در دنیای امروز که فناوری‌های دقیق و پرسرعت به نیازی اساسی در صنایع مختلف بدل شده‌اند، برش لیزری (Laser Cutting)  به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های شکل‌دهی مواد، جایگاهی بی‌بدیل پیدا کرده است. این فناوری با استفاده از پرتوهای متمرکز نور لیزر، امکان برش، حکاکی یا سوراخ‌کاری با دقتی میکرونی را فراهم می‌کند؛ آن هم بر روی گستره‌ای وسیع از مواد شامل فلزات، پلیمرها، چوب، سرامیک و حتی مواد مرکب.

در طول چند دهه گذشته، برش لیزری از یک فناوری تخصصی در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، به ابزاری کلیدی در تولیدات صنعتی، پزشکی، الکترونیک، خودروسازی، هوافضا و حتی هنرهای تجسمی تبدیل شده است. دقت بالا، سرعت چشمگیر، کاهش ضایعات و توانایی انجام برش‌های پیچیده، تنها بخشی از مزایای این روش در مقایسه با روش‌های سنتی مانند برش مکانیکی یا حرارتی است.

اما دقیقا فناوری برش لیزری چیست و چگونه کار می‌کند؟ چه انواعی دارد؟ در چه حوزه‌هایی کاربرد دارد و چرا بسیاری از صنایع بزرگ جهان به آن روی آورده‌اند؟ در این مقاله، با تکیه بر منابع علمی معتبر و داده‌های فنی به‌روز، به بررسی جامع اصول عملکرد، مزایا، انواع و کاربردهای گسترده برش لیزری خواهیم پرداخت.

تعریف برش لیزری

در تعریفی که می‌توان برای برش لیزری چیست ارائه داد باید بگوییم که یک فرآیند حرارتی دقیق و غیرتماسی است که در آن از یک پرتو لیزر با توان بالا برای برش، شیاردهی یا جداسازی مواد استفاده می‌شود. این پرتو نوری، به‌صورت متمرکز بر سطح ماده تابیده شده و با ایجاد دمای بالا در ناحیه بسیار کوچک، ماده را ذوب، تبخیر یا از طریق واکنش شیمیایی (مانند اکسیداسیون) حذف می‌کند. این فرآیند با استفاده از گازهای کمکی (مانند اکسیژن، نیتروژن یا آرگون) به‌منظور کمک به تخلیه مواد ذوب‌شده و بهبود کیفیت برش، تکمیل می‌شود. در این فرآیند، دقت و ظرافت به قدری بالاست که امروزه در حوزه‌هایی مانند برش لیزری فلزات، حکاکی صنعتی، ساخت قطعات پزشکی و حتی هنرهای ظریف جایگاه ویژه‌ای دارد.

پرتو لیزر در این فناوری، معمولاً توسط یکی از سه منبع رایج تولید می‌شود:

• لیزر  CO₂ : مناسب برای برش مواد غیرفلزی و فلزات نازک
• لیزر Nd:YAG یا Nd:YVO₄ فاز جامد:  ایده‌آل برای برش دقیق فلزات و مواد سخت
• لیزر فیبر (Fiber Laser) : مناسب برای برش سریع و دقیق فلزات نازک و ضخیم با بهره‌وری بالا

در این فرآیند، پرتو لیزر توسط عدسی یا آینه‌های بازتابی به نقطه‌ای کوچک متمرکز می‌شود که توان حرارتی فوق‌العاده‌ای ایجاد کرده و باعث تغییر فاز سریع ماده (از جامد به گاز یا مایع) در ناحیه تماس می‌گردد. این ویژگی، برش لیزری را به یکی از دقیق‌ترین روش‌های شکل‌دهی مواد در تولید صنعتی تبدیل کرده است. از مهم‌ترین ویژگی‌های برش لیزری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. دقت بالا (معمولاً در حد میکرومتر)
2. سرعت اجرای بالا
3. قابلیت برش هندسه‌های پیچیده
4. حداقل تغییر در ساختار حرارتی قطعه HAZ کوچک
5. مناسب برای مواد فلزی و غیرفلزی

برش لیزری نه‌تنها جایگزینی برای روش‌های سنتی مانند برش مکانیکی یا پلاسما است، بلکه در بسیاری از کاربردهای نوین مانند میکروماشین‌کاری، ساخت قطعات الکترونیکی و تجهیزات پزشکی، به یک فناوری حیاتی تبدیل شده است.

