دستگاه برش لیزر ابزاری برای نمونه سازی و ساخت است که در درجه اول توسط مهندسین ، طراحان و هنرمندان مورد استفاده قرار می گیرد تا مواد مسطح را برش داده و از آن استفاده کنند.

برش های لیزر شامل یک پرتو لیزر نازک و متمرکز برای سوراخ کردن هستند که  برای برش الگوها و طرح های هندسی مشخص شده توسط طراحان استفاده می شوند.
برش های لیزری همچنین می توانند با گرم کردن سطح قطعه کار ، بر روی قطعه طراحی کنند و از این طریق سوزاندن لایه بالایی ظاهری جدید به وجود اورند.

برش لیزری ابزار بسیار مفیدی است و در کارخانه های صنعتی در مقیاس صنعتی استفاده می‌شوند تا تکه‌های بزرگی از قطعات را بسازند، در شرکت های سخت افزاری برای ایجاد نمونه های اولیه ارزان و سریع استفاده می شوند ،  و هم چنین ابزارهایی هستند که سازندگان و هنرمندان به عنوان ابزار ساخت و طراحی خودشان استفاده می‌کنند.

در این مقاله توضیح خواهم داد که برش های لیزری چیست؟؟ ، چه کارهایی می توانند انجام دهند ؟؟ و چگونه می توانید از آنها استفاده کنید ؟؟ و در صورت تمایل به یادگیری و انجام کارهای بیشتر با برش های لیزری به منابعی نیز معرفی می کنیم.

لیزر برش چیست؟

دستگاه برش لیزری نوعی دستگاه (CNC (Computer Numerical Controlled است به این معنی که از طریق کامپیوتر کنترل می شود. یک طراح می تواند قطعه ای را در نوعی نرم افزار طراحی کند ، و سپس آن را به یک برش لیزری ارسال کند تا بتواند با فشار فقط یک دکمه ، آن را به صورت خودکار برش دهد. پس از ارسال یک طرح به دستگاه برش لیزری ، دستگاه از پرتو لیزر برای برش دادن یا چیدن مواد روی بستر برش استفاده می کند.
برش های لیزری یک ابزار عالی در همه جا هستند زیرا می توان از آنها برای ایجاد سبک های مختلف طراحی استفاده کرد. برش های لیزری برای هر چیزی از نمونه های اولیه cardbaord گرفته تا  آثار هنری مختلف استفاده می شوند .برش های لیزر معمولی در درجه اول برای برش موادی مانند چوب ، برخی از پلاستیک ها و کاغذ و مقوا استفاده می شوند ، اگرچه برش های لیزری قدرتمند تری وجود دارند که می توانند فلزات و مواد بسیار ضخیم تر را نیز برش دهند

برش های لیزری می توانند بسیار سریع باشند و تنها در چند دقیقه می توانند قطعات طراحی شده را برش دهند.
مانند پرینترهای سه بعدی ، برش های لیزر ماشین های نمونه سازی سریعی هستند. آنها به طراحان این امکان را می دهند که قبل از تولید محصولات در مقیاس بزرگتر ، با سرعت و ارزان طرح های خود بسازند.

برش لیزر چگونه کار می کند؟

انواع مختلفی از برش لیزری وجود دارد، اما همه آن‌ها اساسا از یک فرآیند استفاده از لیزر برای برش مواد استفاده می‌کنند. لیزر از یک تشدیدگر نوری مشتق می‌شود، که پرتوی از نور شدید را از طریق یک سیستم آینه ای تا سر برش، منعکس می‌کند. در سر برش، لیزر بر روی یک لنز متمرکز می‌شود و به یک پرتو متمرکز بسیار نازک محدود می‌شود..
سر برش معمولاً بر روی  صفحه ای که با آن Gantry می گویند نصب شده است ، که یك سیستم مکانیکی است كه معمولاً توسط كمربند یا زنجیر هدایت می شود و این امر می تواند حركت دقیق سر برش را در یك ناحیه مستطیل مشخص ، یعنی اندازه بستر كار محدود كند.
این صفحه به سر لیزر اجازه می دهد تا به جلو و عقب بر روی قطعه حرکت کند تا بتواند برش های دقیقی در هر کجای بسترکار  ایجاد کند. برای اینکه لیزر در واقع برش یابد ، نقطه کانونی لنز ، جایی که لیزر در بهترین حالت خود قرار دارد ، باید روی سطح ماده مورد نظر خود باشد. تمام برش های لیزری قبل از برش های خود نیاز به یک روش تمرکز دارند تا اطمینان حاصل شود که لیزر به خوبی کاهش می یابد

