برش لیزر در مقابل برش پلاسما: یک مقایسه کامل

نوشته : داوود سلیانچی

در اینجا، ما در مورد جوشکاری صحبت می کنیم، عمل برداشتن دو قطعه از مواد و اتصال آنها به یکدیگر. با این حال، اغلب شما فقط در حال جوشکاری نیستید. شما در حال جداسازی مواد هستید، چه برای رفع یک اشتباه، برای جدا کردن ضایعات، یا برای ساخت قطعات کوچکتر مورد استفاده برای اهداف جوشکاری بعدی.

راه های مختلفی برای جدا کردن مواد، حتی فلزات وجود دارد. اره‌ها، چرخ‌های آسیاب، قیچی و ماشین‌های دیگری وجود دارند که می‌توانند تقریباً بدون زحمت تمام فلزات را به جز قوی‌ترین فلزات برش دهند. با این حال، با تکنولوژی مدرن، دو تکنیک برجسته هستند: برش پلاسما و برش لیزر. این دو چگونه کار می کنند، چگونه با هم مقایسه می شوند و کدام یک برای یک هدف معین بهتر است؟ بیایید آنها را تجزیه و تحلیل کنیم و بفهمیم.

چگونه برش لیزر و پلاسما مشابه هستند

ابتدا بیایید با شباهت های برش لیزر و پلاسما شروع کنیم.

در درجه اول، شباهت در مکانیزمی است که آنها برای برش مواد استفاده می کنند. آنها هر دو به عنوان روش‌های «برش حرارتی» شناخته می‌شوند، به این معنی که از حرارت بالا، شدید و مستقیم برای ذوب/سوختن مواد استفاده می‌کنند و شکافی را ایجاد می‌کنند که تبدیل به یک برش می‌شود. این با روش‌های مکانیکی بیشتر مخالف است، جایی که از اصطکاک یا اصطکاک برای حذف مواد استفاده می‌شود.

برش پلاسما و لیزر هر دو ابزار قدرتمندی هستند و برای کاربردهای دقیق مناسب هستند. آنها برای هدایت کامپیوتری، به ویژه برش CNC برنامه ریزی شده ایده آل هستند. این است که چگونه بسیاری از اشکال پیچیده و سفارشی از مواد بریده می شوند و چگونه می توان مقادیر زیادی از ساخت مکرر را به سرعت انجام داد.

در حالی که هر دو به روش‌های مشابهی کار می‌کنند و می‌توانند اهداف مشابهی داشته باشند، برخی از مزایا و معایب متمایز هر روش وجود دارد که می‌تواند در شرایط خاص یکی را ایده‌آل‌تر از دیگری کند. بیایید عمیق تر کاوش کنیم.

برش پلاسما چیست و چگونه کار می کند؟

برش پلاسما ممکن است مانند یک فناوری آینده نگر به نظر برسد، اما در حقیقت، اولین بار در سال 1957 اختراع شد. در بیش از 60 سال بعد، پیشرفت های زیادی در این فناوری انجام شده است، هم در برش پلاسما و هم در مکانیسم های اطراف مانند کامپیوتر و کنترل های رباتیک چگونه کار می کند؟ در اصطلاح عامیانه، می توان آن را به عنوان گرفتن گردباد در مشعل و برق انداختن آن توصیف کرد. اساساً یک قوس الکتریکی توسط یک مشعل برش ایجاد می شود. در همین حال، نوع خاصی از گاز، معمولا یک گاز بی اثر مانند آرگون یا نیتروژن، به صورت مارپیچی از طریق مشعل رانده می شود. گاز از قوس عبور می کند و الکتریکی و یونیزه می شود در حالی که آن را تا دمای 20000 درجه سانتیگراد گرم می کند. از نظر علمی، دیگر حتی گاز نیست، بلکه چهارمین حالت پرانرژی ماده یعنی پلاسما است.

این گاز/پلاسما یونیزه شده فوق گرم سپس توسط فشار گاز پشت آن و انبساط حرارتی خود از مشعل به بیرون رانده می شود. این گاز به ناحیه باریک خاصی که می خواهید برش دهید هدایت و متمرکز می شود و مواد آن ناحیه را به سرعت ذوب می کند. نیروی گاز مواد مذاب را دور می کند و یک فضای خالی باقی می گذارد و قطعه کار را برش می دهد.