بیشتر بخوانید: مقایسه کامل برش لیزر و CNC

کاربردهای رایج برش لیزری

برش لیزری به‌دلیل دقت بالا، سرعت اجرا، و قابلیت پردازش طیف وسیعی از مواد، به یکی از پرکاربردترین فناوری‌های ساخت و تولید در دهه‌های اخیر تبدیل شده است. این فناوری اکنون در صنایع مختلف، از مهندسی سنگین تا طراحی ظریف جواهرات، مورد استفاده گسترده قرار گرفته است. در ادامه بررسی می‌کنیم که مهم‌ترین و رایج‌ترین کاربردهای برش لیزری چیست .

صنعت فلزکاری

یکی از اصلی‌ترین حوزه‌های استفاده از برش لیزری، برش فلزات است؛ از فولاد ضدزنگ و آلومینیوم گرفته تا مس و تیتانیوم. فناوری برش لیزری فلزات برای تولید قطعات صنعتی، ساخت شاسی، پانل‌های فلزی، ابزارآلات و سازه‌های دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. شرکت‌های تولید تجهیزات خودروسازی، ماشین‌آلات و هوافضا به طور گسترده از آن بهره‌ می‌برند. از مهم‌ترین مزیت آن می‌توان به دقت بالا، لبه‌های صاف، و عدم نیاز به پرداخت مجدد اشاره کرد.

خودروسازی

برش لیزری در تولید قطعات بدنه، شاسی، سیستم‌های اگزوز، اجزای داخلی و حتی بخش‌هایی از سیستم ترمز استفاده می‌شود. مزیت این فناوری در توانایی تولید انبوه قطعات با کیفیت بالا و هندسه‌های پیچیده است. مزیت کلیدی آن کاهش وزن قطعات با حفظ استحکام، انعطاف در طراحی است.

صنایع الکترونیک و میکروالکترونیک

در تولید مدارهای چاپی  (PCBs)، حسگرهای نوری، میکروچیپ‌ها و قطعات حساس، برش لیزری نقش حیاتی دارد. به‌دلیل مقیاس میکرونی عملیات، لیزر تنها گزینه عملی برای بسیاری از کاربردهای دقیق الکترونیکی است. از مزایای کلیدی آن می‌توان به برش دقیق در ابعاد میکرو، بدون آسیب حرارتی به اجزای حساس اشاره کرد.

صنایع پزشکی و تجهیزات جراحی

در تولید ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌های پزشکی، استنت‌ها و تجهیزات دقیق آزمایشگاهی، از برش لیزری استفاده می‌شود. ترکیب دقت بالا با قابلیت برش مواد زیست‌سازگار مانند تیتانیوم و فولادهای پزشکی، این فناوری را به انتخابی ایده‌آل بدل کرده است. دقت فوق‌العاده بالا، قابلیت استریل‌سازی قطعات از مزایای کلیدی آن است.

صنایع هوافضا و نظامی

در تولید قطعات موتور جت، بال‌ها، اجزای حساس ساختاری و سیستم‌های تسلیحاتی، از برش لیزری برای دستیابی به هندسه‌های پیچیده با تحمل‌های بسیار کم استفاده می‌شود. از مهم‌ترین مزیت آن می‌توان به برش با دقت بالا در آلیاژهای خاص با کمترین آسیب حرارتی اشاره کرد.

هنر و طراحی، معماری و دکوراسیون داخلی

برش لیزری به هنرمندان، طراحان صنعتی و معماران این امکان را می‌دهد که طرح‌های پیچیده و منحصر به‌فرد را روی مواد مختلف پیاده‌سازی کنند. از جمله کاربرد این روش جذاب می‌توان به برش لیزری چوب اشاره کرد که در ساخت ماکت‌های معماری، قطعات تزئینی و لوگوهای سفارشی استفاده می‌شود. ضمن اینکه از برش‌های لیزری مواد دیگری همچون آکریلیک، MDF، شیشه و فلز  هم در خلق اثرات هنری، معماری و دکوراسیون داخلی استفاده می‌شود. جالب این است که این فناوری مرزهای خلاقیت را گسترش داده است و مهم‌ترین مزایای آن امکان اجرای طرح‌های پیچیده با دقت هنری بالا است.

