، وحفر الحجارة، بدون تأثيرات حرارية أو تلف مادي.

القطع بالليزر

على غرار الحفر بالليزر يعتمد القطع بالليزر على شعاع ليزر مركَّز لاستئصال المواد أو القطع المستقيم أو القطع إلى أعماق دقيقة جدًا في المادة أو المكون المطلوب، حيث يستخدم الليزر فائق السرعة عادةً لأنواع مختلفة من المعادن والبوليمرات والبلاستيك لأنها تقطع الحواف بطريقة نظيفة وجميلة للغاية، ولا تخلق مناطق متأثرة بالحرارة، حيث يمكن لليزر قطع مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك الألمنيوم والتيتانيوم والصلب مع تفاوتات مستوى الميكرون.

اللحام بالليزر

هذه العملية فعالة بشكل خاص للمنتجات ذات الأشكال الهندسية المعقدة أو المواد غير المتشابهة التي يصعب تجميعها معًا، اعتمادًا على المنتج يمكن أن يكون اللحام بالليزر هو أفضل عملية ربط مقارنة باللصق أو اللحام التقليدي مثل لحام القوس الكهربائي، خاصة لربط المعادن أو البلاستيك، كما أنها تصنع لحامات قوية وعالية الدقة يمكن أن تكون صغيرة مثل 0.004 بوصة وتوفر جودة و قابلية للتكرار المتماثل.

تجريد الأسلاك

يزيل تجريد الأسلاك أقسامًا من العزل أو التدريع من الأسلاك والكابلات لتوفير نقاط اتصال كهربائية وجعل السلك جاهزًا للإنهاء، وأشار العالم نيبير إن تجريد الأسلاك بالليزر هو عملية سريعة توفر دقة ممتازة وتحكمًا في العملية ككل، وتزيل التلامس مع السلك، مما يسمح بمعالجة مقاييس الأسلاك الدقيقة التي يزيد حجمها عن مقباس 32 AWG، ويمكن إزالة العزل في حدود التسامح 0.005 بوصة، ويمكن برمجة التجريد لإزالة العزل في أي نقطة على طول السلك، مما يتيح عمليات إزالة متوسطة الدقة عالية الدقة.

تطبيقات الليزر الحديثة

يعتبر الليزر من المعدات الأساسية للصناعة حيث يتم إجراء البحث حول كيفية استخدامها بشكل أكثر فعالية في عمليات التصنيع، بما في ذلك السرعات العالية، على سبيل المثال في عام 2018 بنى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ليزرًا ينبض أسرع 100 مرة من الليزر فائق السرعة التقليدي (نبضات تستمر في الربع من المليون من الثانية)، يجرب العلماء وفي ألمانيا دمج أشعة الليزر الصغيرة مباشرة في رقائق السيليكون لزيادة سرعة المعالجة.

مجال آخر للبحث هو استخدام الذكاء الاصطناعي (AI) لإنشاء ليزر ذكي “يفهم” المواد التي تتم معالجتها وعندما تنتهي العملية، حيث تقوم شركة “STrumpf” الألمانية المصنعة للآلات بتطوير نظام ليزر يستخدم الذكاء الاصطناعي لتحديد أفضل نقاط اللحام لإنشاء ملفات نحاسية لصناعة السيارات، نظرًا لأن المزيد من الشركات تتبنى هذا النهج من الصناعة، بما في ذلك الذكاء الاصطناعي وتقنيات المستشعرات والتصنيع الرقمي، حيث تجمع الدراسات أنه سيكون لليزر دور دائم التوسع في التصنيع الحديث.

شاهد أيضاً

عملية الجلخ الميكانيكية

الجلخ أو القشط هي إحدى عمليات التصنيع الميكانيكية التي تقوم بإزالة سطح المادة لكي تبدو …

اترك تعليقاً