تستخدم تقنية الاستئصال بالليزر الصناعية نبضات ليزر قصيرة لتبخير طبقة رقيقة، مثل الصدأ أو الطلاء أو الأكسيد أو طبقة الأنودة، بينما يبقى المعدن الموجود أسفلها سليمًا. ويُستخدم التأثير نفسه في عمليات التنظيف والتعليم بالليزر. يتراوح سعر جهاز التنظيف بالليزر النبضي من HeatSign بين 6500 و13000 دولار أمريكي، بينما يتراوح سعر جهاز التعليم بالليزر الليفي بين 1800 و8000 دولار أمريكي.
عند البحث عن "استئصال الأنسجة بالليزر"، ستجد أن نصف النتائج تتعلق بالطب، حيث يستخدم الأطباء الليزر لتدمير الأنسجة. أما في المصانع، فالكلمة تعني شيئًا أبسط: يزيل الليزر طبقة رقيقة غير مرغوب فيها، ويترك الجزء المرغوب.
في شركة هيت ساين، نبيع نوعين من أجهزة الاستئصال بالليزر: أجهزة تنظيف ليزرية نبضية محمولة باليد، وأجهزة تعليم ليزرية بالألياف. تشرح هذه الصفحة المبدأ الأساسي لكليهما، والوظائف الأربع التي يؤديانها، والإعدادات المهمة، وأي جهاز منهما يناسب احتياجاتك.
لست متأكدًا من الجهاز الذي تحتاجه؟
أخبرنا بنوع المادة وما تريد إزالته أو وضع علامة عليه. أو انتقل إلى طاولة الآلة ↓
ما هو الاستئصال بالليزر، وكيف يعمل؟
الاستئصال بالليزر هو إزالة المادة باستخدام شعاع ليزر. كل نبضة قصيرة تُركّز طاقة هائلة في بقعة صغيرة، مما يؤدي إلى تبخير الطبقة السطحية أو تفتتها إلى غبار. عند ضبط الطاقة بدقة، تُزال الطبقة السطحية وتبقى المادة الأساسية.
نافذة الاستئصال
طاقة أقل لكل وحدة مساحة (جول/سم²) أعلى
يُطلق المهندسون على حواف تلك النافذة اسم العتبات. لكل مادة عتبة تآكل: وهي الطاقة لكل وحدة مساحة التي تبدأ عندها المادة بالانفصال. الصدأ والطلاء والأكسيد لها عتبات منخفضة. أما الفولاذ والألومنيوم فلهما عتبات أعلى بكثير، وهذا الفارق هو ما يجعل التنظيف بالليزر فعالاً.
تشير براءة اختراع أمريكية لإزالة الطلاء بالليزر (رقم 4,756,765) إلى أن الطلاء يبدأ بالتآكل عند حوالي 2 جول/سم² (جول لكل سنتيمتر مربع)؛ أما عند مستويات طاقة أقل من ذلك، فإنه يتفحم. وتختلف عتبات الطاقة الفعلية باختلاف نوع الليزر والطلاء، ولذلك يُنصح بإجراء اختبار أولي.
في الطب، يُقصد بـ"الاستئصال بالليزر" تدمير الأنسجة، كما هو الحال في علاج الأوردة أو الأورام. وهذا مجالٌ منفصل. تتناول هذه الصفحة الآلات الصناعية فقط.
ما هي استخدامات الاستئصال بالليزر الصناعي، وما هي الآلة المناسبة؟
في الصناعة، تُستخدم تقنية الاستئصال بالليزر لأربع وظائف: إزالة الصدأ والطلاء، والتعليم والنقش، وإزالة طبقة طلاء واحدة بشكل انتقائي، وتشكيل الأسطح. تتطلب عمليات التنظيف جهاز تنظيف ليزري نبضي، بينما تتطلب عمليات التعليم جهاز تعليم ليزري من نوع الألياف أو MOPA.
