اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على مشاركة سريعة
مقدمة للمعالجة بالليزر في التصنيع
شهدت تكنولوجيا المعالجة بالليزر تطورًا سريعًا وتستخدم على نطاق واسع في مجالات مختلفة، مثل الطيران والسيارات والإلكترونيات وغيرها. فهو يلعب دورًا مهمًا في تحسين جودة المنتج، وإنتاجية العمل، والأتمتة، مع تقليل التلوث واستهلاك المواد (Gong, 2012).
المعالجة بالليزر في المواد المعدنية وغير المعدنية
كان التطبيق الأساسي للمعالجة بالليزر في العقد الماضي هو المواد المعدنية، بما في ذلك القطع واللحام والكسوة. ومع ذلك، فإن المجال يتوسع ليشمل المواد غير المعدنية مثل المنسوجات والزجاج والبلاستيك والبوليمرات والسيراميك. تفتح كل مادة من هذه المواد فرصًا في مختلف الصناعات، على الرغم من أنها تمتلك بالفعل تقنيات معالجة راسخة (يوموتو وآخرون، 2017).
التحديات والابتكارات في معالجة الزجاج بالليزر
يمثل الزجاج، بتطبيقاته الواسعة في صناعات مثل السيارات والبناء والإلكترونيات، مجالًا مهمًا للمعالجة بالليزر. إن طرق قطع الزجاج التقليدية، التي تستخدم أدوات من السبائك الصلبة أو الماس، محدودة بسبب الكفاءة المنخفضة والحواف الخشنة. وفي المقابل، يوفر القطع بالليزر بديلاً أكثر كفاءة ودقة. ويتجلى هذا بشكل خاص في صناعات مثل تصنيع الهواتف الذكية، حيث يتم استخدام القطع بالليزر لأغطية عدسات الكاميرا وشاشات العرض الكبيرة (Ding et al., 2019).
معالجة أنواع الزجاج عالية القيمة بالليزر
تمثل الأنواع المختلفة من الزجاج، مثل الزجاج البصري وزجاج الكوارتز وزجاج الياقوت، تحديات فريدة بسبب طبيعتها الهشة. ومع ذلك، فقد مكنت تقنيات الليزر المتقدمة مثل النقش بالليزر الفيمتو ثانية من المعالجة الدقيقة لهذه المواد (Sun & Flores, 2010).
تأثير الطول الموجي على العمليات التكنولوجية بالليزر
يؤثر الطول الموجي لليزر بشكل كبير على العملية، خاصة بالنسبة للمواد مثل الفولاذ الإنشائي. تم تحليل أشعة الليزر المنبعثة في مناطق الأشعة تحت الحمراء فوق البنفسجية والمرئية والقريبة والبعيدة من حيث كثافة الطاقة الحرجة للانصهار والتبخر (Lazov، Angelov، & Teirumnieks، 2019).
تطبيقات متنوعة تعتمد على الأطوال الموجية
إن اختيار الطول الموجي لليزر ليس تعسفيًا ولكنه يعتمد بشكل كبير على خصائص المادة والنتيجة المرجوة. على سبيل المثال، تعتبر أشعة الليزر فوق البنفسجية (ذات الأطوال الموجية الأقصر) ممتازة للنقش الدقيق والتصنيع الدقيق، حيث يمكنها إنتاج تفاصيل أكثر دقة. وهذا يجعلها مثالية لصناعات أشباه الموصلات والالكترونيات الدقيقة. في المقابل، تعد أشعة الليزر تحت الحمراء أكثر كفاءة في معالجة المواد السميكة نظرًا لقدراتها على الاختراق الأعمق، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصناعية الثقيلة. (Majumdar & Manna, 2013). وبالمثل، تجد أجهزة الليزر الخضراء، التي تعمل عادةً بطول موجة يبلغ 532 نانومتر، مكانتها في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية مع الحد الأدنى من التأثير الحراري. وهي فعالة بشكل خاص في الإلكترونيات الدقيقة لمهام مثل نمذجة الدوائر، وفي التطبيقات الطبية لإجراءات مثل التخثير الضوئي، وفي قطاع الطاقة المتجددة لتصنيع الخلايا الشمسية. كما أن الطول الموجي الفريد لأشعة الليزر الخضراء يجعلها مناسبة لوضع علامات ونقش على مواد متنوعة، بما في ذلك البلاستيك والمعادن، حيث يكون التباين العالي مطلوبًا والحد الأدنى من تلف السطح. تؤكد قدرة الليزر الأخضر على التكيف على أهمية اختيار الطول الموجي في تكنولوجيا الليزر، مما يضمن النتائج المثلى لمواد وتطبيقات محددة.
