آشنایی با دستگاه های برش لیزری

دستگاه های برش لیزری، حاصل تلاش چندین شرکت و کارخانه اند که هر یک قطعاتی را برای این گونه ماشین ها یا دیگر ماشین آلات صنعتی فراهم می سازند. دقیقا به مانند اسمبل کردن یک کیس رایانه رومیزی که می توان قطعات مختلفی را تهیه کرد و بر روی جعبه ای به نام کیس بست، دستگاه های برش لیزر نیز مجموعه ای از قطعات ساخته شده توسط کارخانه های مختلف اند گه همگی بر روی جعبه اصلی دستگاه سوار می شوند.  البته روشن و مشخص است تنوع قطعات این ماشین ها به اندازه قطعات دنیای رایانه نیست.

در این نوشتار به طور مختصر درباره قطعات مختلف این گونه ماشین ها می نویسیم:

1- بدنه، جعبه یا کابین: که بقیه قطعات بر روی آن سوار می شوند و حکم کیس را در رایانه دارد. معمولا هر کارخانه ای رنگ ویژه خود را بر روی جعبه ها می زند. دستگاه هایی که به اسم تولید داخل شناخته می شوند تنها همین بدنه را تولید و رنگ می کنند و بقیه قطعات پس از واردات بر روی این دستگاه ها سوار می شوند. جعبه شامل “پایه” برای ثابت نگهه داشتن، “چرخ” برای جابه جایی، “درب” برای جلوگیری از خروج دود هنگام برش و تامین ایمنی کاربر، “لوله خروجی دود” برای نصب دودکش، و غیره است. جعبه های شرکت های مختلف اگرچه در کلیت یکسان اند اما در طراحی تفاوت هایی با همدیگر دارند.

2- درب جعبه: جهت ایمنی کاربر و جلوگیری از خروج دود هنگام برش طراحی می شود. روی درها شیشه یا پلکسی گلاس شفاف قرار می گیرد تا مشاهده میز کار مقدور باشد.

3- حسگر بسته بودن درب جعبه: اگر هنگامی که دستگاه روشن است کاربر درب جعبه را باز کند دستگاه با صدای بوق به کاربر هشدار داده، تولید نور لیزر متوقف می شود و دستگاه از حرکت می ایستد. این کار توسط حسگر ایمنی قرار داده شده در بدنه و روی محل بسته شدن در انجام می گیرد و ایمنی کاربر را تامین می کند. از آن جا که نور لیزر نامرئیی و در صورت تماس با بدن بسیار خطرناک است و سبب آسیب های جبران ناپذیر می شود، لذا وجود چنین حسگری بسیار مهم و ضروری است.

4- مادر برد: برد یا قطعه اصلی دستگاه است که واسط بینن دستگاه و رایانه به شمار می آید. وظیفه اصلی آن ارسال فرمان های حرکت به موتورهای محورهای x و y (و در برخیz ) و همچنین ارسال فرمان ایجاد نور لیزر به لامپ و تنظیم شدت آن است. یکی از اصلی ترین مواردی که هنگام خرید دستگاه باید مدنظر قرار گیرد مادربرد آن است.

5- میز کار: محل قرار گیری قطعه کار است و بر دو نوع است. میز کار blade که به میز کار شمشیری یا تیغه ای معروفند و میز کارهای honeycomb  یا لانه زنبوری. میز کارهای لانه زنبوری برای برش پارچه و چرم و نظیر آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. چرا که پارچه یا چرم بر روی میز کار شمشیری در میان شمشیرها یا تیغه ها فرو می رود و می نشیند و این مساله بر روی کیفیت برش تاثیر می گذارد. میز کارهای شمشیری برای موادی هچون ام دی اف، پلکسی گلاس، کریستال، مقوا و موارد مشابه به کار می رود. باید توجه داشت که گذاشتن موادی به طور مثال مانند ام دی اف بر روی میز لانه زنبوری و انجام عمل برش سبب ایجاد سوختگی زیر قطعات کار و دوده گرفتن میز کار می شود.