تفاوت بین انواع مختلف برش لیزر از نوع لیزرهای دستگاه ها ناشی می شود.
نوع لیزر مشخص می‌کند که چه نوع و ضخامت موادی که می‌تواند از آن عبور کند، به این دلیل است که انواع مختلف لیزری محدوده قدرت متفاوتی دارند.
معمولاً از لیزرهای با قدرت بالاتر در مقیاس صنعتی برای برش بخش های بزرگی از ورق فلز یا پلاستیک استفاده می شود ، در حالی که لیزرهای با قدرت پایین برای طیف گسترده ای از مواد نازک تر و بالقوه قابل اشتعال مانند کاغذ ، چوب و برخی پلاستیک ها استفاده می شود. .
در ادامه انواع اصلی برش لیزری و همچنین تنظیمات مهم لیزر را ارائه می دهیم.

انواع برش لیزری :

سه نوع اصلی لیزر وجود دارد که در برش لیزری استفاده می شود : لیزرهای CO2 ، لیزرهای فیبر و لیزرهای نئودیمیوم.

اگرچه برش های لیزر همه به طور مشابه ساخته شده اند ، اما از این نظر متمایز هستند که هر نوع لیزر دامنه قدرت خاصی دارد ، بنابراین می توان از آنها برای برش انواع قطعات در ضخامت های مختلف استفاده کرد.

لیزرهای CO2 :
این لیزر از مخلوطی از گاز تحریک شده (که اکثر آنها از دی اکسید کربن تشکیل شده است) تولید می شود.
لیزرهای CO2 رایج ترین انواع برش لیزر به دلیل داشتن قدرت کم ، نسبتاً ارزان ، کارآمد هستند و می توانند انواع زیادی از مواد را برش دهند و از بین ببرند.
مواد: چوب ، محصولات مبتنی بر کاغذ (مقوا ، و غیره) ، چرم ، اکریلیک ، شیشه ، برخی از پلاستیک ، و برخی از فوم ها.

لیزرهای نئودیمیوم:

این لیزر از بلورهای دوپوش نئودیمیوم تشکیل شده است.
این لیزرها دارای طول موج بسیار کمتری نسبت به لیزرهای CO2 هستند ، به این معنی که شدت بسیار بالاتری دارند و از این رو می توانند مواد بسیار ضخیم تر و قوی تری را برش دهند.
اما به دلیل قدرت بسیار بالایی که دارند ، روی قسمتهایی از دستگاه پوشش قرار میدهند و در ادامه تعویض میکنند.
مواد: فلزات ، پلاستیک ها و برخی از سرامیک ها

لیزر های فیبر:
این لیزرها از طریق فیبرهای شیشه ای مخصوص تقویت می شوند. لیزرها دارای شدت و طول موج مشابه با لیزرهای نئودیمیوم هستند ، اما به دلیل نحوه ساخت آنها نیاز به نگهداری کمتری دارند.
اینها بیشتر برای فرآیندهای مارک گذاری با لیزر استفاده می شوند.

نرم افزار طراحی برش لیزری :

دستگاه برش لیزری بسیار شبیه چاپگر جوهر افشان روزمره شماست. برش های لیزر دارای درایورهای خاصی هستند که به آنها امکان می دهد آنچه را که در کامپیوتر است ، بگیرند ، آن را به فرمی تبدیل کنند که دستگاه برش لیزر بتواند آن را بخواند ، و سپس به برش لیزری اجازه دهد کار خود را انجام دهد. بسیاری از بسته های نرم افزاری طراحی از درایورهای برش لیزری پشتیبانی می کنند. این بین برنامه های طراحی   2Dبسیار معمول است و برخی از نرم افزارهای طراحی 3D همچنین می توانند از درایورهای برش لیزر
در اینجا چند مورد ازنرم افزار هایی که ممکن است با آن‌ها آشنا باشید و یا ممکن است بخواهید آن را امتحان کنید آورده شده‌است:

نرم افزار های طراحی 2D  :
CorelDRAW  :نرم افزار طراحی گرافیک با تعداد گسترده ای از ابزارها و برنامه های کاربردی
Adobe Illustrator  : نرم افزار قدرتمند طراحی گرافیکی که برای ایجاد طرح های با کیفیت بالا استفاده می شود.
AutoCad  : نرم افزار طراحی عالی ، که در درجه اول توسط مهندسین و معماران مورد استفاده قرار می گیرد تا نقشه ها و نمایه های محصول را بطور دقیق تهیه کنید.
Inkscape  : نرم افزار طراحی گرافیک رایگان و منبع باز.