یکی از بزرگترین اخطارها در مورد برش پلاسما قوس الکتریکی است. این قوس مانند جوشکاری قوس الکتریکی از اتصال و اتصال کوتاه بین مشعل و قطعه کار ایجاد می شود. در نتیجه، فقط فلزات رسانا را می توان با مشعل های پلاسما برش داد. برای برش فولاد، آلومینیوم، برنج یا مس بسیار عالی است اما روی موادی مانند چوب، سرامیک، سیلیکون یا پلاستیک کار نمی کند.

برش لیزری چیست و چگونه کار می کند؟

لیزرها برای دهه ها بخشی از آگاهی عمومی بوده اند، و در حالی که استفاده از لیزرهای پرقدرت برای برش و اهداف دیگر قلمرو داستان های علمی تخیلی برای مدت طولانی بوده است، واقعیت این است که از سال 1965 به عنوان ابزار نیز قابل استفاده بوده اند. این باعث می شود آنها فقط کمی جدیدتر از برش های پلاسما باشند.

برش لیزری در ظاهر بسیار ساده است. خود لیزر فقط سبک و متمرکز است. نحوه تولید، هدایت و تمرکز نور ممکن است متفاوت باشد. لیزرهای متداول شامل سیستم های لیزر CO2، نئودیمیم و فیبر با محدوده توان و قابلیت استفاده متفاوت است. لیزرهای ضعیف ساده می توانند به اندازه یک باتری باشند و برای بازی با گربه ها استفاده می شوند. در حال حاضر قوی ترین لیزر دنیا ولکان 20-20 است که قادر است لیزری با 20 پتاوات انرژی تولید کند. بدیهی است که این برای استفاده به عنوان یک ابزار برش نیست بلکه به عنوان یک وسیله تحقیقاتی است.

لیزرهای فیبر، لیزرهای کریستال، و انواع دیگر سیستم های تولید لیزر، مزایا و معایب خاص خود را دارند، اما در بیشتر موارد، آنها در موارد استفاده بسیار تخصصی یا در تحقیقات و آزمایش های علمی به جای برای برش و ساخت ساده صنعتی استفاده می شوند. . این به این دلیل است که آن‌ها بزرگ‌تر، شکننده‌تر، بسیار گران‌تر، دقیق‌تر و مستعد شکست هستند و معمولاً مزایایی ندارند که بر این معایب برتری داشته باشند.

در اکثر مواقع، لیزری که برای برش تولید دریافت می کنید، لیزر CO2 خواهد بود. در این لیزرها، مخلوطی از گازها از جمله CO2، هلیوم و نیتروژن در ظرفی وجود دارد. این مخلوط گاز با یک الکترود تحریک می شود که مولکول های CO2 را تحریک می کند و باعث می شود آنها فوتون ساطع کنند. با CO2 کافی، این فرآیند فوتون های کافی برای ایجاد یک لیزر پرانرژی با قابلیت برش تولید می کند.

بر خلاف برش پلاسما، برش لیزری را می توان به طور دقیق تنظیم کرد و می توان از آن برای برش، حکاکی، سطح کاری و سایر تکمیل استفاده کرد. این می تواند مواد رسانا مانند فولاد، برنج و آلومینیوم را برش دهد، اما از آنجایی که به اتصال الکتریکی با قطعه کار نیاز ندارد، می تواند مواد نارسانا مانند چوب، سیلیکون، سرامیک و غیره را نیز برش دهد. همچنین می تواند فلزاتی را که برش آنها با پلاسما دشوارتر است، مانند تنگستن و نیکل، برش دهد.

بنابراین، این دو نوع ابزار برش چگونه با هم مقایسه می شوند؟

مقایسه ابزارهای برش پلاسما و لیزر

بیایید ملاحظات مختلفی را بررسی کنیم و برش لیزری و پلاسما را در امتداد هر محور مقایسه کنیم.

دقت

پرتوهای لیزر می توانند بسیار متمرکز و دقیق باشند. این امر به طور کلی آنها را بسیار دقیق تر از برش های پلاسما می کند، که نسبتاً انرژی بالایی دارند و تمرکز کمتری دارند. برش‌های پلاسما معمولاً دارای قسمت بزرگ‌تری برای برش هستند، به این معنی که سوراخ بزرگ‌تری در مواد ایجاد می‌کنند و دقت کمتری دارند.

از آنجایی که آنها مواد بیشتری را حذف می کنند، نسبت به برش های لیزری پسماند و سرباره بیشتری ایجاد می کنند. لیزرها برای کارهای دقیق و ظریف و همچنین استفاده های غیر برشی مانند حکاکی بهتر هستند.

