القطع بالليزر الليفي مقابل القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون: المزايا والعيوب

1. قارن من حيث بنية معدات الليزر

في تقنية القطع بالليزر باستخدام ثاني أكسيد الكربون (CO2)، يُستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون كوسيط لتوليد شعاع الليزر. أما في ليزر الألياف، فيتم نقل الشعاع عبر ثنائيات ضوئية وكابلات ألياف بصرية. يقوم نظام ليزر الألياف بتوليد شعاع الليزر من خلال مضخات ثنائية متعددة، ثم ينقله إلى رأس القطع بالليزر عبر كابل ألياف بصرية مرن، بدلاً من نقله عبر مرآة.

تتميز هذه التقنية بالعديد من المزايا، أولها صغر حجم منصة القطع. فعلى عكس تقنية الليزر الغازي، حيث يجب وضع العاكس ضمن مسافة محددة، لا توجد قيود على المدى. علاوة على ذلك، يمكن تركيب ليزر الألياف بجوار رأس القطع بالبلازما في منصة القطع بالبلازما، وهو خيار غير متاح في تقنية القطع بليزر ثاني أكسيد الكربون. وبالمثل، عند مقارنته بنظام القطع الغازي ذي القدرة نفسها، يتميز نظام ليزر الألياف بصغر حجمه نظرًا لمرونة الألياف.

2. قارن كفاءة تحويل الإلكترونيات الضوئية

تُعدّ كفاءة استهلاك الطاقة الميزة الأهم والأكثر جدوى لتقنية قطع الألياف. فبفضل وحدة الليزر الليفي الرقمية المتكاملة ذات الحالة الصلبة والتصميم الأحادي، يتميز نظام قطع الليزر الليفي بكفاءة تحويل كهروضوئي أعلى من نظام قطع الليزر بثاني أكسيد الكربون. في حين أن معدل الاستخدام الفعلي لكل وحدة تغذية طاقة في نظام قطع الليزر بثاني أكسيد الكربون يتراوح بين 8% و10%، فإن أنظمة قطع الليزر الليفي توفر كفاءة طاقة أعلى، تتراوح بين 25% و30%. بمعنى آخر، يقل استهلاك الطاقة الإجمالي لنظام قطع الألياف بمقدار 3 إلى 5 مرات عن نظام قطع الليزر بثاني أكسيد الكربون، مما يرفع كفاءة الطاقة إلى أكثر من 86%.

3. التباين الناتج عن تأثير القطع

يتميز ليزر الألياف بطول موجي قصير، مما يُحسّن امتصاص المادة المراد قطعها بواسطة الشعاع، ويُمكّن من قطع مواد مثل النحاس الأصفر والنحاس الأحمر، بالإضافة إلى المواد غير الموصلة. ينتج عن الشعاع الأكثر تركيزًا بؤرة أصغر وعمق بؤرة أكبر، مما يسمح لليزر الألياف بقطع المواد الرقيقة بسرعة وقطع المواد متوسطة السماكة بكفاءة أعلى. عند قطع مواد يصل سمكها إلى 6 مم، تُعادل سرعة القطع في نظام ليزر الألياف بقدرة 1.5 كيلوواط سرعة القطع في نظام ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة 3 كيلوواط. لذلك، فإن تكلفة تشغيل القطع بالألياف أقل من تكلفة نظام القطع التقليدي بليزر ثاني أكسيد الكربون.

4. قارن من حيث تكلفة الصيانة

من حيث صيانة الآلات، يُعدّ القطع بالليزر الليفي أكثر ملاءمةً للبيئة وأكثر سهولةً. يحتاج نظام ليزر ثاني أكسيد الكربون إلى صيانة دورية، كالصيانة والمعايرة للعكس، وصيانة تجويف الرنين. في المقابل، لا يتطلب حل القطع بالليزر الليفي أي صيانة تقريبًا. يعتمد نظام القطع بليزر ثاني أكسيد الكربون على غاز ثاني أكسيد الكربون كغاز ليزر. ونظرًا لنقاء هذا الغاز، يتلوث تجويف الرنين ويحتاج إلى تنظيف دوري. بالنسبة لنظام ليزر ثاني أكسيد الكربون متعدد الكيلوواط، تصل تكلفة هذا العنصر إلى 20,000 دولار أمريكي على الأقل سنويًا. إضافةً إلى ذلك، تتطلب العديد من عمليات القطع بليزر ثاني أكسيد الكربون توربينات محورية عالية السرعة لتوفير غاز الليزر، وتحتاج هذه التوربينات إلى صيانة دورية.

5. ما هي المواد التي يمكن قطعها باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر الألياف؟

المواد التي يمكن لآلات القطع بالليزر CO2 العمل معها:

الخشب، الأكريليك، الطوب، القماش، المطاط، الورق المقوى المضغوط، الجلد، الورق، القماش، قشرة الخشب، الرخام، بلاط السيراميك، الورق المقوى غير اللامع، الكريستال، منتجات الخيزران، الميلامين، الألومنيوم المؤكسد، المايلر، راتنج الإيبوكسي، البلاستيك، الفلين، الألياف الزجاجية، والمعادن المطلية.

المواد التي يمكن أن يعمل معها ليزر الألياف:

الفولاذ المقاوم للصدأ، الفولاذ الكربوني، الألومنيوم، النحاس، الفضة، الذهب، ألياف الكربون، التنجستن، الكربيد، السيراميك غير الموصل، البوليمرات، النيكل، المطاط، الكروم، الألياف الزجاجية، المعادن المطلية والمدهونة

بناءً على المقارنة السابقة، يعتمد اختيار قاطع الليزر الليفي أو قاطع الليزر بثاني أكسيد الكربون على التطبيق والميزانية. مع ذلك، ورغم اتساع نطاق استخدامات قاطع الليزر بثاني أكسيد الكربون، إلا أن قاطع الليزر الليفي لا يزال يتمتع بميزة أكبر من حيث توفير الطاقة والتكلفة. فالمزايا الاقتصادية التي يوفرها الليزر الليفي أعلى بكثير من تلك التي يوفرها ليزر ثاني أكسيد الكربون. وفي ظل التطورات المستقبلية، سيصبح قاطع الليزر الليفي من المعدات الأساسية.