ما هي المعالجة بالليزر لألواح الأكريليك

عندما يتعلق الأمر بقطع ألواح الأكريليك، يعتبر ليزر ثاني أكسيد الكربون بشكل عام حلاً قويًا وفعالاً من حيث التكلفة-، بشرط استخدامه في التطبيقات المناسبة. بالنسبة للمهام التي تتضمن أجزاء صغيرة ومعقدة تتطلب زوايا داخلية نظيفة وحادة، أو للأجزاء من أي حجم تقريبًا والتي تتطلب تفاوتات قطع أكثر من 0.005 بوصة لكل قدم، غالبًا ما يكون الليزر هو أفضل أداة لهذه المهمة. أحد الأسباب الرئيسية لذلك هو أن القطع بالليزر ينتج شقًا ضيقًا جدًا، يتراوح عادة بين 0.010 و0.020 بوصة. علاوة على ذلك، فهو يوفر مرونة هائلة فيما يتعلق بالشكل والحجم، وربما الأهم من ذلك، أنه يترك حافة مصقولة وخالية من الغبار-. وبسبب هذه العوامل، فهو الخيار الأول للعديد من{10}التطبيقات عالية الجودة.

Equipment Overview

بشكل أساسي، يعمل ليزر ثاني أكسيد الكربون عن طريق إصدار شعاع من الضوء المتوازي. هذا الضوء له طول موجي محدد يبلغ 10.6 ميكرون. ومن الجدير بالذكر أن هذا الطول الموجي يتم امتصاصه جيدًا بواسطة المواد غير المعدنية-. عندما يتم تركيز شعاع الضوء، أو الطاقة، من خلال عدسة وصولاً إلى نقطة صغيرة جدًا، فإنه يبخر المادة التي تقع في طريقه.

فيما يتعلق بتكوين الماكينة، يمكن إبقاء شعاع الليزر المركز ثابتًا فوق جدول تحديد المواقع X-Y. وبدلاً من ذلك، يمكن وضعه على سطح ثابت باستخدام ما يعرف في الصناعة بتكوين "الرأس الطائر". لشرح إعداد الرأس الطائر ببساطة: يتحرك شعاع الليزر نفسه فوق قطعة العمل على طول محور واحد أو محورين من خلال نظام من المرايا ومعدات تحديد المواقع الميكانيكية. إن وحدات التحكم وأجهزة الكمبيوتر والبرامج المستخدمة لإدارة موضع كل من الليزر والعمل تشبه إلى حد كبير الأجهزة والبرامج الموجودة في معدات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الأخرى. وبالتالي، فإن تصميم وتشغيل آلة القطع بالليزر ليس أكثر صعوبة من العمل مع أي آلة CNC قياسية أخرى.

عندما تقوم بالإعداد لقطع الأكريليك بالليزر، هناك ثلاثة متغيرات أساسية يجب أن تهتم بها. سيؤثر كل من هذه العوامل على جودة القطع ومستويات الضغط الناتجة في المادة. هذه المتغيرات هي:

قوة الليزر.
معدل التغذية.
معدل النبض.

يمكن ضبط كل هذه الإعدادات لتلائم أنواعًا مختلفة من المواد، وسمكًا مختلفًا، واللمسة النهائية المرغوبة للحافة. لقطع ألواح الأكريليك، يمكن استخدام وحدة ليزر صغيرة بقدرة 40 واط لسمك يصل إلى ¼ بوصة تقريبًا. ومع ذلك، إذا كنت ترغب في تحقيق جودة حافة جيدة باستخدام ليزر أصغر مثل هذا، فيجب عليك بشكل أساسي إبطاء معدل التغذية إلى حوالي 20 بوصة في الدقيقة.

من ناحية أخرى، بالنسبة للصفائح السميكة أو إذا كنت بحاجة إلى معدلات تغذية أسرع، يلزم وجود نظام ليزر أكبر. على سبيل المثال، يوفر الليزر بقدرة 180 واط قطعًا سريعًا واقتصاديًا لمعظم سماكات صفائح الأكريليك بينما يعمل بطاقة تبلغ حوالي 75% فقط. الآلات ذات القوة الكهربائية الأعلى، في حدود 500 إلى 1000 واط، تسمح بمعدلات تغذية أعلى بكثير وتسمح أيضًا باستخدام رؤوس القطع المتعددة في وقت واحد.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

من الملاحظ بشكل عام أن زيادة قوة الليزر بمعدل تغذية محدد سيؤدي إلى لمسة نهائية لامعة. ومع ذلك، فإن الجانب السلبي هو أن هذا يزيد أيضًا من مستوى الضغط داخل حافة الورقة. على العكس من ذلك، فإن استخدام معدل تغذية أسرع مع معدل نبض أكثر سرعة سيؤدي عادةً إلى إنتاج حافة ذات ضغط أقل، على الرغم من أن السطح سيكون أقل لمعانًا.

