تاریخچه برش لیزری

تاریخچه دستگاه برش لیزری از اولین دستگاه برش لیزر (و اجداد آنها MASER ها) تا برش لیزری امروزی، تاریخچه بسیار جالبی از آزمایش‌ها و خطاها، اختراع و اکتشافات وجود دارد. برای درک بهتر آنچه در پشت سرویس جدید برش لیزر ما وجود دارد، این سفر تاریخی را با ما همراه کنید.

وقتی کلمه “لیزر” را می شنوید، به چه چیزی فکر می‌کنید؟ برای بسیاری از مردم، لیزرها تصاویری از شمشیرهای نوری، جنگ ستارگان و فیلم های علمی تخیلی را به ذهن می‌آورند. در حالی که لیزرها اغلب در فرهنگ عامه دیده می‌شوند، بسیاری از صنایع از فناوری لیزر به عنوان بخشی از فرآیندهای تولید خود برای برش و حکاکی مواد استفاده می کنند. در واقع، تقریباً مطمئناً با محصولی مواجه شده اید که با استفاده از برش لیزری ساخته شده است.

اگرچه برش لیزری مانند تکنولوژی مدرن به نظر می‌رسد، تاریخچه برش لیزر ممکن است شما را شگفت زده کند. اولین لیزرها ریشه در کار نظری انیشتین داشتند و قبل از تبدیل شدن به لیزرهای با قدرت بالاتر که در بسیاری از صنایع امروزی استفاده می شوند، مسیری جذاب را دنبال کردند. بیایید تاریخچه برش لیزری را از انیشتین تا اولین لیزر کارآمد و فراتر از آن تا عصر مدرن دنبال کنیم.

برش لیزری چیست؟

برش لیزری تکنیکی است که برای برش یا حکاکی مواد سخت از طریق سوزاندن، ذوب یا تبخیر استفاده می شود. این فرآیند کاربردهای صنعتی متعددی در صنایع مختلف دارد و می توان از آن برای سوراخ کردن یا برش اشکال فلز و سایر مواد در خط تولید استفاده کرد. برش لیزری همچنین به عنوان یک تکنیک هنری برای حکاکی طرح‌های تزئینی بر روی سطوح استفاده می‌شود. مزیت اصلی فناوری برش لیزری دقت آن است و پرتو با قدرت بالا از طریق یک نازل برش لیزر برای دقت دقیق متمرکز می شود. برش لیزری مدرن به طور کلی از فناوری CAD استفاده می کند و به هنرمندان و مهندسان اجازه می دهد تا طرح‌های پیچیده ای را با لیزر صنعتی ایجاد کنند.

اولین گروهی که از برش لیزری استفاده کرد کدام بود؟

اولین گروهی که از برش لیزری استفاده کرد، مرکز تحقیقات مهندسی غربی در بوفالو، نیویورک، در سال 1965 بود. این گروه می‌خواست راه کارآمدتری برای تولید سیم‌های برق بیابد. در آن زمان، سازندگان از قالب‌های الماسی برای اکسترود کردن سیم فلزی استفاده می‌کردند و سوراخ‌های قالب گران، دشوار و زمان‌بر بود. این یک لحظه حیاتی در تاریخ برش لیزر بود و راه را برای سایر شرکت‌ها هموار کرد تا کاربردهای بالقوه فناوری لیزر را کشف کنند. بیشتر کار این گروه بر روی یافتن اطلاعات بیشتر در مورد ایمنی پرتوهای لیزر و اثرات بالقوه آنها بر سلامت انسان متمرکز بود.

لیزر قبل از برش لیزری: اولین لیزر چگونه اختراع شد؟

 
الف) از MASER تا لیزر

در طول جنگ جهانی دوم، فیزیکدان چارلز تاونز در آزمایشگاه‌های بل روی سیستم‌های بمباران به کمک رادار و ژنراتورهای مایکروویو کار می‌کرد. در دهه 50، با پیروی از نظریه انیشتین، انتشار تحریک شده، جایی که انرژی از انتقال در یک اتم یا مولکول استخراج می شود، تاونز به ایجاد یک شار فوتون، به لطف تقویت یک موج مغناطیسی، فکر کرد. اینگونه بود که او اولین دستگاه را به نام تقویت امواج مایکروویو توسط انتشار تشعشعات تحریک شده، یعنی «MASER» ساخت. میزرها عمدتاً برای تحقیقات علمی مفید بودند، اما  برای کاربردهای نظامی یا صنعتی چندان کاربردی به نظر نمی‌رسید. فقط تعداد کمی از دانشمندان فکر می کردند که لیزر مادون قرمز ممکن است مهم باشد.

علاوه بر این، اشعه‌های مادون قرمز را نمی‌توان مانند رادار دستکاری کرد و مدیریت آن اصلاً سخت بود. با این حال، تاونز به شدت به این ایده فکر کرد و در سال 1957، با مطالعه معادلات تقویت تشعشع، متوجه شد که انجام آن با امواج بسیار کوتاه آسان تر از امواج مادون قرمز دور است.

 

 

ب) گولد، شالو، تاونز و میمان: امکان اولین لیزر

او آرتور شوالو، دوست و برادر شوهرش را به تحقیق خود مرتبط کرد و شاولو راه حل را آورد: اتم هایی را که می خواهید تحریک کنید در یک حفره باریک و طولانی با آینه هایی در هر انتها قرار دهید. پرتوها به سمت داخل رفت و آمد می‌کنند تا اتم‌ها تابش بیشتری داشته باشند. یکی از آینه‌ها فقط تا حدی نقره‌ای می‌شود تا برخی از اشعه‌ها به بیرون نشت کنند. این تشدیدگر نوری، که نور را تقویت می‌کند، بعداً توسط گوردون گولد، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه کلمبیا بهبود یافت. او آن را لیزر برای “تقویت نور با انتشار تحریک شده تابش” می نامد.

