اكتشف

كيف تعمل تقنية مساعدة الغاز مع الحماية البصرية المقدمة من ULS

تستخدم تقنية مساعدة الغاز والحماية البصرية من ULS مجموعة من المكونات لمعالجة المنتجات الثانوية الناتجة عن معالجة المواد بالليزر، وتحسين جودة المعالجة والإنتاجية، ولتقليل أعمال الصيانة. وفيما يلي أربعة تصنيفات للمكونات المستخدمة لهذا الغرض.

تقنية مساعدة الغاز اليدوية ومساعدة الغاز المتحكم فيها بالكمبيوتر

تقوم تقنية مساعدة الغاز بحقن تيار من الغازات فوق المادة التي تجري معالجتها في النقطة التي يركز عليها الليزر فوق المادة. يمكن استخدام هذا للحفاظ على السطح السفلي خاليًا من الشوائب، أو لمنع أو تعزيز بعض التفاعلات الكيميائية، وإزالة المواد المتكتلة. يمكن تزويد الغازات إما عن طريق ضاغط هواء أو خزانات غاز خارجية.

الحماية البصرية

توفر تقنية الحماية البصرية تيارًا ثابتًا من الهواء النظيف المضغوط إلى العديد من فوهات بث الليزر الموجودة داخل جهاز الليزر. يؤدي الهواء المتدفق من فوهات بث الليزر هذه إلى إحداث حاجز من ضغط الهواء الموجب حول العناصر البصرية الحساسة، مثل المرايا والعدسات. ويؤدي هذا إلى منع الغبار والمخلفات الناتجة أثناء المعالجة من تلويث الأسطح البصرية، وهو ما يحسن العمر الافتراضي للأجزاء البصرية، ويحسن أيضًا إنتاجية وجودة المعالجة.

تؤدي تقنية مساعدة الغاز المتحكم فيها بالكمبيوتر نفس وظيفة مساعدة الغاز العادية ولكنها تتحكم أيضًا بمعدل الغازات المتدفقة عبر صمام مؤازر. ويسمح هذا لمعدل حقن الغاز بأن يتغير بين ملفات التصميم أو بين كل عملية على حدة ضمن نفس ملف التصميم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمستخدم اختيار مزيد من الغازات ونسب تلك الغازات في بعض أجهزة ULS.

أجهزة ضغط الهواء من ULS

يمكن توفير الهواء المضغوط من مصادر متنوعة: مثل منتجات Shop Air، أو خزانات الهواء، أو ضواغط الهواء. وثمة العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار مصدر هواء من أجل معالجة المواد بالليزر، ألا وهي نظافة الهواء ومحتوى الزيت والرطوبة. توفر ULS حل هواء مضغوط يوفر هواءً مكيفًا لأقصى درجة لكل من مكونات الحماية البصرية ومساعدة الغاز. بالإضافة إلى ذلك، يتحكم الضاغط في معدات القص والنقش والوسم بالليزر وذلك عن طريق تزويد الهواء عند الحاجة إلى ذلك، وهو ما يؤدي إلى الحد من اهتراء غير الضروري للأجزاء، وأيضًا من تكاليف الكهرباء والضوضاء.

ملحقات مساعدة الغاز

يمكن إيصال الغازات من خلال واحد من اثنين من ملحقات مساعدة الغاز المختلفة: وهي مساعدة الغاز متحد المحور أو مساعدة الغاز الطرفية. يوجه ملحق مساعدة الغاز متحد المحور التدفق عموديًا إلى سطح المادة. هناك أنواع مختلفة لمساعدة الغاز متحد المحور لكل عدسة تركيز، والتي من شأنها المحافظة على المسافة المثلى عن المادة مع تجنب عرقلة مسار الشعاع في الوقت ذاته. أما مساعدة الغاز الطرفية الهواء فتقوم بتوجيه الهواء عبر المادة وهي قابلة للتعديل من قبل المستخدم من حيث من الوضعية والتوجيه، ليتناسب بشكل تام مع احتياجات أي مادة محددة. ويتناسب كل نوع من التدفق مع مجموعة متنوعة من استخدامات معالجة المواد.

