القطع بالبلازما مقابل القطع بالليزر: مقارنة بين الإيجابيات والسلبيات

مقدمة

القطع بالليزر و قطع البلازما هناك طريقتان مستخدمتان على نطاق واسع في عمليات التصنيع الحديثة باستخدام التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC). وكلاهما تقنيات معالجة حرارية تستخدم لقطع المواد في البيئات الصناعية. ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات الرئيسية بين هاتين التقنيتين، وأهمها مصدر طاقة القطع: تستخدم آلات القطع بالليزر شعاع ليزر قوي وضيق لقطع المواد، بينما تستخدم آلات القطع بالبلازما تيارات البلازما الموجهة للقطع.

القطع بالليزر تتعتبر التكنولوجيا مناسبة لمجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك السيراميك والخشب والبلاستيك والمعادن، في حين يقتصر القطع بالبلازما على قطع المواد الموصلة فقط. يوفر القطع بالليزر قطعًا أسرع وأكثر دقة مقارنة بالقطع بالبلازما، وينتج أسطح قطع أكثر سلاسة. بالإضافة إلى ذلك، فإن القطع بالليزر أكثر ملاءمة لمهام القطع المعقدة. ومع ذلك، فإن آلات القطع بالبلازما لديها تكاليف صيانة أقل وهياكل ميكانيكية أبسط، مما يؤدي إلى انخفاض التكاليف الإجمالية. في حين تستخدم كلتا التقنيتين في المقام الأول لقطع المعادن، فإن القطع بالليزر يستخدم أيضًا بشكل شائع لمعالجة مواد أخرى.

قد يعتمد اختيار عملية القطع CNC المناسبة لاحتياجاتك على عدة عوامل. تقارن هذه المقالة بين القطع بالليزر والقطع بالبلازما من حيث السرعة، والمواد القابلة للتطبيق، والتكلفة، وعوامل أخرى لمساعدتك على اتخاذ قرار أكثر استنارة.

ما هو القطع بالليزر وكيف يعمل

تعمل عملية القطع بالليزر عن طريق توجيه الطاقة المركزة للغاية لشعاع الليزر الموجه إلى مادة ما، مما يؤدي إلى ذوبان موضعي وفصل قطعة العمل. اعتمادًا على تفاصيل تقنية القطع، قد يذيب الليزر المادة، مع وجود تيار غاز مساعد ينفخ المادة المذابة بعيدًا عن الطريق.

أو قد تقوم بتغيير المادة المقطوعة مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية (التسامي)، مع إزالة الشق في صورة بخار. يمكن لمعدات القطع بالليزر قطع المواد الهيكلية والأنابيب وكذلك الصفائح الرقيقة.

تُستخدم ثلاثة أنواع رئيسية من الليزر في القطع بالليزر: أنظمة ليزر ثاني أكسيد الكربون والنيوديميوم والألياف. وعلى الرغم من أن أنواع القطع بالليزر متشابهة في التركيب، إلا أنها تختلف في أن كل نوع من الليزر له نطاق طاقة مختلف، وكل نوع يناسب أنواعًا معينة من المواد وسمكها.

في قواطع ثاني أكسيد الكربون، يتم القطع باستخدام ثاني أكسيد الكربون المحفز كهربائيًا. تنتج قواطع النيوديميوم أو الليزر البلوري أشعة من خلال Nd: YVO (أورثو فانادات الإيتريوم المضاف إليه النيوديميوم) و Nd: YAG (جارنيت الألومنيوم والإتريوم المضاف إليه النيوديميوم). وأخيرًا، تستخدم قواطع الألياف الألياف الزجاجية لقطع المواد. يتم استخلاص الليزر مما يسمى "ليزر التسرب" ثم يتم تضخيمه من خلال ألياف خاصة.  

تعد أجهزة الليزر ثاني أكسيد الكربون هي الأكثر شعبية لأنها قادرة على قطع مجموعة متنوعة من المواد، وهي منخفضة الطاقة، وبأسعار معقولة. 

تُستخدم تقنية القطع بالليزر على نطاق واسع في قطاعات مثل الإلكترونيات والطب والطائرات والنقل. ونظرًا لقدرة الليزر على إنشاء قطع وتشطيبات دقيقة، فإنه يُستخدم في الغالب لقطع المعادن مثل التنجستن أو الفولاذ أو الألومنيوم أو النحاس أو النيكل. كما تُستخدم تقنية الليزر لقطع الخشب والسيليكون والسيراميك وغيرها من المواد غير المعدنية.

