مميزات وعيوب سيراميك قطع ليزر
السيراميك هي مواد صلبة غير عضوية هشة، وتتميز بخصائص عزل حراري وكهربائي ممتازة، وتشمل الأمثلة عليها الألومينا (Al2O3) والخزف (Al2Si2O5 (OH) والزركونيا (ZrO2) والفخار وكربيد السيليكون (SiC) والبلاط الخزفي، وتعتبر شركة سيراميك فينيسيا وشركة سيراميك جلوريا من أشهر شركات السيراميك في العالم.
قطع السيراميك باستخدام الليزر
تعتمد صناعة المنتجات الحديثة اليوم على تقنيات جديدة، وهذا ينطبق أيضًا على المنتجات التي تحتاج لتشطيب مثل السيراميك، حيث تتطلب العديد من هذه الأعمال القطع، والتي يتم تنفيذها اليوم باستخدام تقنية الليزر الحديثة.
تعتمد هذه التقنية على قطع المادة بمساعدة شعاع ليزر مع غاز خامل، وتستخدم هذه التكنولوجيا على نطاق واسع وتعد ضرورية اليوم لتشغيل العديد من الصناعات، وأبرزها صناعة السيراميك.
وعادةً ما يتم إجراء معالجة السيراميك باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون 10.6 أو 9.3 ميكرون، وبعض السيراميك يمتص طول موجة ليزر ليفي 1.06 ميكرون، ومن الممكن أيضًا قطع السيراميك ذي الأغشية الرقيقة بالليزر باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون، مما ينتج عنه حافة نظيفة مع القليل من تغير اللون.
تتم عملية النقش بالليزر على السيراميك باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون، وتنتج عن هذه العملية نتائج دقيقة ومفصلة لإنشاء أنماط معقدة وصور متفصلة بعمق محدد.
يمكن إجراء النقش بالليزر بواسطة ليزر ليفي 1.06 ميكرون على بعض المواد السيراميكية مثل الألومينا وكربيد التنجستن (WC) والزركونيا، لإنتاج علامة سطحية داكنة وموحدة.
وعلى الرغم من ذلك، فمثل أي تقنية أخرى، فإن تقنية قطع السيراميك بالليزر تحتوي على بعض العيوب، لذلك سنشرح لك بعض المزايا والعيوب لقطع السيراميك بالليزر.
مزايا سيراميك قطع ليزر
- تتميز قطع الليزر بالمرونة والدقة والتكرار والسرعة والفعالية من حيث التكلفة والجودة العالية والقطع دون تلامس وتعدد الاستخدامات وإمكانيات التشغيل الآلي.
- لا يلزم استبدال الأدوات في كل عملية قطع منفصلة عند استخدام قطع بالليزر، حيث يكون الإعداد نفسه مناسبًا لقطع العديد من الأشكال المختلفة بنفس سمك المادة، ولا تسبب الجروح المعقدة أي مشاكل.
- تتميز عملية القطع بالليزر بالدقة العالية وهي إحدى المزايا الرئيسية لها عند مقارنتها بطرق القطع الحراري الأخرى.
- الوظيفة تتطلب قليلاً من القوى العاملة، حيث إن آلات القطع بالليزر الحديثة مؤتمتة للغاية، ومع ذلك، ما زال لدى مشغل الماكينة ذو الخبرة دور كبير في الحصول على جودة نهائية عالية. ولكن سرعة القطع والحاجة القليلة للعمالة اليدوية تؤدي إلى انخفاض التكاليف مقارنةً بطرق القطع الأخرى.
- باستخدام الإعداد الصحيح، يترك قواطع الليزر نتوءًا صغيرًا على السيراميك وفي كثير من الأحيان لا يكون من الضروري إزالته.
- في حالة القطع باستخدام الليزر، يتفاعل الشعاع مباشرة مع المادة، وبالتالي لا يوجد احتكاك ميكانيكي يمكن أن يؤدي إلى تآكل الأدوات.
- يتم الحصول على القطع الدقيقة بواسطة الليزر بسرعة ودقة عالية، ولا يحتاج الأمر إلى وقت طويل كما في القص بالمقصات التقليدية.
- يتم تقطيع السيراميك بطريقة تقلل من مخاطر تلوث المادة، حيث لا يوجد اتصال مباشر بين أداة القطع وقطعة العمل.
- في عملية الفصل التقليدي، عادة ما يتم ذوبان الحرارة التي تنشأ أثناء قطع المادة، وأما في عملية القطع بالليزر، فتكون مساحة الحرارة صغيرة جدا، مما يقلل من احتمال تشوه المادة ويسهل تركيب السيراميك.