رسم منظوري للناقلة بدون ملحق مساعدة الغاز (يسار)، ومساعدة الغاز متحد المحور (وسط)، ومساعدة الغاز الطرفية (يمين)

رسم تخطيطي للناقلة بدون ملحق مساعدة الغاز (يسار)، ومساعدة الغاز متحد المحور (وسط)، ومساعدة الغاز الطرفية (يمين)

تحسين معالجة المواد بالليزر

تؤدي معالجة المواد بالليزر إلى إنتاج منتجات ثانوية مثل الغبار والمخلفات والنفايات السائلة والدخان والأبخرة على سبيل المثال لا الحصر. وتعتمد طبيعة هذه المنتجات الثانوية بدرجة كبيرة على المواد. فعلى سبيل المثال، ينتج عن معالجة الليزر للمنتجات الخشبية والورقية احتراق؛ وهو ما يؤدي إلى توليد ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء إلى جانب الدخان والرماد. أما عملية الوسم على الألمونيوم المطلي بأكسيد الألمونيوم فلا ينتج عنها تقريبًا أي منتج ثانوي - حيث يؤدي الليزر إلى تحلل القوالب العضوية داخل طبقة الطلاء بأكسيد الألومنيوم. أما الوسم بالليزر على الحديد ومركبات الحديد فينتج عنه أكاسيد معدنية قد تكون مفيدة في استخدامات الوسم عالية الدقة، لكنها غير مرغوبة عند القيام بأعمال القص.

تعمل مساعدة الغاز ومساعدة الغاز التي يتم التحكم فيها من خلال الكمبيوتر بحقن غازات مثل النيتروجين، أو الهليوم أو الأرجون، أو الهواء عند نقطة المعالجة للمساعدة في التغلب على هذه المنتجات الثانوية. ويمكن تحسين نوعية المواد الناتجة التي تمت معالجتها تحسينًا كبيرًا من خلال ثلاث آليات مختلفة؛ وهي الإزالة الميكانيكية للمنتجات الثانوية، والتوصيل الحراري للحرارة، وعن طريق تعزيز أو تثبيط التفاعلات الكيميائية.

الإزالة الميكانيكية للمنتجات الثانوية

بصرف النظر عن نوع الغاز المستخدم، يساعد التدفق القوي الذي يتم حقنه في نقطة المعالجة على إزالة تراكم المنتج الثانوي فوق المادة وحولها. في المواد التي تذوب عند تعريضها لطاقة ليزر، قد تكون هذه العملية مفيدة عن طريق إخراج التجمع المنصهر، مما ينتج عنه قص بالليزر ووسم بالليزر أكثر نظافة واتساقًا. وقد تؤدي المواد التي تنتج غازات إلى منع إيصال طاقة الليزر أو تغيير الكيمياء المتموضعة. ويمكن تحسين مستوى المعالجة عن طريق نفخ هذه الغازات بعيدًا. وبعض المواد يتحول سريعًا إلى الحالة الصلب وهو ما قد يعوق عملية معالجة المادة بالليزر بحجب مسار شعاع الليزر إلى سطح المادة. في هذه الحالات لا بد من إزالة المادة لمنعها من إعادة العملية.

تتيح ملحقات مساعدة الغاز متحد المحور ومساعدة الغاز الطرفية للمستخدم التحكم في الطريقة التي يتم بها إخراج المادة من السطح. تقوم مساعدة الغاز متحد المحور بدفع الهواء مقابل المادة وتساعد في إزالة المنتجات الثانوية لمعالجة المادة بالليزر من عمليات القص والحفر والوسم. تعتبر مساعدة الغاز الطرفية ملحقًا قابلاً للتعديل يمكنه توجيه الهواء على طول سطح المادة بزوايا سقوط متنوعة. وهي مفيدة بشكل خاص في استخدامات الوسم بخطوط التسطير النقطية حيث يجب أن يكون كل سطر خاليًا من الملوثات للحصول على معالجة مثالية، كما يسهل إزالة ملحقات مساعدة الغاز المتحد المحور ومساعدة الغاز الطرفية وإعادة تركيبها بدون أدوات، مما يزيد من مرونة المعالجة.

توجه مساعدة الغاز متحد المحور (يسار) المنتجات الثانوية لمعالجة المواد بالليزر من خلال القص وتعزز أداء القص عن طريق تبريد المادة وزيادة توافر الأكسجين في حالة المساعدة باستخدام الهواء. توجه مساعدة الغاز الطرفية (يمين) المنتجات الثانوية لمعالجة المواد بالليزر بعيدًا عن المادة باتجاه العادم.

التوصيل الحراري للحرارة

بالإضافة إلى إزالة المنتجات الثانوية ميكانيكيًا من المادة، تساعد مساعدة الغاز على تبديد الحرارة المتولدة نتيجة معالجة المواد بالليزر. وهذا مفيد للمواد الحساسة لدرجات الحرارة المرتفعة أو المواد التي من المرجح أن تطور منطقة متضررة بالحرارة.

مراقبة البيئة الكيميائية

تعمل الغازات المحقونة في نقطة المعالجة على تهجير الهواء المحيط، والذي يحتوي على مزيج من النيتروجين والأكسجين وكميات ضئيلة من غازات أخرى. وقد تفاعل هذه الغازات كيميائيًا مع المادة أثناء المعالجة بالليزر. تعتمد كيمياء هذه التفاعلات اعتمادًا كبيرًا على المواد ويمكن أن تكون معقدة للغاية. يمكن أن تتسبب بنية الغاز غير الصحيحة في مجموعة من عيوب المعالجة مثل فرط الكربنة والأكسدة وسوء التلون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تقلل من كفاءة المعالجة وتؤثر أيضًا على السلامة التشغيلية للمعدات.