نرم افزار های طراحی 3D  :
Solidworks  : نرم افزار طراحی 3D مهندسی با چندین بسته برای کمک به طراحی در برنامه های خاص
Autodesk Inventor : نرم افزار طراحی مکانیکی حرفه ای که برای ایجاد و بهینه سازی سیستم های طراحی مورد استفاده قرار می گیرد.

برش برداری :

در حین عمل برش ، سر برش ، لیزری را به طور مداوم در داخل مواد شلیک می کند تا از آن عبور کند.
برای اینکه بدانید کجا باید برش دهید ، درایور برش لیزری تمام مسیرهای بردار موجود در قطعه طراحی شده را می خواند.

هنگامی که فایل طراحی خود را به دستگاه برش لیزر ارسال می کنید ، فقط خطوطی که فقط به عنوان خط مویی یا گرافیکی بردار با کوچکترین ضخامت خط ثبت می شوند ، توسط لیزر بریده می شوند

لیزر زمانی که با تنظیمات مناسب تجهیز می‌شود، تمام مسیر را بر روی قطعه شما برش میدهد، بنابراین برش بردار به طور معمول برای برش دادن طرح کلی و نیز هر گونه ویژگی‌ها یا سوراخ‌هایی که می‌خواهید ایجاد کنید مورد استفاده قرار می‌گیرد .

تنطیمات برش لیزر:

قبل از شروع کار برش و برش برداری ، می خواهم به سرعت تنظیماتی را که شما با آنها روبرو خواهید شد پوشش دهم. برش لیزری دارای چهار تنظیم اولیه است ، همانطور که در زیر ذکر شده و شرح داده شده است. در حالی که قدرت و سرعت برای برش برداری و برشrastering  اعمال می شود ، فرکانس فقط برای برش بردار اعمال می شود و وضوح فقط مربوط به برش rastering است. تنظیمات باید بر اساس مواد شما درکادر “ویژگیهای چاپ” قبل از چاپ کار خود تغییر کند (به یاد داشته باشید ، برش های لیزری مانند چاپگرهای معمولی به رایانه ها متصل می شوند). براساس موادی که شما برش میدهید : به عنوان مثال ، مواد سخت تر و ضخیم تر نیاز به قدرت بالاتر و سرعت کمتری دارند به طوری که در واقع لیزر می تواند به اندازه کافی قوی باشد و به اندازه کافی کند حرکت کند تا بتواند تمام راه را از طریق مواد برش دهد ، در حالی که نازک تر است. مواد ضعیف تر را می توان با قدرت کمتر و سرعت بالاتر قطع کرد.

قدرت لیزر به چه میزان آتش می گیرد. یک قدرت بالا باعث می شود مواد قوی تر و ضخیم تری از بین بروند اما ممکن است در نهایت سوختن قسمت نازک تر و قابلیت اشتعال بیشتر شود. ممکن است یک قدرت کم به اندازه کافی قوی نباشد که بتواند مواد را از بین ببرد. در هنگام rastering ، قدرت بالاتر لایه های بیشتری از مواد را می سوزاند و تصویری تاریک تر ایجاد می کند.

فرکانس (فقط برای برش): سرعت لیزر پالس لیزر را طی یک عمل برش تعیین می کند. لیزر هنگام ایجاد برش به سرعت روشن و خاموش می شود ، بنابراین فرکانس بالاتر برش تمیزتری ایجاد می کند ، اما اگر مواد قابل اشتعال باشند ممکن است به آتش سوزی برسد ، بنابراین فرکانس پایین ترجیح داده می شود.

تفکیک پذیری (فقط برای شفاف سازی): وضوح و کیفیت عملکرد rastering را تعیین می کند. با وضوح بالاتر تصویر بهتر و تاریک تری تولید می کند ، اما اگر گرمای زیادی در یک منطقه متمرکز شود ، ممکن است به شدت ذوب شود ، بسوزد یا به قطعه کار آسیب برساند.

