کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی

یک نمونه از کاربرد دستگاه برش لیزر فلزات استفاده از آن‌ها در صنایع خودروسازی است. ظهور و پذیرش گسترده فناوری لیزر، عصر جدیدی را برای صنعت خودروسازی آغاز کرده است، جایی که فناوری برش لیزری را می توان تقریباً در تمام مناطقی که نیاز به برش دارند به کار برد. به طور کلی، تولید خودرو و وسایل نقلیه دیگر یکی از عوامل کلیدی در تحول زندگی روزمره انسان‌ها به شمار می‌رود و تأثیر عمیقی بر صنعت در کشورهای پیشرفته دارد. در کنار خودرو، صنایع مرتبط با هوافضا و کشتی‌سازی نیز اهمیت ویژه‌ای دارند. یکی از فناوری‌های نوین که در این صنایع به کار گرفته می‌شود، برش لیزری است. این تکنولوژی با جایگزینی فرآیندهای سنتی، به عنوان یک ابزار کارآمد در صنعت شناخته می‌شود. برش لیزری به دلیل دقت و کیفیت بالای خود، مورد استقبال کاربران قرار گرفته است.

تا سال 2022، بازار دستگاه‌های برش لیزری نزدیک به 6 میلیارد دلار بوده و صنعت خودرو یکی از بخش‌هایی خواهد بود که نیاز قابل توجهی به این دستگاه‌ها خواهد داشت. پیچیدگی افزوده شده مستلزم استفاده از لیزرهای خودرو در سراسر فرآیند تولید خودرو است، به‌ویژه هنگامی که صحبت از ساخت و برش قطعات الکتریکی و حکاکی لیزری می‌شود.

 لیزرهای CO2 و نحوه استفاده از آن‌ها

لیزرهای CO2 که در سال 1964 اختراع شد، در خطوط مونتاژ خودرو نه تنها برای علامت گذاری و حکاکی لیزری، بلکه برای برش و جوشکاری  لیزری دقیق استفاده شده است. سطوح توان خروجی متغیر آن‌ها باعث می‌شود تقریباً در تمام جنبه‌های ساخت خودرو مفید باشند. رباتیک خودرو برای دهه‌ها بخشی از صنعت بوده است و هنگامی که با فناوری لیزر ترکیب می‌شود، مزایای زیادی را برای تولید خودرو ارائه می‌دهد.

 

برای درک بهتر نحوه استفاده از آن‌ها، در اینجا سه روشی که لیزرهای CO2 خودرو می‌توانند کار کنند آورده شده است:

پرتو ثابت

این یک فرآیند مکانیکی ساده است که در آن یک ربات مواد را در مقابل یک پرتو لیزر ثابت حرکت می‌دهد.

بازوی متحرک

لیزر بر روی یک بازوی ربات مفصلی نصب می‌شود که به طور مکرر به اطراف حرکت می‌کند و به لیزر اجازه می‌دهد مواد را در الگوهای خاصی برش دهد.

تحویل پرتو

با کمک یک سیستم انتقال پرتو پیچیده که می‌تواند شامل فیبر نوری باشد، نور لیزر برای برش اشکال پیچیده مفصل می‌شود.

در همه موارد، ربات باید به اندازه کافی بزرگ و قدرتمند باشد تا لیزر را به طور موثر به موقعیت‌های لازم منتقل کند.

 کدام دستگاه‌ها در صنعت خودروسازی کاربرد بیشتری دارند؟

چون در صنعت خودروسازی بدلیل حجم استفاده بالا ورق ها بصورت رول خریداری می‌شوند دستگاه برش لیزر رول ورق برای برش رول به شیت و پس از آن دستگاه‌های برش لیزر فلت برای ورق استفاده می‌شوند. از آنجایی که تمامی متریالی که نیاز به برش دارند بصورت ورق نیستند و بعضی دایره‌ای، مکعبی یا لوله مانند هستند استفاده از دستگاه برش لیزر لوله نیز در این صنعت کاربرد دارد.