فيما يتعلق بمعدل النبض (الذي يتم قياسه بالنبضات في الثانية، أو pps)، فهذا هو ببساطة المعدل الذي "ينطلق" به الليزر. من المهم أن نفهم أن شعاع الليزر هو في الواقع سلسلة من الدفقات الصغيرة، أو النبضات، وليس تيارًا واحدًا مستمرًا. يمكنك التحكم في معدل النبض بطريقتين رئيسيتين: بما يتناسب مع الوقت، أو بما يتناسب مع المسافة المقطوعة.

في حين أن طريقة جعل معدل النبض متناسبا مع الوقت هي أكثر شيوعا وأسهل في البرمجة في البداية، إلا أن هذه الطريقة غالبا ما تؤدي إلى احتراق الزوايا الداخلية. والسبب في ذلك هو أن وحدة التحكم X-Y تستغرق بطبيعة الحال وقتًا أطول للتنقل في الزاوية مقارنةً بالسفر في خط مستقيم. ونتيجة لذلك، فإن الزوايا-وخاصة الزوايا الداخلية-تميل إلى امتصاص الكثير من الطاقة، مما يؤدي إلى ذوبانها وتعرضها للضغط الزائد-. وهذه نقطة مهمة يجب أخذها في الاعتبار عند قطع المواد الحساسة-مثل الأكريليك والبولي كربونات. الزوايا الداخلية عادة ما تكون مناطق ضعيفة تتحمل أحمالًا عالية. ولذلك، ينبغي بذل كل ما هو ممكن لتقليل الضغط أو الشقوق في هذه المناطق.

إن جعل معدل النبض متناسبًا مع المسافة المقطوعة يزيل جزءًا كبيرًا من هذه المشكلة. نظرًا لأن وحدة التحكم تعمل تلقائيًا على إبطاء معدل التغذية عند الزوايا، فإن معدل النبض يتباطأ أيضًا. وهذا يضمن أن تظل كمية الطاقة المنبعثة عند أي نقطة على طول القطع ثابتة.

لا يهم مدى تعقيد وحدة التحكم الخاصة بك أو مدى سرعة معدل التغذية لديك؛ يعد إجهاد الحافة أمرًا يجب دائمًا أخذه في الاعتبار في بعض التطبيقات. عندما يتم تسخين لوح من الأكريليك أو البولي كربونات، فإن احتمال حدوث الإجهاد الحراري موجود. تكون هذه المشكلة أكثر أهمية عندما يتم تسخين جزء فقط من الورقة، وهو ما يحدث بالضبط أثناء القطع بالليزر.

الواجهة بين الجسم غير المسخن للورقة والحافة التي يتم تسخينها سريعًا والتي يتم تبريدها بسرعة تكون عرضة جدًا للتلف. يمكن أن تمتد هذه المناطق شديدة الضغط إلى ما يقرب من 0.010 إلى 0.050 بوصة داخل الورقة، اعتمادًا على السُمك. تكون هذه المناطق معرضة جدًا للتجعد إذا تلامست مع مذيبات غير متوافقة أو تعرضت لضغط ميكانيكي عالي، مثل الانحناء.

يمكنك تقليل مشكلة إجهاد الحافة هذه عن طريق ضبط معدل التغذية ومعدل النبض والطاقة. يؤدي استخدام طاقة أقل ومعدل نبض أبطأ، بالإضافة إلى معدل تغذية سريع نسبيًا، إلى تقليل إجمالي كمية الطاقة أو الحرارة التي تمتصها اللوحة. وهذا بدوره يقلل من حجم الضغط والمسافة التي ينتشر فيها الضغط داخل الورقة. ومع ذلك، يجب على المرء أن يقبل أن هذه الظروف ستؤدي إلى لمسة نهائية أقل لمعانًا. في بعض الحالات المحددة، قد يكون من العملي بالفعل كشط المناطق المجهدة أو إزالتها بالكامل.

تأتي معظم أنظمة الليزر ذات الطاقة العالية-مجهزة بطاولة تثبيت تفريغ-سفلية وتدفق مساعد للغاز. يمكن أن تؤثر عدة عوامل هنا على الجودة النهائية للقطع: نوع الغاز المستخدم، ومعدل تدفق ذلك الغاز، وكفاءة طاولة التفريغ في استنفاد الأبخرة. يساعد التدفق الجيد للغاز عبر القطع، جنبًا إلى جنب مع التفريغ الفعال، على إزالة الأبخرة التي يمكن أن تلحق الضرر بقطعة العمل، أو تسبب اشتعالًا صغيرًا-وتفحمًا، أو تترك وراءها بقايا غير مرغوب فيها.