ال525 نانومتر ليزر أخضرهو نوع محدد من تكنولوجيا الليزر يتميز بانبعاث الضوء الأخضر المميز عند الطول الموجي 525 نانومتر. تجد أشعة الليزر الخضراء عند هذا الطول الموجي تطبيقات في التخثير الضوئي لشبكية العين، حيث تكون قوتها العالية ودقتها مفيدة. كما أنها من المحتمل أن تكون مفيدة في معالجة المواد، لا سيما في المجالات التي تتطلب معالجة دقيقة وبحد أدنى من التأثير الحراري.يمثل تطوير ثنائيات الليزر الخضراء على ركيزة GaN للطائرة c نحو أطوال موجية أطول عند 524-532 نانومتر تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الليزر. يعد هذا التطور أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب خصائص طول موجية محددة
مصادر الليزر ذات الموجة المستمرة والنموذجية
تعتبر مصادر الموجات المستمرة (CW) ومصادر الليزر شبه CW النموذجية بأطوال موجية مختلفة مثل الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) عند 1064 نانومتر، والأخضر عند 532 نانومتر، والأشعة فوق البنفسجية (UV) عند 355 نانومتر، منشطات الليزر الانتقائية للخلايا الشمسية الباعثة. الأطوال الموجية المختلفة لها آثار على القدرة على التكيف والكفاءة في التصنيع (باتيل وآخرون، 2011).
ليزر Excimer للمواد واسعة النطاق ذات الفجوة
تعد ليزرات Excimer، التي تعمل بطول موجة للأشعة فوق البنفسجية، مناسبة لمعالجة المواد ذات فجوة النطاق الواسعة مثل الزجاج والبوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP)، مما يوفر دقة عالية وأقل تأثير حراري (Kobayashi et al., 2017).
ليزر Nd:YAG للتطبيقات الصناعية
يتم استخدام ليزر Nd:YAG، مع قدرته على التكيف من حيث ضبط الطول الموجي، في مجموعة واسعة من التطبيقات. وتتيح قدرتها على العمل عند طولي 1064 نانومتر و532 نانومتر المرونة في معالجة المواد المختلفة. على سبيل المثال، يعتبر الطول الموجي 1064 نانومتر مثاليًا للنقش العميق على المعادن، بينما يوفر الطول الموجي 532 نانومتر نقشًا سطحيًا عالي الجودة على البلاستيك والمعادن المطلية. (Moon et al., 1999).
→ المنتجات ذات الصلة:ليزر الحالة الصلبة المضخ بالديود CW بطول موجة 1064 نانومتر
لحام ألياف الليزر عالي الطاقة
يتم استخدام أشعة الليزر ذات الأطوال الموجية القريبة من 1000 نانومتر، والتي تمتلك جودة شعاع جيدة وطاقة عالية، في لحام المعادن بالليزر على شكل ثقب المفتاح. تعمل أجهزة الليزر هذه على تبخير المواد وإذابتها بكفاءة، مما يؤدي إلى إنتاج لحامات عالية الجودة (Salminen, Piili, & Purtonen, 2010).
تكامل المعالجة بالليزر مع التقنيات الأخرى
أدى تكامل المعالجة بالليزر مع تقنيات التصنيع الأخرى، مثل الكسوة والطحن، إلى أنظمة إنتاج أكثر كفاءة وتنوعًا. يعد هذا التكامل مفيدًا بشكل خاص في صناعات مثل تصنيع الأدوات والقوالب وإصلاح المحركات (Nowotny et al.، 2010).
المعالجة بالليزر في المجالات الناشئة
يمتد تطبيق تكنولوجيا الليزر إلى المجالات الناشئة مثل صناعات أشباه الموصلات وشاشات العرض والأغشية الرقيقة، مما يوفر إمكانات جديدة ويحسن خصائص المواد ودقة المنتج وأداء الجهاز (Hwang et al., 2022).