مزایای دستگاه برش لیزر در خودروسازی

همانطور که بسیاری از تولیدکنندگان اذعان می‌کنند، یکی از بارزترین کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی، دقت آن است. این به چند مزیت دیگر منجر شده است که باعث شده است صنعت خودرو با سرعت و قاطعیت بیشتری پیشرفت کند.

 

ابزار کمتر و قطعات باریک‌تر

به دلیل عدم نیاز به قطعات خاص، در طول سال‌ها خودروها سبک‌تر شده‌اند. به‌عنوان‌مثال، فلنج‌هایی که برای ایجاد آب‌بندی به داخل پیچ می‌شوند، دیگر چندان مورد نیاز نیستند و حتی ممکن است در آینده به طور کلی حذف شوند. اکنون خودروها به جای فولاد از آلومینیوم یا پلاستیک فیبر کربنی برای نمای بیرونی خود استفاده می‌کنند. این‌کار توسط لیزرها امکان‌پذیر شد زیرا آن‌ها به سرعت اتصالات مواد را جوش میزنند تا یک مهر و موم ایمن ایجاد کنند.

علاوه بر این، فناوری لیزر را می‌توان برای تقویت سازه‌ها، ایجاد پایداری و توزیع بار بهتر استفاده کرد. یکی از نمونه‌های این فرآیند فرآیندی به نام شکل‌دهی گرم است که این ماده را نرم می‌کند و شکل‌پذیری را بهبود می‌بخشد و باعث می‌شود کمتر شکننده و مستعد شکستگی شود. به طور کلی، ابزار کمتر به این معنی است که قطعات نباید به طور سنتی جوش داده شوند، که می‌تواند باعث کرنش حرارتی شود. لیزرها راه‌حل سریعتر و کم استرس‌تری را ارائه می‌دهند که می‌تواند بهینه شده و متناسب با نیازهای خاص باشد. دستگاه‌های برش لیزر راه‌حلی فوق العاده در برش و حکاکی در صنعت خودرو هستند.

اختلاط مواد نوآورانه

یکی از چالش‌های برخورد با برخی مواد، ساختار آنهاست. نیاز به فشار دادن و لمس آنها در طول فرآیند شکل‌دهی، ساختار را تغییر می‌دهد و صدای آن را کاهش می دهد. یکی دیگر از کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی این است که مواد را بدون لمس یا اعمال هیچ نیرویی قالب‌گیری می‌کنند و یکپارچگی آنها را با تکیه بیشتر بر ذوب تمیز الیاف برای رسیدن به هدف حفظ می‌کنند.

این روش مهندسان مواد را ترغیب می‌کند تا ترکیب‌های نوین مواد نوآورانه‌ای را ارائه کنند که قبلاً هرگز امکان‌پذیر نبود. تصور کنید که بتوانید با استفاده از موادی با نقطه ذوب مختلف مانند فلز و الیاف، ترکیبی از نظر ساختاری سالم با افزایش استحکام کششی ایجاد کنید. در بسیاری از موارد، این مواد نیاز به برش، سرد شدن و فشار دادن به یکدیگر دارند تا بدون نیاز به اتمام کار، مانند افزودن پیچ و مهره یا حتی چسب، به درستی کار کنند.

ضایعات مواد کمتر

با وجود تمام رکود و مشکلات اقتصادی موجود در دنیا، پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی فلزات تا سال 2027 به 1 میلیارد تن برسد. در خودروهای مدرن، فولاد و آلومینیوم بازیافتی بیش از 50 درصد مواد جدید خودرو را تشکیل می‌دهند. از طرفی مواد برش نادرست ضایعات را افزایش می‌دهد و هزینه تولیدکنندگان را به همراه دارد. از آنجایی که الگوهای برش را می‌توان بهینه کرد، از دیگر کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی این که به تولیدکنندگان خودرو کمک می‌کنند تا از مواد مورد استفاده حداکثر استفاده را ببرند و تولید ضایعات را کاهش دهند.

دیگر مزایای آن عبارتند از:

کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی بی شمار است، اما مهمترین آن‌ها این است که آنها سریعتر هستند زیرا وظایف و تکنیک‌های تکرارپذیر را سریع و دقیق اجرا می‌کنند. این امر آنها را به دارایی‌های همه کاره برای صنعت خودرو تبدیل می‌کند.