وظيفة | ما يزيله الليزر | آلة | ابدأ بـ |
|---|---|---|---|
إزالة الصدأ والطلاء | الصدأ، قشور المطاحن، الطلاء، الطلاءات القديمة | منظف ليزر نبضي محمول باليد | 200 واط لإزالة الصدأ الخفيف والطلاء الرقيق؛ 300-500 واط للطبقات السميكة |
التنظيف قبل اللحام أو الطلاء | أكسيد، زيت، شحم | منظف ليزر نبضي محمول باليد | 200 واط |
الوسم والنقش | طبقة رقيقة من المعدن، أو طبقة مؤكسدة، أو طلاء، لترك أثر | آلة تعليم بالليزر الليفي | 20-30 واط للعلامات؛ 50-100 واط للنقش العميق |
علامات سوداء أو ملونة | السطح العلوي المؤكسد أو المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ | آلة تعليم الليزر MOPA | 30-60 واط MOPA |
إزالة الطبقة الانتقائية | طبقة نهائية فوق طبقة أساسية، طلاء مينا على سلك نحاسي | منظف نبضي على إعدادات منخفضة، أو خط مخصص | اختبر عينة أولاً |
نسيج السطح | نمط من النتوءات الصغيرة التي تجعل السطح خشنًا | علامة ليزر الألياف أو نظام مخصص | أرسل عينة |
ليزر MOPA (ليزر الألياف ذو طول النبضة القابل للتعديل) مزيدًا من التحكم في اللون والحرارة.
العلامة هي أي شيء يتركه الليزر على القطعة: نص، رقم تسلسلي، رمز شريطي، رمز الاستجابة السريعة، أو رمز مصفوفة البيانات. يُعدّ الوسم نوعًا من الاستئصال أيضًا؛ إذ يتوقف الليزر على عمق بضعة ميكرونات. ويُغطى الوسم عبر الطلاء بنقش الليزر على المعدن المطلي.
أي جهاز استئصال بالليزر يناسب عملك؟
الصدأ والأكسدة والطلاء الرقيق: جهاز تنظيف ليزري نبضي 200 واط.لإزالة الصدأ الخفيف والأكسدة قبل اللحام والطلاء الرقيق. حوالي 6500 دولار أمريكي (سعر المصنع).انظر جهاز التنظيف 200 واط → 
الطلاء والطلاء المسحوقي وأعمال إزالة الصدأ اليومية: 300 واط (5 ملي جول).طبقات أكثر سمكًا بعدد أقل من التمريرات. حوالي 7500 دولار أمريكي (سعر المصنع).انظر جهاز التنظيف 300 واط → 
العلامات والنقش على المعادن: آلة تعليم ليزرية مكتبية بالألياف.نصوص، شعارات، أرقام تسلسلية، ورموز QR؛ شرائط أنودة وطلاء. ابتداءً من حوالي 1800 دولار أمريكي.انظر الليزر الليفي المكتبي → MOPA2-350 نانو ثانيةعلامات سوداء وملونة: جهاز نقش ليزري MOPA.علامات سوداء على الألومنيوم المؤكسد، وعلامات ملونة على الفولاذ المقاوم للصدأ. حوالي 2500-6500 دولار أمريكي.انظر جهاز النقش MOPA →بالنسبة للطلاءات السميكة على مساحات أكبر، تبلغ تكلفة جهاز التنظيف HeatSign بقوة 500 واط (15 مللي جول) حوالي 13000 دولار. قارن بين جميع آلات التنظيف بالليزر النبضي أو آلات الوسم بالليزر الليفي في صفحة واحدة.
ما هي الإعدادات التي تتحكم في عملية الاستئصال بالليزر؟
تُعدّ طاقة النبضة وحجم البقعة من أهم العوامل، لأنهما معًا يُحددان كثافة الطاقة: أي الطاقة لكل وحدة مساحة التي تصطدم بالسطح. ويُحدد عرض النبضة ومعدل النبض وسرعة المسح وعدد مرات المرور مدى انتظام إزالة الطبقة وكمية الحرارة المتبقية في القطعة.