Laser Cuttable Masking

يعد أداء الإخفاء أحد الاعتبارات الرئيسية الأخرى عند اختيار لوح الأكريليك لتطبيقك المحدد. إذا لم يلتصق القناع بشكل صحيح، فقد تتعرض الأجزاء للتلف أو الخدش أثناء عملية التصنيع، وقد تتأثر كفاءة العملية نفسها سلبًا. وعلى العكس من ذلك، إذا كان من الصعب للغاية إزالة القناع، فإنه يؤدي إلى عمالة إضافية وتكاليف أعلى. يعد اختيار الإخفاء المناسب لعملية التصنيع أمرًا أساسيًا لتقليل هذه المشكلات.

تقليديًا، كان إخفاء الورق هو الاختيار القياسي للقطع بالليزر. الفائدة هنا هي أنها لن تندمج مع الأكريليك عند حواف القطع. إن التصاقه القوي والمتسق يمنع القناع من الرفع أثناء المناولة والقطع، مما يحمي سطح الأكريليك من الغازات الساخنة المسببة للتآكل الناتجة عن الليزر. ومع ذلك، أصبح قناع البولي إيثيلين القابل للقطع بالليزر- متاحًا الآن أيضًا على ألواح الأكريليك.

بالنسبة للسيناريوهات التي تتطلب أقصى قدر من الكفاءة والإنتاج، يمكن استخدام قناع خفيف من مادة البولي إيثيلين اللاصقة -المصممة خصيصًا. من السهل جدًا إزالة هذا النوع من الأقنعة من الجزء النهائي، لكنه لا يزال يوفر التصاقًا كافيًا لتحمل التعامل العادي. على الرغم من أنه نادرًا ما يكون مشكلة كبيرة، إلا أن هذا النوع من الأقنعة قد يتم رفعه في المناطق التي يتوقف فيها الليزر لفترة طويلة جدًا، وذلك بسبب تركيبته اللاصقة الأخف. يحدث هذا عادةً في بداية القطع أو أثناء عمليات قطع نصف القطر الضيقة جدًا. يمكنك بسهولة منع هذا الرفع عن طريق استخدام "الرصاص-" في بداية القطع وعن طريق تقليل معدل النبض أو الطاقة عند التنقل في المنعطفات الضيقة.

إذا كنت تريد حافة مصقولة وأصلية، فهناك قناع بولي إيثيلين غير لاصق مصمم خصيصًا-. نظرًا لأن جميع الأقنعة-المعتمدة على المواد اللاصقة تترك على الأقل بعض البقايا على حافة القطع، فقد تؤدي إلى تقليل المظهر المصقول قليلًا. لذلك، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا بأعلى جودة، يوصى باستخدام قناع غير لاصق "قابل للقطع بالليزر". على الرغم من أن إزالة هذا القناع قد تكون أصعب قليلًا من النوع اللاصق، إلا أنه يوفر حافة ذات جودة أعلى قليلاً وأكثر مقاومة لرفع الحافة. في حالة حدوث الرفع، يمكنك اتخاذ خطوات مماثلة لتلك الموضحة أعلاه.

هناك نقطة أخرى يجب مراعاتها فيما يتعلق بالإخفاء وهي التجاعيد. للحفاظ على المظهر الأصلي للورقة، يجب أن يكون الإخفاء-خصوصًا على السطح العلوي- خاليًا من التجاعيد. إذا لم يكن القناع على اتصال مباشر بالورقة عند نقطة القطع، فمن الممكن أن تنحصر الغازات الساخنة بين القناع والورقة، مما سيؤدي إلى حفر السطح. عادةً ما يكون الحفر أقل مشكلة في الجزء السفلي من الورقة نظرًا لأن معظم جداول X-Y تستخدم نظام تثبيت مفرغ-، والذي يسحب الغازات الساخنة بعيدًا بشكل فعال قبل أن تتسبب في حدوث ضرر.

تمامًا مثل أي قطعة من الآلات المتطورة، تتطلب ماكينات القطع بالليزر صيانة دورية لضمان الأداء الأمثل. من الممارسات الجيدة الاحتفاظ بسجل لإعدادات الطاقة المطلوبة لقطع سمك معين من المادة بسرعة معينة. مع مرور الوقت، من المحتمل أن تجد أن إعداد الطاقة بحاجة إلى زيادة أو تقليل سرعة القطع. يرجع هذا عادةً إلى اتساخ بصريات الليزر أو خروجها عن نطاق التركيز. وعندما يحدث هذا، سوف تتدهور جودة القطع. تعد الصيانة الدورية التي يقوم بها فني مؤهل أمرًا ضروريًا للحفاظ على كفاءة القطع وجودته.