قطعات خودرو که با لیزر برش داده می‌شوند:

برش لیزری برای تولید قطعات فلزی از جمله نشان‌های لوگوی برند، بدنه خودرو، قاب درها، شیشه‌های جلو، صندوق عقب، پانل‌های سقف، اجزای شاسی، مخازن سوخت، قطعات هیدرولیک، براکت‌های موتور و اجزای موتور استفاده می‌شود.

باتری‌های خودرو

در صنعت خودروهای الکتریکی، کاربرد و توسعه فناوری برش لیزری ارتباط نزدیکی با ایمنی، مقرون به صرفه بودن و ظرفیت ذخیره انرژی باتری‌های نیرو دارد. فرآیند تولید باتری‌های قدرت بسیار پیچیده است، با الزامات ایمنی سختگیرانه. به این ترتیب، برش لیزری نقش مهمی در تولید باتری برای وسایل نقلیه الکتریکی دارد.

باتری‌های قدرت، جزء اصلی وسایل نقلیه الکتریکی هستند که مستقیماً بر برد و عملکرد آنها تأثیر می‌گذارد. در مقایسه با روش‌های برش مکانیکی سنتی، برش لیزری مزایایی مانند مقاومت در برابر سایش ابزار، شکل‌های برش انعطاف‌پذیر، کیفیت لبه کنترل‌شده، افزایش دقت ساخت و کاهش هزینه‌های تولید را ارائه می‌دهد. این به نوبه خود به بهبود راندمان تولید و زمان کوتاه‌تر تولید محصولات جدید کمک می‌کند.

دیگر کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی این است که برش لیزری می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی اجزای باتری را افزایش داده، کارایی و عملکرد باتری را افزایش دهد و در نتیجه پیشرفت فناوری خودروهای الکتریکی را بیشتر پیش ببرد.

دکوراسیون داخلی:

برش لیزر CO2 همچنین در ساخت خودرو برای برش و پیرایش قطعات پلاستیکی مانند پارچه‌های داخلی، فرش‌ها، کوسن‌ها، داشبورد، کیسه هوا، ستون‌ها، سپرها، پلاک‌ها، عناصر تزئینی و پوشش چراغ‌های جلو و غیره استفاده می‌شود. برش لیزری برش موثر و دقیق کیسه‌های هوا را تضمین می‌کند، اتصالات بدون درز را تضمین می‌کند و کیفیت محصول را به حداکثر می‌رساند و اعتماد به ایمنی خودرو را برای مالکان القا می‌کند.

دستگاه‌های برش لیزری لوله انعطاف پذیری فوق العاده ای را ارائه می دهند که امکان برش دقیق اشکال مختلف لوله از جمله لوله های گرد، لوله های مربعی، لوله های مستطیلی، لوله های بیضوی، فولاد کانالی، آهن زاویه دار، لوله های جدار نازک، لوله های نامنظم، لوله‌های ذوزنقه ای و چند ضلعی را فراهم می‌کند.

سیستم‌های اگزوز:

برش لیزری در ساخت اجزای سیستم اگزوز از جمله لوله‌های اگزوز و اتصالات لوله اگزوز استفاده می شود. این قطعات برای اطمینان از عملکرد و ایمنی انتشار گازهای گلخانه‌ای نیاز به برش دقیق دارند.

ساختار شاسی:

ساختار شاسی خودرو معمولاً شامل لوله‌ها و برش‌های متعددی است که برای پشتیبانی و اتصال اجزای مختلف شاسی استفاده می‌شود. برش لیزری برای سفارشی سازی این خطوط لوله برای تطبیق مدل‌های مختلف خودرو و الزامات طراحی استفاده می شود.

سیستم‌های سوخت:

لوله‌ها و کانکتورها در سیستم‌های سوخت اغلب نیاز به ساخت دقیق دارند تا از تامین و جابجایی مناسب سوخت اطمینان حاصل شود. برای تولید قطعات این خطوط لوله، از برش لیزری استفاده می‌شود.