طراحی برای برش لیزر:

همانطور که قبلاً نیز اشاره کردم ، برش های لیزر محدوده و محدودیت مواد را تعریف کرده اند. در حالی که برخی از این ها به دلیل قدرت لازم برای برش مواد خاص است ، برخی از محدودیت های مواد ناشی از گازهایی است که برخی مواد هنگام سوختن یا برش با لیزر ایجاد می کنند. مواد دیگر قابل برش هستند اما در برابر گرما ضعیف جواب می دهند و ممکن است کوچک شوند یا ذوب شوند. مانند هر فناوری ماشینکاری دیگر ، قطعاً کارهایی وجود دارد که می توانید بر روی دستگاه برش لیزری انجام دهید. برش های لیزری ممکن است بسیار محدود به نظر برسند زیرا فقط می توانند اشیاء مسطح را برش دهند ، اما موارد قابل توجهی وجود دارد که می توان با برش لیزری انجام داد که شاید انتظار نداشته باشید.

من چند تکنیک طراحی، ایده‌های خوب، و محدودیت‌های طراحی را پوشش خواهم داد تا شما بتوانید با تکنولوژی آشنا شوید و شروع به طراحی کنید!

ضخامت ماده و برش اره ای :

همانطور که قبلاً توضیح دادم ، نقطه کانونی لنزهای برش لیزری ، لیزر را روی سطح موادی که برش می دهند متمرکز می کند. این بدان معنی است که در طرف دیگر مواد ، لیزر به اندازه ی متمرکز نیست ، و پرتوی آن در واقع کمی بزرگتر از پرتو در کانون است. شکافی که لیزر هنگام قطع شدن از مواد ایجاد می کند ، کارف آن نامیده می شود. کلیه دستگاه های برش دارای کرف هستند زیرا ابزار برش ضخامت دارد. بیشتر برش های لیزر در مقیاس کوچکتر تنها می توانند مواد را تا حدود یک چهارم اینچ کاهش دهند ، زیرا پس از آن نقطه ، عرض کارف خیلی بزرگ می شود.

ویژگی ها و جزییات :

از آنجا که پرتو لیزر به خودی خود هنگام برش بسیار اندک است ، برش های لیزری معمولاً می توانند جزئیات بسیار ریز و کوچک حتی در هنگام astering ایجاد کنند. به طور مثال ، کارف برش لیزری بسیار نازک تر از کارف اره یا تیغ فرز است ، بنابراین برش های لیزری می توانند کارهای بسیار زیبایی با جزئیات انجام دهند. با این وجود محدودیتی در چگونگی ایجاد ویژگی های کوچک وجود دارد. فقط به این دلیل که برش های لیزری می توانند ویژگی های کوچکی داشته باشند ، به این معنی نیست که مواد به خوبی از عهده آن برمی آیند.
ویژگی ها و جزئیات کوچک متمرکز در یک مکان خاص به این معنی است که گرمای حاصل از لیزر برای مدت طولانی در آن ناحیه متمرکز می شود. این گرما زیادی ایجاد می کند ، که ممکن است باعث شود تا قسمتی از آن آتش بگیرد یا ذوب شود ، به خصوص اگر مواد قابل اشتعال باشند. معمولاً یک قاعده خوب این است که حداقل یک هشتم اینچ را بین دو خط تقریباً موازی قرار دهید که شما برش لیزری را برای جلوگیری از آسیب دیدن قسمت به لیزر انجام می دهید.
علاوه بر این ، در ایجاد ویژگی های بسیار نازک در طراحی های خود مراقب باشید. ویژگی های نازک تر تمایل به شکسته شدن بیشتر دارند ، فقط به این دلیل که دارای مقطع بسیار کوچک از سطح مقطع هستند و بیشتر قسمت های برش خورده با لیزر مانند چوب ، اکریلیک و پلاستیک بسیار شکننده هستند ، بنابراین بسیار راحت می شوند. اگر ویژگی های طراحی شده خیلی نازک هستند .

اتصالات :

روش های مختلف زیادی برای ساخت اتصالات از تکه های مسطح وجود دارد ، و همه اینها محدود به برش لیزری نیستند ، بلکه بسیاری از تکنیک ها از زمینه هایی مانند نجاری و فلزکاری استفاده می شود. در اینجا چند تکنیک ساده پیوستن برای دو قطعه مسطح ارائه شده است. اگر شما مایل به کشف و آزمایش هستید ، چیزهای بیشتری وجود دارد ، اما اجازه می دهید با اصول اولیه شروع کنیم!

اتصالات انگشتی :
اتصالات انگشتی اتصال اصلی برای قرار دادن دو صفحه صاف در زاویه عمود بر روی آن برای ایجاد یک گوشه است. در اصل از زبانه های طرفین جفت شده که به هم متصل هستند تشکیل شده است. زبانه ها معمولاً به اندازه ضخامت مواد برای ایجاد یک درز تمیز هستند.