- يُمكن استخدام تقنية القطع بالليزر لقطع مجموعة كبيرة من السيراميك.
- يمكن استخدام واحدة أو اثنتين من آلات القطع لصنع العديد من آلات القطع الأخرى.
- يمكن التحكم بعملية القطع بالليزر بسهولة عن طريق برامج الكمبيوتر، وهي دقيقة للغاية وتوفر الوقت والجهد بشكل كبير.
- نظرًا لعدم حاجة آلة القطع بالليزر لتدخل بشري، باستثناء عمليات الفحص والإصلاح، فإن تكرار الإصابات والحوادث يكون منخفضًا جدًا.
- تتميز آلة القطع بالليزر بمستوى عالٍ من الكفاءة والتماثل في النسخ لتحقيق التصميم المطلوب، وتؤدي إلى نسخ مطابقة لبعضها البعض.
عيوب سيراميك قطع ليزر
على الرغم من استخدام القطع بالليزر في إنتاج أجزاء في مختلف الصناعات، إلا أن لديه بعض السلبيات التي يجب مراعاتها قبل الاعتماد عليه، بما في ذلك الحاجة إلى الخبرة والقيود المفروضة على سمك المعدن والتكاليف العملية والأبخرة الخطرة
- يحتاج استخدام قاطع الليزر إلى الخبرة، وكما ذكرنا سابقًا، يجب وجود مشغل متخصص لتحقيق أقصى استفادة من إمكانيات قاطع الليزر. ويضمن الإعداد الصحيح أن تصل جودة القطع إلى المعايير التي يتوقعها الناس من هذه التقنية.
- يمكن أن يصل سعر آلة القطع بالليزر إلى أكثر من مليون جنيه إسترليني، ويمكن أن تكون تكلفة الليزر مرتين تكلفة أجهزة القطع بالماء أو البلازما، وعلى الرغم من أن تكاليف التشغيل والكفاءة تعوضهما على المدى الطويل، إلا أن الاستثمار الأولي لا يزال كبيرًا جدًا.
- تتميز أحد مزايا القطع بالليزر بأنها ملائمة لقطع المواد المختلفة، بينما تؤدي طريقة القطع الحراري إلى انصهار المواد وإطلاق الغازات والأبخرة الخطرة.
- تعتمد كفاءة واستهلاكالطاقة على نوع القسم الذي يجب تنفيذه وطبيعة الليزر، وعادةً ما يكون للقطع بالليزر استهلاك عالي للطاقة.
- قد يؤدي ضبط درجة الحرارة والمسافة بالليزر إلى احتراق بعض المواد.
- يجب تدخل بشري فقط في حالة الإصلاحات والتشغيل التجريبي، وخلال هذه الإجراءات، يتم التعامل الوثيق بين العامل وشعاع التأجير، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى حدوث حروق.
عملية قطع السيراميك بالليزر
Nd-YAG و CO2 هما أكثر تقنيات تصنيع الليزر استخداما. وينبعث شعاع الليزر Nd-YAG بطول موجة يبلغ 1.064 ميكرومتر، وهو أصغر بمقدار 10 أضعاف من ليزر ثاني أكسيد الكربون. والفرق بينهما هو قدرة المواد على امتصاص الأطوال الموجية الخاصة بهما.
من بين أمثلة استخدام الليزر، يتم استخدام ليزر Nd-YAG بشكل واسع في تصنيع معظم المعادن لأنه يتميز بانعكاس عالٍ، بينما يُعد ليزر ثاني أكسيد الكربون مثاليًا لمعالجة معظم المواد غير المعدنية، بما في ذلك السيراميك، نظرًا لأنها لا تمتص أشعة الليزر.
بالإضافة إلى طول الموجة ، فإن مؤشرات الأداء الأخرى مثل خرج الطاقة ونقل الحرارة والكفاءة الحرارية وشكل الحزمة تؤثر أيضًا على جودة المعالجة بالليزر ، كما أن سماكة المادة التي يتم تشكيلها تحدد القوة التي يتعين تطبيقها.
عمليات التصنيع بالليزر
يتضمن النقش بالليزر قطع سلسلة من ثقوب الليزر في السيراميك، وعند الانتهاء يتم قطع العنصر من الركيزة، وتستخدم هذه الطريقة عادةً في مكونات هندسية بسيطة.
تبدأ عملية حفر السيراميك بالليزر بتشغيل الليزر بشكل مستمر عبر المادة، وهذا يتم بدقة أكثر، ولكن يستغرق وقتًا أطول بكثير من الطرق الأخرى المستخدمة في التصنيع بالليزر.