على الرغم من أن أجهزة الليزر تعتبر بلا شك أدوات{0}عالية القوة ومتطورة، إلا أنها ليست بالضرورة أكثر خطورة من أي معدات أخرى للمتاجر، بشرط أن يتم تركيبها وتشغيلها بشكل صحيح. عادةً ما تكون نظارات السلامة القياسية كافية لحماية العين. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه ليست كل نظارات الأمان القياسية معتمة بالنسبة لطول موجة الضوء البالغ 10.6 ميكرون (أي كثافة بصرية تبلغ 5 عند 10600 نانومتر)، وهو أمر شائع في أجهزة الليزر هذه.

وفقًا لمعيار ANSI Z136.1، يجب أن يتم وضع علامة واضحة على نظارات السلامة مع كل من الطول الموجي وعامل حماية الكثافة البصرية.

علاوة على ذلك، يعد نظام العادم ضروريًا للغاية لإزالة الأبخرة الضارة المحتملة الناتجة أثناء القطع. اعتمادًا على المادة المحددة التي تتم معالجتها، قد يكون من الضروري تصفية هذه الأبخرة قبل إرسالها إلى البيئة الخارجية. كما هو الحال مع أي معدات، فإن المعرفة الصحيحة بإجراءات التشغيل والسلامة أمر إلزامي قبل استخدام نظام القطع بالليزر.

Emissions

كان هناك عدد من الأبحاث العلمية التي أجراها العديد من الباحثين الذين يحاولون تحديد الكمية الدقيقة ونوع الانبعاثات الناتجة عن قطع الأكريليك بالليزر. وعلى الرغم من كل هذه الجهود، يظل من المستحيل التنبؤ الدقيق بالمنتجات الثانوية-وتركيزاتها في الغازات المنبعثة بشكل مؤكد تمامًا.

تعتمد هذه الانبعاثات على مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك معلمات الليزر، ومعلمات المعالجة، والغازات المستخدمة، وطريقة العادم، والتركيب الكيميائي الدقيق للبوليمر الأكريليك. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم هذه الدراسات لا تأخذ في الاعتبار تأثيرات الورق الواقي أو قناع البولي إيثيلين، كما أنها لا تأخذ في الاعتبار التأثير المحتمل لأي طلاءات.

عندما يتم قطع الأكريليك بالليزر، يتم تحويل معظم المواد المتحللة مرة أخرى إلى المونومرات المكونة لها. في معظم صفائح الأكريليك، تتكون هذه المونومرات من أكثر من 90٪ ميثيل ميثاكريلات، والباقي عبارة عن ميثاكريلات. ومن الشائع أيضًا أن يستخدم العديد من الموردين إيثيل أكريلات في تركيبات الأكريليك الخاصة بهم.

(تجدر الإشارة إلى أن إيثيل أكريلات مدرج في برنامج السمية الوطني في قائمة المواد التي من المتوقع أن تكون مواد مسرطنة. وبالمثل، فإن الوكالة الدولية لأبحاث السرطان تدرج إيثيل أكريلات على أنها مادة مسرطنة محتملة).

خلال البحث العلمي المستقل الذي أجراه هيفركامب وجويد وإنجل وويتبيكر، وجدوا أنه من بين المواد البلاستيكية التي اختبروها، أدى الأكريليك في الواقع إلى أقل توليد للهباء الجوي (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

وجد باحثون آخرون، على وجه التحديد تروتون وسيمز وإلوود وتايلور، أنه بالإضافة إلى مونومر ميثيل ميثاكريلات، كانت هناك كميات صغيرة من التولوين وميثيل -2 ميثيل -3 بنتينوات والزيلين وثلاثي ميثيل البنزين والألكانات. ومن المثير للاهتمام أنهم لم يعثروا على PAHs (الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات)، وهو ما يتعارض مع النتائج السابقة التي توصل إليها بول وكوليك وتان.

يوصى بتركيب معدات تهوية مناسبة لضمان بقاء تعرض الموظفين أقل من المستويات المنظمة. علاوة على ذلك، ينبغي مراعاة اللوائح البيئية إذا كنت تستنفد الغازات بالخارج. عادةً ما يكون مصنعو معدات القطع بالليزر قادرين على تقديم إرشادات حول كيفية جمع انبعاثات الليزر والتعامل معها بشكل صحيح.