مورتیز و تنون مفاصل :
مفاصل مورتیس و تنون بسیار شبیه به مفاصل انگشت است ،دو قطعه با ایجاد یک سوراخ به یک دیگر می چسبند. اینها برای ایجاد ساختارهای “T” مانند و نصب تیرهای پشتیبانی داخلی برای سازه های پیچیده تر برش لیزر مفید هستند.

اتصالات شکاف دار:
اتصالات شکاف یکی دیگر از انواع بسیار متداول اتصالات برش لیزری ساده است. هر دو قطعه متصل کننده هر کدام دارای شکافهایی هستند که از وسط آنها بریده شده اند ، که می توانند به یکدیگر بپیوندند تا ساختارهای X مانند ساختارهای خارج شده از مواد برش لیزری ایجاد کنند.

با استفاده از پیچ و مهره:
اتصالات فوق با مقداری چسب در اطراف لبه ها درست کار می کنند ، اما ممکن است شما تمایلی به ایجاد چنین مهر و موم دائمی روی قسمت های خود نداشته باشید. با ایجاد سوراخی برای پیچ خوردن پیچ و شکاف برای مهره ای که در آن قرار بگیرد ، می توانید اتصالات قطعات برش لیزری را به راحتی ایمن کنید.

پشته سازی (stacking) :

جدا از اتصال قطعات به لیزر توسط لبه‌های آن‌ها برای ایجاد اشکال سه‌بعدی، شما همچنین می‌توانید تکه‌های برش لیزری را بر روی هم قرار دهید تا مجسمه‌ تولید کنید.
این یک طرح سه بعدی است چون کل شکل سه‌بعدی با تفاوت در خطوط برش بین هر لایه تعریف می‌شود.
نرم افزار Autodesk’s 123D Make به شما امکان می دهد یک مدل سه بعدی بگیرید و آنرا به لایه هایی از قطعات برش لیزری برش دهید که می توانید آنها را برش داده و سپس در یک مدل مقیاس قرار دهید.
اگر قطعات خود را برای پشته سازی طراحی می کنید ، حتماً هر قطعه را برچسب بزنید و نوعی راهنما برای سهولت در روند مونتاژ و تراز کردن ایجاد کنید.

فناوری های مرتبط:

سایر دستگاه های CNC 2D:
به غیر از برش های لیزری ، تعداد دیگری از دستگاه های CNC 2D نیز وجود دارند که برای برش مواد مختلف از سر برش سوار شده بر روی پیست یا بازو استفاده می کنند. ماشین آلات مانند برش های واترجت با جریان زیاد و غلیظ از آب بریده می شوند. واترجت ها از قدرت بالایی برخوردار بوده و از اندازه بسترکار بزرگی برخوردار هستند ، بنابراین برای برش قطعات بزرگ و ضخیم فلز و چوب بسیار عالی هستند. برش پلاسما نمونه دیگری از دستگاههای برش2D  با قدرت بالا است ، آنها از ذوب آن برای برش فلز از تیرهای پلاسما استفاده می کنند. در مقیاس بسیار کوچکتر ، از ماشین هایی مانند برش های وینیل، ابزار برش مخصوص استفاده برای برش مواد نازک مانند کاغذ استفاده می کنند.

چاپگرهای سه بعدی :

برش های لیزری و پرینترهای سه بعدی در واقع ماشین های نمونه سازی سریع هستند. هر دو دستگاه   CNC  هستند که کاربردهای بسیار گسترده ای دارند. در حالی که برش های لیزر در هنگام هندسه 2D بسیار متنوع هستند ، اما چاپگرهای سه بعدی لایه های هندسی سه بعدی را به صورت لایه ای ایجاد می کنند تا مدل های پیچیده ، نمونه های اولیه ، هنر و… را ایجاد کنند.

روترهای CNC:

روترهای CNC نوع دیگری از دستگاه های کنترل شده با کامپیوتر است. مانند واترجت و برش لیزری ، دارای یک سر برش هستند که بر روی یک سطح حرکت می کند و برای برش مواد استفاده می شود. روترها با این تفاوت که از سرهای برش فلزی استفاده می کنند و سر برش می تواند در یک محور سوم به بالا و پایین حرکت کند ، درجه دیگری از آزادی را به آن می دهد و به آن امکان ایجاد اشکال پیچیده تر با بعد سوم را می دهد.