جلسة | ما الذي يتحكم فيه | ارفع الصوت و.. |
|---|---|---|
طاقة النبضة (مللي جول) | كمية الطاقة التي تحملها كل نبضة | تزول الطبقات السميكة بعدد أقل من التمريرات؛ أما الطبقات السميكة جدًا فتترك علامات على الطبقة الأساسية |
حجم البقعة | المنطقة التي تصيبها كل نبضة | تؤدي البقعة الأصغر إلى زيادة التدفق ولكن إلى مسار أضيق |
الطاقة (جول/سم²) | طاقة النبضة مقسومة على مساحة البقعة | يجب أن يوضع داخل النافذة |
عرض النبضة (نانو ثانية) | مدة كل نبضة | النبضات الأقصر تترك حرارة أقل في الجزء |
معدل النبض (كيلوهرتز) وسرعة المسح | مدى تداخل البقع | زيادة التداخل تنظف بشكل أكثر اكتمالاً ولكنها تعمل بشكل أبطأ وأكثر سخونة |
عدد مرات المرور | إلى أي مدى تصل؟ | كل تمريرة تقطع مسافة أكبر قليلاً |
الطول الموجي | ما هي المواد التي تمتص الشعاع؟ | تُناسب أشعة الليزر الليفية (1064 نانومتر) المعادن؛ بينما تحتاج العديد من أنواع البلاستيك إلى الأشعة فوق البنفسجية |
الطلاقة، تم العمل عليها
نبضة طاقة مقدارها 1 ملي جول على بقعة مساحتها 0.1 مم² (0.001 سم²) تعطي طاقة مقدارها 1 ملي جول ÷ 0.001 سم² = 1 جول/سم². بتقسيم مساحة البقعة إلى النصف، تعطي النبضة نفسها طاقة مقدارها 2 جول/سم².
لهذا السبب تُعدّ مسافة التركيز مهمة. فإذا أبعدت مسدس التنظيف كثيراً، ستكبر البقعة، وتقلّ كثافة الطاقة، ويتوقف الطلاء عن الإزالة.
الواط ليس هو التدفق الضوئي. الواط يُشير إلى الطاقة في الثانية الواحدة، وليس في النبضة الواحدة. يُباع نفس مصدر التنظيف بقدرة 300 واط بنبضات 2 أو 5 أو 15 ملي جول، ويستخدم جهاز التنظيف القياسي من HeatSign بقدرة 300 واط نسخة 5 ملي جول.
زيادة الطاقة في كل نبضة تُبقي بقعة أكبر فوق العتبة، مما يُتيح لكل مسح تنظيف مسار أوسع. دليل أسعار آلات التنظيف بالليزر كيفية قراءة ذلك في عرض الأسعار.
ما هو الاستئصال "البارد"، وهل تحتاج إلى ليزر فائق السرعة؟
تستخدم تقنية الاستئصال "البارد" نبضات قصيرة جدًا، بيكو ثانية أو فيمتوثانية، بحيث تُزال الطبقة قبل أن ينتشر الحر إلى الجزء المراد إزالته. وتُنتج هذه التقنية حوافًا أنظف. أما لإزالة الصدأ والطلاء والأكاسيد ووضع العلامات، فإن ليزرات الألياف النانوثانية كافية وتُكلّف أقل بكثير.