سیستم‌های خنک کننده:

لوله‌های خنک کننده و سینک‌های حرارتی در سیستم خنک کننده را می‌توان با استفاده از برش لیزری برای اطمینان از اتلاف گرما موثر و عملکرد طبیعی موتور تولید کرد.

با استفاده از برش لیزری برای صنعت خودرو، ماشین‌های برش لیزری می‌توانند بر اساس مشخصات طراحی به‌طور انعطاف‌پذیر و سریع برش را اجرا کنند و راندمان پردازش محصول را به طور تصاعدی افزایش دهند. فرآیند برش لیزری جایگزین تیغه‌های مکانیکی سنتی با روش برش بدون تماس و با دقت بالا می‌شود که با برش سریع، دقت بالا، برش‌های صاف مواد، بهینه سازی طرح‌بندی هوشمند، صرفه‌جویی در مواد و هزینه‌های پردازش کمتر مشخص می‌شود. در نتیجه، فناوری برش لیزری سه بعدی به عنوان یک ابزار جدید، دقیق و انعطاف‌پذیر برای پردازش در تولید بدنه خودرو ظاهر شده است.

لیزرها الهام بخش فرآیندهای محصول جدید 

با وجود اینکه استفاده از لیزر از دهه 1970 وجود داشته است، رسوب فلز لیزری یا LMD به عنوان یک فرآیند تولید جدید در نظر گرفته می‌شود. این شامل استفاده از لیزر برای ایجاد یک حوضچه مذاب فلزی بر روی سطح فلز و رسوب پودر فلز در این حوضچه مذاب است. قالب‌های خودرو در طول فرآیند شکل‌دهی دچار ساییدگی و پارگی زیادی و کاهش عمر مفید آن ها می‌شود. جایگزینی برخی از این موارد، حتی موارد کوچک، می‌تواند میلیاردها تومان هزینه داشته باشد. با LMD، تولیدکنندگان این قالب‌ها را در مکان‌های استراتژیک که قوی‌ترین نیروها را تجربه می‌کنند، می‌پوشانند. این تکنیک طول عمر قالب را بیش از دو برابر می‌کند.

 با همجوشی فلز لیزری، پودر فلز بر روی صفحه ساخت قرار می‌گیرد و به طور انتخابی لایه به لایه ذوب می‌شود تا یک جزء واقعی ایجاد شود. هر لایه پودر ذوب شده بین 20 تا 100 میکرون است. برای بیان این موضوع، عرض یک موی انسان حدود 75 میکرون است. هر لایه در این فرآیند افزودنی باید تا حد مشخصی به دقت کنترل شود، که باعث می‌شود پرینت سه بعدی فلز در بسیاری از بخش‌ها، از جمله بخش‌های خودرو و هوانوردی، فرآیندی رو به رشد باشد.

کاربردهای رایج لیزر CO2 در خودرو

وقتی مردم به برش و تولید در بخش خودرو فکر می‌کنند، بسیاری تصور می‌کنند که همه چیز مربوط به اجزای فلزی و شاسی فیبر کربنی است. واقعیت این است که کاربرد دستگاه برش لیزر در خودروسازی در تمام جنبه‌های ساخت خودرو است – حتی قطعات نرم‌تر و کوچکتر.

 انواع ایربگ

توانایی مدیریت توان لیزر با نزدیکترین وات به سازندگان کمک می‌کند تقریباً هر ماده‌ای را برش دهند. بازار ایمنی غیرفعال به این معنی است که نیاز به انواع جدیدتری از کیسه‌های هوا و کاربردهای کیسه‌های هوا، از جمله کیسه‌های برخورد جانبی علاوه بر کیسه‌های جلویی وجود خواهد داشت. با استفاده از لیزر، تولیدکنندگان می‌توانند تکنیک‌های پیچیده و پیشرفته برش را به روش‌های کارآمدتری که تقاضا را برآورده می‌کند، ترکیب کنند. لیزر را می‌توان طوری تنظیم که این نوع مواد را با سرعت بالا بدون ذوب، خم شدن یا کج شدن برش دهد. علاوه بر این، برش لیزری همچنین می‌تواند الگوهای تخصصی را بسیار سریعتر به خود بگیرد.