حتی با وجود اینکه گولد، شاولو و تاونز اصول ساخت لیزر را می‌دانستند، هیچ یک از آنها موفق به ساخت اولین نمونه اولیه کار نشدند. در سال 1960، توماس میمن رویای تاونز را زنده کرد و اولین لیزر یاقوت مصنوعی را ساخت که یک پرتو لیزر قرمز کاملاً مستقیم تولید کرد.

 

2. توسعه برش لیزری

الف) قدرتمندتر و کارآمدتر: اختراع دستگاه برش لیزری CO2

پیتر هولدکرافت، معاون مدیر علمی مؤسسه جوشکاری در کمبریج، در سال 1967، زمانی که از یک نازل برش لیزری با یک محفظه فشار اکسیژن استفاده کرد که یک جریان گاز کمکی را در ناحیه تمرکز پرتو لیزر فراهم می‌کند، آن را بیشتر پیش برد. از طریق یک ورق فولادی به ضخامت 1 میلی متر برش دهید. این اولین کاربرد تجاری برش لیزری بود.

 با توسعه لیزرهای با قدرت بالاتر، می‌توان مواد ضخیم تر و متفاوت از جمله غیر فلزات را برش داد. باریک بودن برش نوید دقتی را می‌دهد که قبلاً با تکنیک‌های برش حرارتی بدست نیامده بود.

 

 ب) کاربردهای برش لیزری در آن زمان و اکنون

1965: از لیزر به عنوان ابزار حفاری استفاده می شود

مرکز تحقیقات مهندسی غربی، در بوفالو، ایالات متحده، اولین جایی بود که از لیزر به عنوان دستگاه برش استفاده کرد. در این زمان از قالب های الماسی برای تولید سیم برای اتصالات الکتریکی استفاده می شد. هزاران قالب برای این نوع عملیات مورد نیاز بود، و سوراخ کردن قالب ها یا تغییر اندازه آنها فرآیندی پرهزینه و آهسته بود، تا 24 ساعت ساخت.

مهندسان به جای مته فلزی یا غبار الماس که تاکنون استفاده شده است از لیزر استفاده کردند. بسیاری از آزمایش های انجام شده تست ایمنی بودند. اثرات پرتوهای لیزر بر روی چشم و پوست یا مواد تبخیر شده بر سلامت کارگر هنوز مشخص نشده بود.

 

 1967: اولین برش لیزری با کمک گاز

برش لیزری به کمک گاز و به ویژه برش لیزر CO2 به معنای افزایش کارایی است که امکان گسترش دامنه کاربردها را فراهم می‌کند.

 1969: اولین استفاده صنعتی در کارخانه های بوئینگ

شرکت آمریکایی بوئینگ اولین شرکتی است که برش لیزری را در خطوط تولید خود ادغام کرد. در آگوست 1969، سه کارمند شرکت بوئینگ با استفاده از تکنیک گاز کمکی، کاغذی در مورد لیزر CO2 تولید کردند که مواد «سخت» – تیتانیوم، هاستلوی و سرامیک را برش می‌داد. آنها به این نتیجه رسیدند که لیزر “می‌تواند یک ابزار برش موثر و اقتصادی باشد، اما ممکن است قبل از قرار دادن چنین ماشینی در خط تولید، تحقیقات و توسعه زیادی لازم باشد”. در دهه 1970، بوئینگ حق اختراع برش لیزر چند پرتوی را به ثبت رساند و یکی از شرکت‌های پیشگام بود که تیتانیوم را با لیزر برش می‌داد.

1979: برش لیزری سه بعدی

در سال 1979، شرکت ایتالیایی Prima Industrie اولین فرآیند برش لیزری سه بعدی را با سیستم چرخش 5 محوره اختراع کرد.

برش لیزری امروز

چهل سال پس از اولین برش لیزر CO2، برش لیزری همه جا وجود دارد! و دیگر فقط برای فلزات نیست: اکریلیک، چوب (پلای وود، ام دی اف،…)، کاغذ، مقوا، پارچه، سرامیک. لیزرها در حال حاضر دارای پرتوهای با کیفیت و با دقت بالا هستند که می توانند مواد را با ضخامت 20 میلی متر، با یک صفحه تمیز و باریک برش دهند و نیازی به تغییر اندازه یا جلا دادن مواد نیست.

صنعت بزرگترین خریدار باقی می‌ماند. به ویژه شرکت‌های خودروسازی، اما لیزرها همچنین برای ایجاد پنل‌های خورشیدی با برش سلول‌های فتوولتائیک در صفحات سیلیکونی یا سوراخ کردن پره‌های توربین‌ها به منظور خنک کردن سازه‌های هوافضا استفاده می‌شوند. حکاکی اشیاء، به عنوان مثال حروف روی صفحه کلید، مارک کنار تلفن یا خودکار شما نیز از کاربردهای مکرر لیزر است. جفت شدن با چاپ سه بعدی، برش لیزری زمینه امکانات را در صنعت باز می کند!

شرکت پرتو پدیده رایمون با چندین سال فعالیت حرفه ای در زمینه تولید انواع دستگاه های برش لیزری و تامین قطعات یدکی دستگاه برش لیزر در خدمت شما عزیزان می باشد.