صنعت بسته‌بندی و چاپ

در طراحی بسته‌بندی‌های لوکس، قالب‌های دایکات، و حتی برش مقوا و پلاستیک برای نمونه‌سازی اولیه، از لیزر استفاده می‌شود. همچنین، در حکاکی برچسب‌ها و کدگذاری سریالی روی محصولات، برش و حکاکی لیزری کاربرد دارد.

صنعت تبلیغات و ساخت تابلو

در صنعت تبلیغات و ساخت تابلو، از آکریلیک به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. در این زمینه، برش لیزری پلکسی به‌عنوان روشی ایده‌آل برای تولید تابلوهای شفاف و رنگی، صفحات نمایش و قطعات تزئینی کاربرد دارد. از مزایای مهم آن انعطاف بالا در طراحی بسته‌بندی و نمونه‌سازی سریع است.

اگر قصد دارید پروژه‌ای صنعتی یا هنری را با لیزر اجرا کنید، استفاده از خدمات برش لیزری حرفه‌ای علیا لیزر می‌تواند کیفیت نهایی کار را به‌طرز چشمگیری افزایش دهد.

برش لیزری چگونه انجام می‌شود؟

در پاسخ به این سوال که فرآیند انجام برش لیزری چیست باید بگوییم این فرآیند بر پایه تبدیل انرژی نور به انرژی حرارتی انجام می‌شود. در این روش، یک پرتو لیزر بسیار متمرکز با توان بالا به سطح ماده تابانده می‌شود. این پرتو معمولاً قطری در حد چند دهم میلی‌متر دارد اما انرژی فوق‌العاده‌ای را در خود متمرکز کرده است. وقتی این انرژی به ماده برخورد می‌کند، دمای موضعی به سرعت افزایش یافته و ماده را ذوب، تبخیر یا اکسید می‌کند. هم‌زمان، گاز کمکی (مانند اکسیژن، نیتروژن یا آرگون) به ناحیه تماس دمیده می‌شود تا مواد مذاب را از ناحیه برش خارج کرده و کیفیت برش را ارتقا دهد. مراحل کلیدی در فرآیند برش لیزری عبارت‌اند از:

1. تولید پرتو لیزر: توسط منبع لیزر  CO₂، فایبر یا  Nd:YA
2. هدایت پرتو: از طریق آینه‌ها یا فیبر نوری به نازل دستگاه منتقل می‌شود
3. متمرکز کردن پرتو: به کمک لنزهای اپتیکی که نقطه‌ای بسیار کوچک با چگالی انرژی بالا ایجاد می‌کنند
4. برش ماده: با افزایش دما، ماده در ناحیه کانونی ذوب یا تبخیر شده و توسط گاز کمکی از برش جدا می‌شود
5. کنترل مسیر برش: از طریق کنترل عددی (CNC)، که دقت بالا و هندسه‌های پیچیده را ممکن می‌سازد

برش لیزری می‌تواند در حالت‌های زیر انجام شود که بسته به جنس ماده و گاز کمکی، انتخاب می‌شود:

1. برش ذوبی  (fusion cutting)
2. برش تبخیری  (vaporization cutting)
3. یا برش واکنشی  (reactive cutting)

چه متریال‌ هایی با برش لیزری قابل برش هستند؟

و اما می‌رسیم به پاسخ این سوال که متریال‌های اصلی برای استفاده در فرآیند برش لیزری چیست ؟ یکی از مزایای کلیدی برش لیزری، تطبیق‌پذیری آن با طیف گسترده‌ای از مواد است. از فلزات و پلیمرها گرفته تا سرامیک، چوب و حتی منسوجات، بسیاری از مواد را می‌توان با لیزر برش داد؛ به شرط آن‌که خواص فیزیکی و نوری آنها برای جذب پرتو مناسب باشد.