 

لیزر CO2 مهر و موم شده برای حمل قطعات

اجزای داخلی، مانند پنل داشبورد خودرو نیز از یک برش لیزری CO2 فشرده و مهر و موم شده بهره می‌برند. لیزرهای گاز CO2 سنتی می‌توانند به مواد آلی مورد استفاده در خودروها آسیب بزنند و نمی‌توانند دقت لازم را مدیریت کنند. هر نوع پیرایش و سوراخی که برای جا لیوان‌ها و سایر درج‌ها مورد نیاز باشد، نیاز به برش‌های سریع‌تر و تمیزتر دارد که لبه‌های صاف و حداقل زباله‌ها را باقی می‌گذارد. لیزرهای CO2 مهر و موم شده می‌توانند کیفیت برش عالی را ارائه دهند و بسیار کارآمدتر هستند.

هیدروفرمینگ فرآیند ساخت و تشکیل فلزات با کمک آب یا سیال هیدرولیک است. این امر نیاز به جوشکاری، ایجاد یک ساختار یکپارچه با استحکام کششی بالا، افزایش صلبیت جزء و انعطاف‌پذیری طراحی را نفی می‌کند. این تکنیک برای ساخت قطعات تعلیق و ایجاد پایه‌های موتور برای مدل‌های مختلف استفاده می‌شود.

فرآیند هیدروفرمینگ مقداری جابجایی هندسی ایجاد می‌کند که می‌تواند مواد را ضعیف کند. لیزرها همراه با سیستم‌های خمش لوله برای جبران آن در طول فرآیند استفاده می‌شوند تا زمان و مواد پس از آن از بین نرود.

چگونه خودروهای الکتریکی از دستگاه‌های برش لیزری سود می‌برند؟

وقتی صحبت از ماشین‌سازی سنتی می‌شود، از لیزر برای سرعت و پردازش غیرتماسی آن‌ها استفاده می‌شود. در بخش حمل و نقل الکتریکی در حال رشد یا حرکت الکترونیکی، فناوری پردازش لیزری به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا بر برخی از چالش‌های استفاده از فرآیندهای سنتی‌تر در فناوری جدید غلبه کنند. یکی از کاربردها نیاز به استفاده از لیزر برای تولید مهر و موم هرمتیک در بدنه باتری لیتیوم یون دارد. سازندگان در حال تلاش برای یافتن راه‌هایی برای ایجاد یک روش جوش لیزری فیبر هستند که به اندازه کافی قوی باشد تا دیواره‌های نازک باتری را ببندد، اما آنقدر قوی نباشد که منافذی ایجاد کند که آب را وارد کند.

 با توجه به باتری‌ها، استفاده از جوش لیزری برای اتصال سلول های سوختی جداگانه در بسته باتری، نیاز به مهره‌ها و پیچ‌های سنتی را کاهش می‌دهد که باعث افزایش وزن می‌شوند. علاوه بر این، جوش‌های بین سلول‌ها باید مقاومت تماس خوبی را ایجاد کنند یا در کل راندمان بهتر کاهش می‌یابد. در مواردی با ضخامت مواد مختلف، ورودی و نفوذ حرارت کنترل شده ممکن است جوش‌های بهتری را ایجاد کند، اما انجام این کار با لیزرهای متعدد زمان چرخه را افزایش می‌دهد و فرآیند را بسیار سریعتر می‌کند.

فناوری لیزر خودرو قرار است در آینده نقش محوری‌تری داشته باشد. همانطور که مواد سبک‌تر و نازک‌تر می‌شوند، جوشکاری سنتی و تکنیک‌های ناشی از گرما به خوبی کار نمی‌کنند و به ظرافت بیشتری نیاز دارند. توانایی تولیدکنندگان برای کنترل قدرت لیزرهای خود، راه‌های نوآورانه مختلفی را در صنعت باز می‌کند و کارایی کلی را بهبود می‌بخشد. پرتو پدیده رایمون انواع دستگاه های برش لیزری همراه با تامین قطعات یدکی لیزر را به مشتریان خود ارائه می دهد.