الاتجاهات المستقبلية في المعالجة بالليزر
تركز التطورات المستقبلية في تكنولوجيا المعالجة بالليزر على تقنيات التصنيع الجديدة، وتحسين جودة المنتج، وهندسة المكونات المتكاملة متعددة المواد، وتعزيز الفوائد الاقتصادية والإجرائية. ويشمل ذلك التصنيع السريع بالليزر للهياكل ذات المسامية الخاضعة للتحكم واللحام الهجين وقطع الصفائح المعدنية بالليزر (Kukreja et al., 2013).
تعمل تكنولوجيا المعالجة بالليزر، بتطبيقاتها المتنوعة وابتكاراتها المستمرة، على تشكيل مستقبل التصنيع ومعالجة المواد. إن تعدد استخداماتها ودقتها يجعلها أداة لا غنى عنها في مختلف الصناعات، مما يدفع حدود طرق التصنيع التقليدية.
لازوف، إل.، أنجيلوف، إن، وتيرومنيكس، إي. (2019). طريقة للتقدير الأولي لكثافة الطاقة الحرجة في العمليات التكنولوجية بالليزر.بيئة. التقنيات. موارد. وقائع المؤتمر العلمي والعملي الدولي. وصلة
باتل، آر، وينهام، إس، تجاهجونو، بي، هالام، بي، سوجيانتو، إيه، وبوفاتسيك، جيه (2011). تصنيع عالي السرعة للخلايا الشمسية الباعثة الانتقائية لتنشيط المنشطات بالليزر باستخدام موجة مستمرة 532 نانومتر (CW) ومصادر ليزر شبه CW نموذجية.وصلة
كوباياشي، إم، كاكيزاكي، كيه، أويزومي، إتش، ميمورا، تي، فوجيموتو، جيه، وميزوغوتشي، إتش. (2017). معالجة الليزر عالي الطاقة DUV للزجاج والألياف الكربونية.وصلة
مون، إتش، يي، جيه، ري، واي، تشا، بي، لي، جيه، وكيم، كيه-إس. (1999). مضاعفة التردد الفعال داخل التجويف من ليزر Nd:YAG الذي يتم ضخه جانبيًا من النوع العاكس باستخدام بلورة KTP.وصلة
سالمينين، أ.، بيلي، هـ.، وبورتونين، ت. (2010). خصائص اللحام بليزر الألياف عالي الطاقة.وقائع معهد المهندسين الميكانيكيين، الجزء ج: مجلة علوم الهندسة الميكانيكية، 224، 1019-1029.وصلة
ماجومدار، ج.، ومانا، آي. (2013). مقدمة لتصنيع المواد بمساعدة الليزر.وصلة
غونغ، س. (2012). تحقيقات وتطبيقات تكنولوجيا المعالجة بالليزر المتقدمة.وصلة
يوموتو، ج.، توريزوكا، ك.، وكورودا، ر. (2017). تطوير قاعدة اختبار التصنيع بالليزر وقاعدة بيانات لمعالجة المواد بالليزر.مراجعة هندسة الليزر، 45، 565-570.وصلة
دينغ، واي.، شيوي، واي.، بانغ، جيه، يانغ، إل-جي، وهونغ، إم. (2019). التقدم في تكنولوجيا المراقبة في الموقع لمعالجة الليزر.SCIENTIA SINICA الفيزياء والميكانيكا والفلك. وصلة
صن، هـ، وفلوريس، ك. (2010). التحليل المجهري للزجاج المعدني السائب المعتمد على الزركونيوم المعالج بالليزر.المعاملات المعدنية والمواد أ. وصلة
نوفوتني، إس، مونستر، آر، شاريك، إس، وباير، إي. (2010). خلية ليزر مدمجة للتغليف والطحن بالليزر.أتمتة التجميع، 30(١)، ٣٦-٣٨.وصلة
كوكريا، إل إم، كاول، آر، بول، سي، غانيش، بي، وراو، بي تي (2013). تقنيات معالجة المواد بالليزر الناشئة للتطبيقات الصناعية المستقبلية.وصلة
هوانج، إي.، تشوي، جيه، وهونج، إس. (2022). عمليات التفريغ الناشئة بمساعدة الليزر للتصنيع فائق الدقة وعالي الإنتاجية.مقياس النانو. وصلة
وقت النشر: 18 يناير 2024