نبضات نانوثانية
منظفات علامات الحرارة وأقلام تحديد الألياف
- طول النبضة
- أجزاء من المليار من الثانية (2-350 نانوثانية على MOPA)
- حرارة
- بعض الانصهار عند الحافة ومنطقة صغيرة متأثرة بالحرارة (الشريط الذي غيّرت فيه الحرارة المعدن)
- جيد لـ
- الصدأ، والطلاء، والأكسيد، والتحديد، والنقش
- يكلف
- المعيار الصناعي
نبضات فائقة السرعة
ليزر البيكو ثانية والفيمتو ثانية
- طول النبضة
- أجزاء من تريليون من الثانية أو أقل
- حرارة
- قليل جدًا؛ الطاقة تغادر مع المادة
- جيد لـ
- أغشية رقيقة، أجهزة طبية، ثقوب دقيقة، زجاج
- يكلف
- أعلى بكثير، وأبطأ في المناطق الكبيرة
توضح مجلة "ليزر فوكس وورلد" الأمر ببساطة: النبضات التي تزيد مدتها عن 35 بيكو ثانية "تتناثر منها المواد المنصهرة حول المنطقة المُستأصلة"، بينما تعمل نبضات الفيمتو ثانية على إبعاد المواد "مع القليل من الحرارة المتبقية التي قد تُلحق الضرر بالمنطقة المجاورة". وتشير المقالة نفسها إلى أن الليزر فائق السرعة "قد يكون أبطأ من التقنيات الأخرى"
لا تبيع شركة HeatSign أنظمة فائقة السرعة. إذا كان الجزء الخاص بك يحتاج فعلاً إلى واحد، فسنخبرك بذلك.
هل يمكن للاستئصال بالليزر إزالة طبقة واحدة مع الإبقاء على الطبقة التالية؟
نعم، وهذه هي ميزتها الرئيسية على السفع الرملي. كل نبضة تزيل شريحة رقيقة، لذا يمكنك التوقف عند طبقة مختارة: طبقة نهائية فوق طبقة أساس، أو أكسيد فوق الألومنيوم، أو مينا فوق سلك نحاسي، أو أنودة مصبوغة فوق الألومنيوم الخام.
الطبقة النهائية، احتفظ بالطبقة التمهيدية
عند إعادة طلاء السيارة، قم بإزالة الطلاء القديم وتوقف عند طبقة أساس سليمة. دليل إزالة الطلاء بالليزر أنواع الطلاء التي تسمح بذلك.
أكسيد قبل اللحام
في دراسة أجريت على الألومنيوم 5083، أدى التنظيف بالليزر إلى خفض نسبة الأكسجين السطحي بنحو 75% عند أفضل إعداداته، كما انخفضت مسامات اللحام تبعًا لذلك (مجلة البصريات وتكنولوجيا الليزر). للمزيد، راجع قسم " ما هو التنظيف بالليزر".
طلاء المينا على سلك المحرك الكهربائي
تستخدم محركات السيارات الكهربائية أسلاكًا نحاسية مسطحة على شكل دبابيس شعر، يجب إزالة طبقة العزل عنها قبل اللحام؛ إذ تتسبب بقايا الطلاء في ظهور مسامات في اللحام. قارنت دراسة جامعية سبعة أنظمة ليزر نبضي، ووجدت أن استخدام ليزرين معًا يُنتج أقل قدر من بقايا الكربون (هندسة الإنتاج). هذه خطوط إنتاج متخصصة، وليست أعمالًا يدوية.
عملية الأنودة على الألومنيوم
يزيل جهاز الوسم بالليزر الليفي الطبقة الرقيقة المصبوغة، فتظهر العلامة على شكل ألومنيوم فاتح اللون. أما جهاز MOPA فيمكنه جعلها سوداء بدلاً من ذلك.
ما مدى سرعة الاستئصال بالليزر، وأين تكمن عيوبه؟
بالنسبة لمنظف نبضي بقدرة 200 واط، يقدر مهندسو مبيعات شركة HeatSign أنه يُنظف حوالي مترين مربعين في الساعة من الصدأ المتوسط، بسماكة 50 ميكرومتر تقريبًا (نصف سماكة ورقة المكتب). أما المنظف بقدرة 300 واط فيُنظف حوالي 1.3 ضعف هذه الكمية، والمنظف بقدرة 500 واط يُنظف حوالي ضعفها. وتُعدّ الهياكل الكبيرة والأسطح المخفية والمعادن اللامعة من أكثر المناطق التي يُواجه فيها التنظيف بالاستئصال صعوبة.