6- تیوب یا لامپ دستگاه: یکی از اصلی ترین قطعات دستگاه که وظیفه ایجاد نور لازم برای برش را دارد تیوب یا لامپ دستگاه است. یک لامپ شیشه ای دراز که از یک سر آن نور لیزر تولیدی خارج می‌گردد.

7- سیستم انتقال و کانونی سازی نور: نور تولیدی توسط تیوب لیزر از طریق سه آینه تخت و یک عدسی همگرا به محل برش می رسد. شکل زیر موقعیت آینه ها و عدسی را در دستگاه های برش لیزر نشان می دهد.

نور از طریق سه آینه که دقیقا با زاویه  45 درجه تنظیم شده اند به عدسی رسیده، از طریق عدسی بر روی محل برش کانونی می شود. آینه ها باید دقیقا با زاویه 45 درجه تنظیم شده باشند. خارج شدن از این تنظیم هر چند اندک، می تواند بازده برش را پایین آورد. تنظیم آینه ها از طریق پیچ های تنظیم سه گانه اتفاق می افتد. برای آشنایی با تنظیم آینه ها مقاله « تنظیم آینه ها در دستگاه لیزر» را بخوانید.

8- سیستم انتقال حرکت: که شامل استپ موتورها، ریل ها و تسمه هاست. فایل ارسالی از طریق کامپیوتر به وسیله مادربرد به دو معادله حرکت در راستای محورهای x  و y تبدیل می شود. این معادلات به یکدیگر وابسته اند و اصطلاحا معادلات پارامتری گفته می شوند. برایند این دو معادله پارامتری دقیقا همان فایل ارسالی توسط کامپیوتر است. وظیفه اجرایی فرمان هر یک از این معادلات پارامتری با استپ (step) موتورهاست. حرکت دورانی استپ موتورها از طریق بلبرینگ ، ریل ها و تسمه ها به نازل منتقل می شود. ترکیب این دو حرکت همان طرح برش خواسته شده است.

9- مکنده و دمنده: یکی از ملزومات همراه دستگاه های لیزر یک فن هواکش صنعتی قوی است. این فن از طریق لوله و دودکش، دود را از داخل کابین و میز کارر مکش کرده، با شدت به بیرون انتقال می دهد.

10- پمپ باد: از دیگر ملزومات دستگاه های لیزر است. زمانی که نور لیزر به سطح صفحه کار برخورد می کند تجمع انرژی و دود حاصل از برش بسیار بالا می رود. اینن کار سبب اخلال در روند برش می شود و بازدهی نور لیزر را پایین می آورد. به علاوه به دلیل مهیا بودن هر سه ضلع مثلث آتش یعنی ماده سوختنی-اکسیژن-و حرارت، هر لحظه امکان آتش گرفتن محل برش وجود دارد. افزون بر این گرد و دود ناشی از برش به سبب فاصله نزدیک تا عدسی، می توانند بر روی عدسی  بنشینند. عبور نور از این گردهای به عدسی چسبیده، عدسی را داغ کرده که می تواند منجر به شکستن عدسی شود. برای جلوگیری از آسیب های ذکر شده، یک پمپ هوا، بادی با فشار مشخص را از طریق شیلنگ های باریک به سر نازل هدایت میکند. باد خروجی نه تنها از آسیب به عدسی جلوگیری می کند. بلکه بر کیفیت مطلوب برش نیز تاثیر زیادی دارد.

11- پاور “های-ولتاژ” (ولتاژ بالا): بسته به توان تیوب لیزر دستگاه، یک پاور از طریق دو یا سه ترانس ، ولتاژ 220 ولت شهر را افزایش داده به حدود چند  کیلو ولت می رسانند. این کار برای تولید نور لیزر توسط تیوب ضروری است.