فلزات

• فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، تیتانیوم، مس، برنج
• عمدتاً با لیزرهای فایبر و Nd:YAG برش داده می‌شوند
• مناسب برای صنایع خودروسازی، هوافضا، تجهیزات صنعتی

پلاستیک‌ها و پلیمرها

• اکریلیک  (PMMA)، پلی‌کربنات، ABS، PET، پلی‌استر
• CO₂  لیزر برای این دسته بسیار رایج است
• در ساخت اجزای الکترونیکی، ماکت‌سازی، تابلوها کاربرد دارند

چوب و MDF

• برش چوب طبیعی، تخته سه‌لایه، MDF و بامبو با CO₂ لیزر انجام می‌شود
• مناسب برای دکوراسیون، معماری و صنایع دستی

پارچه، چرم و فوم

• از پارچه‌های مصنوعی تا چرم طبیعی و فوم EVA قابل برش هستند
• در مد، کیف و کفش، طراحی داخلی، بسته‌بندی کاربرد دارند

سرامیک، شیشه و کامپوزیت‌ها (با محدودیت)

• برش مستقیم اغلب دشوار و نیازمند لیزرهای مخصوص پالسی یا التراشورت است
• معمولاً در حکاکی یا پردازش سطحی استفاده می‌شود

درنظر داشته باشید که ویژگی‌هایی مانند ضریب جذب پرتو، ضخامت، هدایت حرارتی و خواص نوری ماده، نقش تعیین‌کننده‌ای در انتخاب نوع لیزر و کیفیت برش دارند.

بیشتر بخوانید:  روش های برش ورق پلکسی

معرفی اجمالی انواع دستگاه برش لیزری

دستگاه‌های برش لیزری بسته به نوع منبع لیزر، کاربرد، دقت مورد نیاز و مواد هدف به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در این بخش، رایج‌ترین انواع این دستگاه‌ها را معرفی می‌کنیم:

دستگاه لیزر  CO₂ (Carbon Dioxide Laser)

• منبع: مخلوط گازی  CO₂، نیتروژن و هلیوم
• طول موج: 10.6 میکرومتر
• مناسب برای: چوب، اکریلیک، پارچه، چرم، کاغذ و برخی فلزات نازک
• ویژگی: کیفیت سطح بالا در مواد غیرفلزی، هزینه نگهداری نسبتاً پایین

دستگاه لیزر فایبر (Fiber Laser)

• منبع: لیزر دیودی با تقویت در فیبر نوری
• طول موج: 1.06 میکرومتر
• مناسب برای: فلزات از جمله فولاد، آلومینیوم، مس، برنج
• ویژگی: سرعت بالا، طول عمر زیاد، راندمان انرژی بالا
• کاربرد: برش صنعتی، مارک‌زنی، حکاکی دقیق

دستگاه لیزر Nd:YAG و Nd:YVO₄

• منبع: کریستال نیودیمیوم
• طول موج: 1.064 میکرومتر
• مناسب برای: فلزات سخت، سرامیک، کاربردهای پزشکی و الکترونیک
• ویژگی: امکان پالسی یا پیوسته بودن، برش‌های فوق‌العاده دقیق

لیزرهای فوق‌سریع  (Ultrashort Pulse Lasers – Femtosecond & Picosecond)

• مورد استفاده در میکروماشین‌کاری، برش زیستی، پزشکی، اپتوالکترونیک
• دارای پالسی‌های بسیار کوتاه برای برش بدون آسیب حرارتی

تفاوت برش لیزری با سایر روش‌های برش

انتخاب روش برش مناسب به نیازهای پروژه، نوع ماده و میزان دقت بستگی دارد. در مقابل روش‌هایی مثل پلاسما و واترجت، برش لیزری مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد:

در مقایسه با برش پلاسما:

1. لیزر دقت بسیار بالاتری دارد و انرژی کمتری مصرف می‌کند، مخصوصاً برای فلزات نازک.
2. پلاسما برای فلزات ضخیم مقرون‌به‌صرفه‌تر و سریعتر است، ولی دقت پایین‌تر و زائده بیشتر دارد.