هذه تقديرات مبنية على عروض الأسعار التي نقدمها، وليست نتائج مختبرية. دليل إزالة الصدأ بالليزر السرعات حسب درجة الصدأ.
حيث يعجز الاستئصال بالليزر
- المساحات الكبيرة. بالنسبة لهيكل السفينة أو الجسر، يعتبر السفع الرملي أسرع وأرخص.
- خط الرؤية. يسير الشعاع بشكل مستقيم. تبقى الأسطح الداخلية للأنابيب والفتحات العمياء والجزء الخلفي من الحواف متسخة.
- المعادن اللامعة. يعكس النحاس والنحاس الأصفر والألومنيوم المصقول جزءًا كبيرًا من الشعاع، لذا يلزم ضبط الإعدادات على عينة.
- السلامة. تُصنّف أجهزة التنظيف والتحديد الصناعية ضمن فئة الليزر الرابعة: نظارات واقية مصممة خصيصاً لطول الموجة، ومنطقة مراقبة، ونظام شفط للأبخرة. يتطلب التعامل مع الطلاء القديم المحتوي على الرصاص أو الكرومات قواعد إضافية.
تُحقق عملية الاستئصال نتائج فعّالة في المناطق الصغيرة ذات القيمة العالية. اشترت شركة فحص خطوط الأنابيب في المملكة العربية السعودية جهاز تنظيف HeatSign بقوة 200 واط ليحل محل فرش الأسلاك التقليدية قبل فحص الأنابيب. تُقاس هذه العملية بعدد اللحامات والبقع، وليس بالمتر المربع.
كم تبلغ تكلفة جهاز استئصال الأنسجة بالليزر؟
تتراوح تكلفة جهاز التنظيف بالليزر النبضي من HeatSign بين 6500 دولار (200 واط)، و7500 دولار (300 واط)، و13000 دولار (500 واط) شاملةً تكاليف المصنع. أما آلة الوسم بالليزر الليفي فتتراوح تكلفتها بين 1800 و8000 دولار، بينما تتراوح تكلفة جهاز الوسم MOPA بين 2500 و6500 دولار. أما الأنظمة فائقة السرعة فتُكلّف أكثر بكثير.
آلة | وظيفة نموذجية | السعر، من المصنع |
|---|---|---|
منظف ليزر نبضي بقوة 200 واط | صدأ خفيف، أكسيد، طلاء رقيق | حوالي 6500 دولار |
منظف ليزر نبضي بقوة 300 واط (5 ملي جول) | طلاء، طلاء مسحوقي، أعمال إزالة الصدأ اليومية | حوالي 7500 دولار |
منظف ليزر نبضي بقدرة 500 واط (15 مللي جول) | طبقات سميكة، مساحات أكبر | حوالي 13000 دولار |
آلة تعليم بالليزر الليفي | النصوص، والشعارات، والأرقام التسلسلية، والنقش العميق | حوالي 1800-8000 دولار |
آلة الوسم بالليزر MOPA (30-100 واط) | علامات سوداء أو ملونة، ألومنيوم مؤكسد | حوالي 2500 - 6500 دولار |
أنظمة البيكوثانية أو الفيمتوثانية | التصنيع الدقيق، الأغشية الرقيقة | سعر أعلى بكثير؛ لا يُباع من قِبل شركة هيت ساين |
يشرح دليل أسعار آلات التنظيف بالليزر ودليل تكلفة آلات الوسم بالليزر الليفي العوامل المؤثرة في السعر. إذا كنت تستخدم آلة التنظيف لبضعة أيام فقط في السنة، فسيوضح لك دليل التأجير أو الشراء متى يكون استئجار الخدمة أو شرائها أرخص.