ما هو القطع بالبلازما وكيف يعمل

القطع بالبلازما هو عملية قطع حراري تستخدم نفثًا عالي السرعة من الغاز المؤين، المعروف باسم البلازما، لصهر وقطع المواد المعدنية. يعتمد المبدأ الأساسي على تمرير قوس كهربائي عبر غاز يُدفع عبر فتحة ضيقة، مما يؤدي إلى تكوين البلازما. إليك كيفية عملها:

1. توليد البلازماتتكون أنظمة القطع بالبلازما من عدة مكونات، بما في ذلك مصدر الطاقة ونظام توصيل الغاز والشعلة. يولد مصدر الطاقة قوسًا كهربائيًا يتم توجيهه عبر الشعلة إلى الغاز الذي يمر عبرها. يتأين الغاز، عادةً الهواء المضغوط أو النيتروجين أو الأرجون، ويتحول إلى بلازما عندما يصل إلى درجة الحرارة العالية للقوس.
2. تكوين النفث البلازمي:تخرج نفاثة البلازما من فوهة الشعلة بسرعة عالية، تصل عادة إلى سرعات تصل إلى 20000 قدم في الثانية. هذه النفاثة من البلازما ساخنة للغاية، حيث تتجاوز درجات حرارتها 30000 درجة فهرنهايت (16650 درجة مئوية).
3. قطع المواد:عندما يتلامس نفاثة البلازما مع قطعة العمل المعدنية، فإنها تسخن المادة بسرعة إلى نقطة انصهارها. وفي الوقت نفسه، تعمل الطاقة الحركية لنفاثة البلازما على نفخ المعدن المنصهر بعيدًا عن القطع، مما يؤدي إلى إنشاء شق ضيق.
4. تدفق الغاز:للحفاظ على عملية القطع، يتم توجيه غاز ثانوي، غالبًا ما يكون الأكسجين أو النيتروجين، عبر الشعلة إلى جانب البلازما. يساعد هذا الغاز في إزالة المعدن المنصهر من الشق ويساعد في تبريد القطع، مما يمنع تلف قطعة العمل.
5. التحكم والدقة:يتم التحكم في عملية القطع بأكملها بواسطة نظام CNC، والذي يوجه بدقة حركة الشعلة البلازمية فوق قطعة العمل وفقًا لمسارات القطع المبرمجة. يضمن التحكم CNC هذا الدقة والقدرة على التكرار في عملية القطع، مما يسمح بإنشاء أشكال معقدة وقطع دقيقة.

القطع بالبلازما مقابل القطع بالليزر: تحليل الإيجابيات والسلبيات

إيجابيات القطع بالليزر

1. دقة: تتركز طاقة شعاع الليزر على منطقة صغيرة واحدة، فتخترق المادة وتقطعها. وتنتج هذه العملية خط قطع رفيع (شق) في قطعة العمل، على عكس الشق الأوسع الناتج عن القطع بالبلازما. والقطع الرقيق الذي يتم بواسطة الليزر يجعله مفيدًا لمهام القطع المعقدة والدقيقة التي لا يمكن إنجازها بواسطة قاطع البلازما.
2. مجموعة واسعة من المواد: تتمتع قواطع الليزر بالقدرة على قطع مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك: المعدن والخشب والبلاستيك والسيراميك. من ناحية أخرى، تقتصر قواطع البلازما على قطع المواد الموصلة. 
3. سرعة: تُعد قواطع الليزر خيارًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأسرع لقطع المعادن مقارنة بقواطع البلازما، مما يجعلها خيارًا أفضل للبيئة.

سلبيات القطع بالليزر

1. المواد العاكسة: بالمقارنة مع القطع بالبلازما، فإن القطع بالليزر لا يعمل بشكل جيد على الأسطح العاكسة للغاية مثل المعدن. 
2. سمك المادة: بشكل عام، لا تمتلك أجهزة الليزر طاقة كافية لقطع المواد التي يزيد سمكها عن 19 مم، في حين أن أجهزة القطع بالبلازما قادرة على قطع صفائح معدنية يصل سمكها إلى 38 مم. 
3. الاستثمار الرأسمالي: تعتبر تكاليف رأس المال لقاطعة الليزر أعلى بكثير من تكاليف رأس المال لقاطعة البلازما. 

إيجابيات القطع بالبلازما

1. يكلف: عادةً ما تكون تكلفة تشغيل أجهزة القطع بالليزر أعلى من تكلفة تشغيل أجهزة القطع بالبلازما.  
2. لوحات أكثر سمكا: بشكل عام، تكون قواطع البلازما قادرة على قطع ألواح أكثر سمكًا (حتى 38 مم) مقارنة بقواطع الليزر التي يمكنها قطع الألومنيوم بسمك 12.7 مم، والفولاذ المقاوم للصدأ بسمك 19 مم، والفولاذ بسمك 25.4 مم.  
3. صيانة منخفضة: تتطلب تقنيات البلازما صيانة أقل بكثير من أجهزة القطع بالليزر. 