در مقایسه با واترجت:

1. واترجت گرمایی ندارد (HAZ صفر) و تقریباً هر ماده‌ای را برش می‌دهد، اما کندتر و پرهزینه‌تر است.
2. لیزر سریع‌تر، دقیق‌تر و مناسب برش هندسه‌‎های پیچیده است، مخصوصاً برای فلزات و مواد ظریف

به‌طور خلاصه می‌توان گفت که :

• برش لیزری: دقت و سرعت بالا، مناسب مواد نازک و پیچیده
• برش پلاسما: اقتصادی و سریع برای فلزات ضخیم
• برش واترجت: بدون اثر حرارتی، مناسب مواد متنوع ولی کند و پرهزینه

مزایا و معایب برش لیزری

در این بخش از مزایا و معایب برش لیزری خواهیم گفت. ابتدا به مزایا و سپس به معایب آن می‌پردازیم.

مزایای برش لیزری

• دقت میکرونی و کیفیت لبه بی‌نقص، با حدود 0.025 mm تلرانس
• سرعت بالا، تا ده‌ها برابر سریع‌تر از برش مکانیکی
• پرتابه گرما کم HAZ  کوچک که باعث کاهش اعوجاج و آسیب حرارتی می‌شود
• توانایی برش هندسه‌های پیچیده بدون نیاز به قالب
• قابلیت تطبیق با انواع مواد از فلزات تا غیرفلزات

معایب برش لیزری

• هزینه اولیه بالا برای تجهیزات و نگهداری.
• مصرف انرژی زیاد، راندمان سیستم بین ۵–۴۵٪.
• برش محدود مواد ضخیم ؛ اگرچه لیزرهای قوی‌تر گسترش یافته‌اند ولی هزینه‌شان بسیار بالاست
• چالش در برش فلزات بازتابنده مانند مس و آلومینیوم با لیزرهای  CO₂

نکات مهم قبل از سفارش برش لیزری

قبل از آنکه سفارش برش لیزری خود را ثبت کنید، لازم است موارد زیر را درنظر بگیرید:

1. انتخاب نوع ماده و ضخامت: بررسی جذب‌پذیری لیزر و ضخامت؛ فلزات ضخیم هزینه و زمان بیشتری نیاز دارند.
2. کیفیت و پیچیدگی طراحی: طرح‌های پیچیده نیازمند زمان طولانی‌تر و افزایش قیمت هستند.
3. فرمت فایل طراحی: معمولاً فرمت‌هایی مانند DXF یا DWG برای دستگاه‌های CNC استاندارد هستند.
4. محاسبه قیمت: معمولاً با ترکیبی از نرخ بر اساس دقیقه‌کاری، ضخامت، سرب انفصال (pierce)، زمان برش و تعداد قطعات تعیین می‌شود.
5. اقتصاد مقیاس: سفارش تعداد بیشتر معمولاً ارزان‌تر خواهد بود، به دلیل توزیع هزینه راه‌اندازی و مواد.
6. مدیریت مواد و نگهداری: هزینه حمل‌ونقل، بارگیری و حمل مواد به خط تولید افزوده می‌شوند.

جمع‌بندی

در این مقاله مفصل توضیح دادیم برش لیزری چیست. یک فناوری مدرن، دقیق و بدون تماس فیزیکی که با تمرکز پرتو نور لیزر، مواد مختلف را با ظرافتی در حد میکرون برش، حکاکی یا سوراخ‌کاری می‌کند. این روش در صنایع پیشرفته‌ای مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی، الکترونیک، تبلیغات و حتی هنرهای تجسمی به‌کار می‌رود.

این فناوری انواع مختلفی دارد مثل لیزر CO₂، فایبر و Nd:YAG که هرکدام برای مواد خاصی مناسب‌اند؛ از فلزات سنگین گرفته تا چوب، پلاستیک، پارچه و حتی شیشه. برش لیزری نسبت به روش‌های سنتی مانند پلاسما یا واترجت، دقت و کیفیت لبه بسیار بالاتری دارد و برای طرح‌های حساس و پیچیده انتخابی عالی است .در نتیجه، اگر پروژه‌ای دارید که در آن دقت، ظرافت و کیفیت نهایی اهمیت بالایی دارد، برش لیزری می‌تواند بهترین انتخاب شما باشد.

سوالات متداول درباره برش لیزری