انعطاف پذیری

برش های لیزری، به عنوان نوعی انرژی هدایت شده، می توانند هر چیزی را که فوتون ها را جذب می کند، برش دهند. برش های پلاسما، از آنجایی که به رسانش الکتریکی با قطعه کار متکی هستند، فقط می توانند مواد رسانا را برش دهند. نقطه ضعف برش های لیزری در اینجا این است که برخی از فلزات به شدت بازتابنده هستند. آنها فوتون های زیادی جذب نمی کنند، بنابراین برش آنها با استفاده از لیزرها که اساساً از مواد منعکس می شوند بسیار دشوار یا غیرممکن است.

یکی دیگر از زمینه هایی که برش های پلاسما از برش های لیزری پیشی می گیرند، برش مواد ضخیم است . اکثر دستگاه های لیزر معمولی فقط می توانند موادی تا ضخامت 19 میلی متر را با سرعت، دقت و کارایی معقول برش دهند. در همین حال، برش های پلاسما می توانند به راحتی مواد تا ضخامت 38 میلی متر را بدون مشکل برش دهند.

گفته می شود، لیزرهای قدرتمندتر می توانند کارهای بیشتری انجام دهند. لیزرهای قوی وجود دارند که می توانند تقریباً هر چیزی را بدون توجه به ضخامت آن برش دهند و حتی می توانند مواد را از یک مایل دورتر برش دهند. بدیهی است که اینها عملی نیستند. آنها بیشتر به عنوان تسلیحات نظامی و تجهیزات آزمایشی علمی توسعه می یابند تا ابزارهای تولیدی.

برش های پلاسما از همان طراحی اولیه جوشکارها پیروی می کنند. در واقع، بسیاری از دستگاه های جوشکاری پیشرفته می توانند برش پلاسما را با چرخاندن سوئیچ نیز انجام دهند. در مقابل، برش لیزری تقریباً همیشه با استفاده از یک دستگاه CNC روباتیک انجام می شود و عملاً هیچ دستگاه لیزری دستی وجود ندارد. چیزهایی از این دست نزدیک‌ترین چیزی هستند که می‌توانید به دست آورید، و برای حکاکی طراحی شده‌اند، نه برش.

بهره وری انرژی

لیزرها در برش بیشتر مواد سریع‌تر هستند و انرژی کمتری برای برش یک قطعه مواد مصرف می‌کنند که آن‌ها را به گزینه‌ای کم‌مصرف‌تر تبدیل می‌کند.

به همین دلیل بسیاری برش های لیزری را نسبت به برش های پلاسما برای محیط زیست بهتر می دانند.

هزینه

هزینه یکی از بزرگترین تمایز بین برش لیزر و پلاسما است.

برش های لیزری معمولاً گران هستند. ساده ترین ماشین آلات کم مصرف و سرگرمی می تواند بین 500 تا 4000 دلار باشد. در همین حال، سیستم های برش لیزری صنعتی می تواند تا 200000 دلار باشد. آسمان نیز واقعا نامحدود است. همانطور که در بالا ذکر شد، لیزر تحقیقاتی عظیم میلیاردها هزینه دارد.

برش های پلاسما برای شروع اغلب تا حدودی ارزان تر هستند. سیستم های برش پلاسما دستی سطح مقدماتی می تواند از 200 تا 300 دلار قیمت داشته باشد. سیستم های بسیار بزرگتر، از جمله ماشین های CNC صنعتی، می توانند بین 5000 تا 20000 دلار باشند. گذشته از یک نقطه خاص، همچنین، شما برای رباتیک اطراف و سایر تجهیزات بیشتر از خود برش پلاسما پرداخت می کنید.

با این حال، هزینه های عملیاتی به نفع لیزرها کاهش می یابد. علیرغم هزینه بالاتر، برش های لیزری از نظر انرژی هزینه کمتری برای کارکرد دارند و در مقایسه با برش های پلاسما تقریباً هیچ ماده مصرفی ندارند. برش های پلاسما برای برش های مشابه به انرژی بیشتری نیاز دارند و به مواد مصرفی در مشعل و گازهای مورد استفاده برای تولید پلاسما نیاز دارند.

ایمنی

مانند هر کاربرد انرژی بالا، ایمنی می تواند نگرانی اصلی باشد. هر دو برش لیزر و پلاسما از حرارت و انرژی بالایی برای برش مواد استفاده می کنند، که می تواند منجر به پاشیدن فلز مذاب یا سایر مواد در اطراف شود، جرقه هایی که منطقه را باران می کند و بخارهای ناشی از سوزاندن مواد در هوا ایجاد می شود.