سلبيات القطع بالبلازما

1. شق أكبر: إن حجم الشق الأكبر في القطع بالبلازما يعني أنه أقل دقة، وبالتالي فهو أكثر محدودية مقارنة بالقطع بالليزر.
2. وظائف محدودة: لا توفر عملية القطع بالبلازما وظيفة النقش كما تفعل آلات القطع بالليزر. 
3. إشعاع: تنتج قواطع البلازما، على عكس قواطع الليزر، إشعاعات. وهذا يستلزم استخدام معدات الحماية، بما في ذلك النظارات الواقية أو النظارات الطبية للعمال.
4. المواد المحدودة: يقتصر استخدام قواطع البلازما على المواد الموصلة للكهرباء. 

القطع بالليزر مقابل القطع بالبلازما: مقارنة شاملة

مبدأ التشغيل

• القطع بالليزر: يستخدم شعاع الليزر عالي الطاقة لإذابة أو حرق أو تبخير المواد على طول مسار محدد مسبقًا.
• القطع بالبلازما: يستخدم نفثًا عالي السرعة من الغاز المؤين (البلازما) لإذابة وقطع المواد المعدنية.

سرعة القطع والكفاءة

• القطع بالليزر: يوفر عمومًا سرعات قطع أعلى من القطع بالبلازما، مما يجعله مناسبًا للإنتاج السريع والتصميمات المعقدة.
• القطع بالبلازما: على الرغم من أنها أبطأ عادةً من القطع بالليزر، إلا أن القطع بالبلازما يتفوق في قطع المواد الأكثر سمكًا وغالبًا ما يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات الثقيلة.

التوافق المادي

• القطع بالليزر: مناسب لمجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن والبلاستيك والخشب والسيراميك والمركبات.
• القطع بالبلازما: يستخدم في المقام الأول لقطع المواد الموصلة مثل الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والنحاس وغيرها من السبائك.

سمك القطع

• القطع بالليزر: مفضل للمواد ذات السماكة الرقيقة إلى المتوسطة، وعادة ما يصل إلى 1 بوصة (25 مم) للصلب.
• القطع بالبلازما: يتميز بقص المواد الأكثر سمكًا، مع قدرات تتراوح من 0.1 بوصة (2.5 ملم) إلى عدة بوصات، اعتمادًا على قوة القاطع بالبلازما.

الدقة وجودة الحافة

• القطع بالليزر: يوفر دقة عالية وجودة حافة فائقة، مع الحد الأدنى من التشوهات والمناطق المتأثرة بالحرارة والنتوءات.
• القطع بالبلازما: يوفر دقة قطع جيدة، ولكن جودة الحافة قد لا تكون نظيفة مثل القطع بالليزر، مما يتطلب غالبًا عمليات تشطيب ثانوية.

اعتبارات التكلفة

• القطع بالليزر: يتطلب عمومًا معدات وتكاليف تشغيل أعلى بسبب تعقيد أنظمة الليزر ومتطلبات الصيانة.
• قطع البلازما: عادة ما يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة لقطع المواد الأكثر سمكًا وعمليات الإنتاج واسعة النطاق، مع انخفاض تكاليف المعدات الأولية وتقليل نفقات المواد الاستهلاكية.

التأثير البيئي

• القطع بالليزر: ينتج الحد الأدنى من الدخان والأبخرة والضوضاء أثناء التشغيل، مما يجعله صديقًا للبيئة.
• القطع بالبلازما: يولد المزيد من الدخان والأبخرة والضوضاء مقارنة بالقطع بالليزر، مما يتطلب تهوية مناسبة وتدابير السلامة.

خاتمة

تناولت هذه المقالة الاختلاف بين القطع بالليزر والقطع بالبلازما، موضحة وظائفهما وتطبيقاتهما في التصنيع. لمزيد من المعلومات حول تقنيات القطع بالليزر والقطع بالبلازما، لا تتردد في التواصل مع Krrass Machinery.

تقدم شركة Krrass Machinery مجموعة واسعة من حلول التصنيع، بما في ذلك قطع الألواح وخدمات القيمة المضافة المتنوعة المصممة لتلبية متطلبات النماذج الأولية والإنتاج. قم باستكشاف موقعنا الإلكتروني للحصول على معلومات إضافية أو لطلب عرض أسعار مجاني بدون التزام.