لحسن الحظ، لا زال من الممكن تحقيق معالجة مثالية للمواد بالليزر عن طريق استبدال الهواء (النتيروجين والأكسجين) بمزيج غاز مختلف، وذلك باستخدام مساعدة الغاز متحد المحور أو باستخدام مساعدة الغاز الطرفية. يسمح الملحقان بالتحكم الدقيق في البيئة الكيميائية الموضعية.

تميل المواد العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض مثل البولي إثيلين والبولي بروبيلين، بالإضافة إلى المواد الطبيعية مثل الورق والخشب إلى إحداث لهب في واجهة الليزر/المادة. وينجم هذا اللهب عن الحرارة الشديدة لعملية الليزر التي تتفاعل مع المادة والأكسجين في الهواء. تؤثر نتائج هذه النيران سلبًا على الأجزاء الناتجة ويمكن أن تضر بالسلامة التشغيلية. يمكن استخدام مساعدة الغاز لإزاحة الهواء المحيط باستخدام غاز خامل مثل النيتروجين أو الأرجون أو الهليوم، مما يقلل بشكل كبير من تركيز الأكسجين، والذي يقوم بدوره بإخماد تفاعل الاحتراق ويزيل أي لهب محتمل.

تخفيض التكاليف التشغيلية

ويمكن أن يكون التحسن في الإنتاجية من استخدام غازات المعالجة كبيرًا، وفي بعض الحالات لا يمكن معالجة المواد بدونها. وليس مستبعدًا أن تحقق ضعف أو حتى ثلاثة أضعاف إنتاجية المعالجة عندما تستخدم غازات المعالجة. وهذا من شأنه تقليل وقت دورة العمل وجميع الموارد المرتبطة بإنتاج الأجزاء.

وقد تكون معالجة الغازات، وخاصة الأصناف الغريبة، مكلفة للغاية. كما تقلل تكنولوجيا مساعدة الغاز التي يتم التحكم بها عن طريق الكمبيوتر والمقدمة من شركة ULS من التبديد وذلك عن طريق توجيه الغازات موضعيًا إلى نقطة المعالجة. كما أن الصمامات المخصصة تتحكم تلقائيًا في معدل إيصال الغاز للحد أكثر من التبديد. وتقوم نفس هذه الصمامات بإيقاف تدفق الغاز عندما لا تكون هناك حاجة له، كما هو الحال عندما يكون جهاز الليزر في وضع السكون أو عندما لا تتطلب عملية معينة استخدامه. وتقلل جميع هذه المميزات من تكاليف التشغيل الناجمة عن استخدام مساعدة الغاز.

زيادة سلامة الجهاز

هناك بعض المواد التي قد تسبب مخاوف تتعلق بالسلامة عند استخدامها بدون مساعدة الغاز. ويمكن للغازات إزالة المخلفات القابلة للاشتعال من نقطة المعالجة، وإطفاء النيران التي قد تنشأ من المادة، ومنع الاحتراق ذاتي الدعم. وتقلل جميع هذه الآليات من خطر نشوب حريق في المادة أثناء المعالجة، مما يحسن من سلامة الجهاز والمنشأة والمستخدم.

يؤدي قص الأكريليك بدون مساعدة الغاز إلى اشتعال منتجات الأكريليت الثانوية مما يؤدى إلى جودة معالجة ضعيفة بالإضافة إلى خطر فائق على السلامة (يسار). ويؤدي قطع الأكليريك بمساعدة الغاز إلى إنشاء حواف مصقولة باللهب مع القضاء على الاحتراق غير المنضبط لمنتجات الأكريليت الثانوية الأمر الذي يزيد من سلامة وأمان العمليات (يمين).

تقليل أعمال الصيانة

تقلل حماية البصريات من تلوث العناصر البصرية الهامة. تؤدي كل من عمليات التنظيف الميكانيكية والكيميائية إلى تلف الطلاء أو يمكنها خدش الأسطح على الأجزاء البصرية المخصصة، مما يزيد من احتمالية امتصاص طاقة الليزر التي تسبب المزيد من الضرر. يتم تقليص هذا التأثير المتدرج والمتراكم بسهولة عن طريق حماية البصريات - وهو ما يؤدي إلى إطالة العمر الافتراضي للعناصر البصرية المكلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن البصريات الملوثة سوف تقلل من مقدار الطاقة التي يتم إيصالها إلى المادة وربما تقلل من إنتاجية جهاز الليزر في بعض الاستخدامات. تتجنب حماية البصريات هذه المسألة وتسمح لجهاز الليزر بالعمل بالقوة المثلى، حتى في البيئات الأكثر تلوثًا.