التعليمات
هل عملية الاستئصال بالليزر هي نفسها عملية التنظيف بالليزر؟
يُعدّ التنظيف بالليزر أحد استخدامات الاستئصال بالليزر. والاستئصال هو عملية فيزيائية تقوم على نبضة قصيرة تزيل طبقة رقيقة. يُستخدم في التنظيف لإزالة الصدأ أو الطلاء أو الزيت؛ بينما يُستخدم في الوسم لإزالة طبقة وترك علامة.
ما الفرق بين الاستئصال بالليزر والنقش بالليزر؟
النقش هو عملية إزالة تستمر في المادة الأساسية، إلى عمق يمكن قياسه. أما التنظيف ومعظم عمليات الوسم فتتوقف عند السطح أو بالقرب منه. يمكن لآلة الوسم بالليزر الليفي من HeatSign القيام بالأمرين مع إعدادات مختلفة.
هل يؤدي الاستئصال بالليزر إلى تلف المعدن الأساسي؟
ليس الأمر كذلك عندما تتركز الطاقة داخل النافذة: إذ يزول الطلاء ويعكس المعدن معظم الشعاع. قد تؤدي الطاقة الزائدة إلى انصهار السطح أو تغير لونه أو خشونة سطحه، لذا يُنصح بالتجربة على قطعة خردة أولاً.
ما هو الحد الأدنى للاستئصال بالليزر؟
هي الطاقة لكل وحدة مساحة، بوحدة جول/سم²، التي يبدأ عندها تقشر المادة. يتميز الصدأ والطلاءات بعتبات أقل من الفولاذ، ولهذا السبب يمكن لليزر إزالتها دون قطع المعدن.
هل يمكن إزالة الصدأ باستخدام تقنية الاستئصال بالليزر؟
نعم. يمتص الصدأ الشعاع جيدًا ويتكسر؛ أما الفولاذ غير المعالج فيعكس معظمه. ويقدر مهندسو مبيعات شركة HeatSign أن جهاز التنظيف النبضي بقوة 200 واط ينظف حوالي مترين مربعين في الساعة من الصدأ المتوسط.
هل عملية استئصال الأنسجة بالليزر آمنة؟
يُعدّ الأمر آمناً مع تطبيق الضوابط المناسبة. تُصنّف الآلات الصناعية ضمن فئة الليزر الرابعة، لذا يجب على جميع من هم بالقرب منها ارتداء نظارات واقية مُصممة خصيصاً لطول الموجة، كما يجب شفط الأبخرة. يتطلب التعامل مع الطلاء القديم المحتوي على الرصاص أو الكرومات اتباع قواعد إضافية.
ما الذي يجب عليك إرساله للحصول على الجهاز المناسب؟
أربعة أمور: صورة للقطعة، والمادة المصنوعة منها، وما تحتاج إلى إزالته أو وضع علامة عليه، ومساحة أو عدد القطع أسبوعيًا. بناءً على هذه المعلومات، يستطيع برنامج HeatSign تحديد ما إذا كان جهاز التنظيف أو آلة الوسم مناسبًا، وما يجب اختباره أولًا.
أرسلها إلينا عبر البريد الإلكتروني أو واتساب.
مصادر
- براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,756,765: إزالة المواد ذات التوصيل الحراري الضعيف (الطلاء) باستخدام الليزر
- عالم تركيز الليزر: تطبيقات الليزر فائق السرعة
- داركانجيلو وآخرون، هندسة الإنتاج: تجريد دبابيس الشعر النحاسية لمحركات الأقراص الكهربائية باستخدام الليزر النبضي
- ليو وآخرون، البصريات وتكنولوجيا الليزر: محتوى الأكسجين في الألومنيوم 5083 المنظف بالليزر ومسامية اللحام
- معيار ANSI Z136.1: الاستخدام الآمن لأجهزة الليزر
هذه نصائح قيّمة للغاية، خاصةً للمبتدئين في عالم التدوين، معلومات موجزة ودقيقة... شكرًا لمشاركتك هذه المعلومة. مقالٌ لا غنى عن قراءته.