برش پلاسما از دو جهت بدتر از برش لیزری است.

اولین مورد این است که چون از گاز محافظ برای تولید پلاسما استفاده می کند، علاوه بر دودهای معمول، دستگاه شما آرگون، هلیوم، نیتروژن یا هر چیز دیگری را نیز وارد جو می کند. این یک خطر بالقوه اضافی است، و در حالی که این گازها مستقیما سمی نیستند، می توانند مشکلاتی در جابجایی اکسیژن و سایر خطرات ایجاد کنند.

دوم تشعشع است. تولید پرانرژی پلاسما مقدار زیادی تشعشع را به اتمسفر اطراف برنامه برش می ریزد. این یک خطر شدید شبیه به Chornobyl یا هر چیز دیگری نیست، اما همچنان یک خطر بالقوه است، به ویژه برای کاربران طولانی مدت. همچنین می تواند به بینایی آسیب برساند و باعث سوختگی سطحی پوست مشابه آفتاب سوختگی شود. علاوه بر این، این تشعشع می‌تواند با سیگنال‌های الکترومغناطیسی مانند رادیو، وای‌فای و سایر فناوری‌ها تداخل ایجاد کند و به وسایل الکترونیکی اطراف آسیب برساند.

بسیاری از این خطرات را می توان برطرف کرد. استفاده صحیح از PPE، همراه با تسهیلات با استفاده از تهویه مناسب، دود گیرها ، میزهای نزولی و سایر تجهیزات، می تواند کارکرد آن را بسیار ایمن تر کند.

علاوه بر این، استفاده از CNC و ماشین‌های روباتیک برای انجام عملیات به جای استفاده از عملیات دستی، ایمنی را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. قرار دادن قطعه کار در دستگاهی با تهویه و محافظ همیشه ایمن تر از انجام کار با دست است.

انواع دیگر برش

البته روش های برش متنوع دیگری فراتر از برش پلاسما و لیزر وجود دارد. برش تبخیر، ترک تنش حرارتی، برش واکنشی، برش واترجت، و برش با سوخت اکسیژن همه گزینه‌های بالقوه‌ای هستند که بسته به نوع ساخت، دقت و نیازهای حرارتی شما، و میزان تکراری بودن برش‌هایی هستند که باید انجام دهید.

اگر سوالی در مورد آنها دارید، در نظرات بپرسید.

برش لیزر یا پلاسما کدام بهتر است؟

در پایان روز، هم لیزر و هم برش پلاسما مزایایی دارند که مشخص نیست کدام یک واقعا بهتر است. برش لیزری در برش های دقیق و توانایی برش موادی که فلزات رسانا نیستند برتری دارد. با این حال، هزینه اولیه بیشتر است، عدم انعطاف پذیری دستی کار را برای کارهای یکباره بدتر می کند، و ناتوانی نسبی در برش مواد ضخیم تر می تواند یک مانع مهم باشد.

در همین حال، برش پلاسما یک فرآیند ارزان‌تر و آسان‌تر برای استفاده است و یک گزینه کاملاً مناسب برای جذب جوشکارانی وجود دارد که می‌توانند برش پلاسما را سریع و آسان انجام دهند. در حالی که می تواند برای ایمنی اپراتور خطرناک تر باشد، می تواند خودکار نیز باشد، اما انعطاف پذیری و ماهیت نسبتاً ارزان ماشین آلات، آن را برای مغازه های کوچکتر و متوسط که نیازی به بانک های تولیدی بزرگ ندارند، ایده آل می کند.

با این حال، زمانی که به آن می رسد، بستگی به این دارد که چه چیزی را باید برش دهید، چند وقت یکبار نیاز به برش دارید و آیا به ویژگی های اضافی مانند حکاکی یا جوشکاری نیاز دارید. شما فقط باید شرایط خود را ارزیابی کنید تا مشخص کنید کدام سرمایه گذاری بهتر است.

با این حال، اگر به برش پلاسما دستی نیاز دارید، ما اینجا برای شما هستیم. طیف وسیعی از تجهیزات اجاره ای ما شامل انواع برش های پلاسما در سطوح مختلف قدرت و ظرفیت است. می‌توانید دستگاه‌های برش پلاسما را اجاره کنید و امتحان کنید و از آنجا تصمیم بگیرید که آیا آنها می‌توانند آنچه شما نیاز دارید را انجام دهند یا به جای آن باید گزینه‌های برش لیزر را بررسی کنید.