تیوب های لیزر از طریق اعمال یک اختلاف پتانسیل بالا به دو سر آن ها می توانند لیزر تولید کنند. ایجاد این اختلاف پتانسیل بالا بر عهده پاور “های ولتاژ” دستگاه است. کار اصلی پاور از طریق ترانسهای ولتاژبالا صورت می گیرد. ترانس ها، به طور ساده دو سیم پیچ با تعداد دورهای متغیر است که از طریق مفهومی فیزیکی که القای الکتریکی گفته می شود ولتاژ اولیه را به ولتاژ خروجی خاصی تبدیل می کند. به طور ساده برای مثال اگر سیم پیچ اولیه 10 دور و سیم پیچ دوم 900 دور (90 برابر سیم پیچ اول) داشته باشد و به دو سر سیم پیچ اولیه ولتاژ 220 ولت اعمال شود، در خروجی سیم پیچ دوم ولتاژ 90 برابر تقویت شده و ما ولتاژ 20000 ولت یا 20 کیلو ولت خواهیم داشت. این ولتاژ برای کار تیوب لیزر یک امر ضروری است. معمولا به سبب ولتاژ بالا در برخی اوقات در ترانس یک تخلیه ناگهانی الکتریکی یا به اصطلاح جرقه اتفاق می افتد. این جرقه، عایق بین سیم پیچ را از بین می برد و تعدادی از دورهای سیم پیچ را از مدار خارج می کند. به همین دلیل ولتاژ خروجی پاور پایین تر از ولتاژ مورد نیاز است و این امر در کارکرد تیوب اخلال ایجاد می کند. معیوب شدن ترانس به صورت کاهش توان خروجی بلافاصله پس از تیوب مشخص می شود. اگر از تنظیم آینه های خود مطمئنید یک تکه کاغذ جلوی آینه اول بگیرید و یک پالس بزنید. اگر پالس ضعیف است به احتمال زیاد ترانس دستگاه آسیب دیده است. ترانس را برای تعمیر به تعمیرکاران حرفه ای بسپارید.

نکته 1: این ولتاژ بالا بسیار خطرناک است و لذا هنگام روشن بودن دستگاه به هیچ عنوان نباید به سیم های خروجی دستگاه لیزر و دو سر تیوب نزدیک شد.

نکته2: معمولا در مسیر سیم منفی خروجی پاور های ولتاژ دستگاه لیزر یک میلی آمپرمتر قرار می دهند. جریان خروجی با بیشتر شدن توان دستگاه افزایش می یابد. توجه داشته باشید که مقدار جریان را می توان از طریق یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) که بر روی پاور است تغییر داد. اما افزایش جریان عبوری معمولا بیش از 30 میلی آمپر می تواند به تیوب دستگاه آسیب بزند.

نکته3: در پاورهای ولتاژ بالا به دلیل خطر شوک الکتریکی یک مقاومت در کنار خازن ها قرار می دهند تا پس از خاموش شدن دستگاه، خازن ها تخلیه شوند. لذا همیشه تا مدت زمانی حدود نیم ساعت پس از خاموش شدن دستگاه، به پاور و سیم های آن دست نزنید.

12- سیستم خنک کننده: یکی دیگر از ملزومات دستگاه های برش لیزر چیلر یا دستگاه خنک کننده آب است. دمای تیوب لیزر به سبب تولید پرتوی لیزر بالا می رود که از طریق گردش آب در آن دما را کاهش می دهند. آب در یک چیلر خنک شده ، از طریق شیلنگ و لوله های داخلی به یک سر تیوب وارد و پس از گردش در تیوب از سر دیگر آن خارج می شود و این یک چرخه مداوم و پیوسته است. هرگونه اخلال در این روند می تواند آسیب های جبران ناپذیری به تیوب لیزر وارد سازد. لذا شرکت های سازنده از طریق یک حسگر که بر روی چیلر نصب شده و از طریق یک سیم به دستگاه متصل می شود، این چرخه را کنترل می کنند. برای مثال اگر جلوی جریان آب گرفته شود، چیلر آژیر زده با ارسال فرمانی به مادربرد تولید پرتوی لیزر را متوقف می کند. نکته دیگری که در سیستم خنک کننده باید توجه داشت آب مصرفی در چیلر است. استفاده از آب غیر تقطیر شده می تواند سبب رسوب در چیلر و آسیب به آن شود. حتما باید از آب مقطر در چیلر استفاده کرد و تقریبا هر دو ماه یک بار آب چیلر را تعویض کرد.