برش لیزری CNC برای عملکرد دقیق به هوای فشرده زیادی نیاز دارد تا دود و برادههای برش را از مسیر پرتوی لیزر و دید اپراتور دور کند. کمپرسور هوای صنعتی و سیستمهای هوای فشرده در کنار آب، برق و گاز طبیعی چهارمین ابزار بشر در کارها شناخته شده اند؛ در کارگاههای برش لیزری که بر روی فلز، پلاستیک و چوب کار میکنند نیز حضور این ماشین آلات ضروری است.
اهمیت کمپرسور هوا برای برش لیزری
در تولید مدرن فلزات دستگاههای برش لیزری به خاطر سرعت و دقت کاربرد گستردهای دارند. این ماشین آلات در صنایع خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و ساخت و ساز استفاده میشود و بسیاری از مالکان و اپراتورها از نقش مهم کمپرسور صنعتی در این فرآیند غفلت میکنند.
برش لیزری چیست؟
برش لیزری فرآیندی حرارتی و بدون تماس است که از پرتوی متمرکز لیزر برای ذوب، سوزاندن و تبخیر مواد فلزی، پلاستیکی و چوبی استفده میکند. پرتوی لیزر از منبع کربن دی اکسید یا الیاف لیزری ساطع شده و با کمک سیستم اپتیکی و عدسی با چگالی بالا بر نقطهای متمرکز میشود.
تمرکز پرتو در سطح ماده افزایش حرارت فوری و ذوب یا تبخیر را به همراه دارد. همزمان گاز با فشار قوی مواد ذوب شده را از ناحیهی برش خارج میکند تا نتیجه برشی تمیز با حداقل تاثیر مخرب گرما بر روی قطعه باشد. برای این منظور از گازهایی چون اکسیژن، نیتروژن و هوای فشرده استفاده میشود.
نیاز ماشین آلات لیزری به هوای فشرده؟
نقش هوای فشرده در برش لیزری بر سه قسم است. نخست به پلیسهبرداری و پاکسازی باقیماندههای ذوب شده از ناحیهی برش میپردازد تا لبههای بهتر و خروجی بهتری داشته باشیم. سپس اجزای حساس چون عدسیها و آینهها را خنک میکند و این عمل عمر آنها را نیز ارتقا میبخشد. در نهایت نیروی سیستمهای پنوماتیکی همچون سیلندر و گیره را تامین میکند.
در کارگاه برش لیزری کمپرسور هوای فشردهی مورد نیاز برای راهاندازی و فعالیت ماشین آلات بادی را فراهم میکند و این ماشین آلات وظایف جابجایی و هندلینگ، قراردهی و حتی شکلدهی را بر عهده دارند. علاوه بر این همان هوای فشرده برای خنک کردن عدسیها و اپتیکهای لیزر و تمیزکاری کارگاه استفاده میشود. اما مهمترین نقش هوای فشرده در برش لیزری چیست؟ تامین گازهای برش مهمترین وظیفهی کمپرسور در کارگاههای برش است که دود و برادهها را از مسیر پرتوی لیزر و دید اپراتور کنار میزند. در این قبیل کارگاهها از نیتروژن یا اکسیژن برای این منظور استفاده میشود، اما هوای فشرده نیز به عنوان گازی ارزان قیمت در بسیاری موارد در نقش گاز برش عمل کرده و مزیتهای افزایش سرعت برش و افزایش ظرفیت تولید را دارد.
هشدار: ضرورت پاکی و خشکی هوای فشرده
حضور روغن یا آب در هوای فشرده به اپتیک لیزر آسیب خواهد زد. کوچکترین قطرات روغن یا آب پرتوی لیزر را پخش کرده، کیفیت برش را کاهش میدهد. در نتیجه حضور ذرات آلاینده باعث قطعی کار خطر تولید و تعمیرات پرهزینه خواهد شد.
ماشین آلات برش لیزری با توان بالاتر از ۶ کیلووات به طور جدیترین به حضور ذرهای از روغن و آب حساس هستند و هد لیزر آسیب دائمی خواهد دید. راه چاره استفاده از کمپرسور هوای صنعتی با سیستمهای چندمرحلهای فیلتر و درایر است تا هوای خروجی کاملا تمیز، خشک و بدون روغن باشد.
آیا واقعا به کمپرسور هوا برای برش لیزری نیازمندیم؟
در تئوری و عمل بعضی از دستگاههای برش لیزری با گازهای سیلندرشدهای مثل نیتروژن و اکسیژن هم کار میکنند و در عمل نیازی به کمپرسور هوا ندارند. اما این روشها هزینهی بالا برای خرید مداوم گاز، جریان کم برای مواد ضخیمتر و فشار ناپایدار در کارهای پیچیده را به همراه دارد که مشکلآفرین است.
برای لیزرهای قویتر و مواد ضخیم با قطر بیش از ۱۰ میلیمتر حضور کمپرسور صنعتی هوای فشرده فقط یک مزیت نیست، بلکه ضرورت است تا سرعت برش دقیقتر بوده و برشی نرمتر داشته باشیم. همچنین کمپرسور هوا زنگزدگی را کاسته و مقدار برگشتی یا rebate را کم میکند. بدیهی است هزینهی اولیهی بیشتر و اگاهانهتر عمر لیزر را ارتقا خواهد داد.
مزایای اصلی کمپرسور هوای مخصوص لیزر
۱. هوای تمیز، خشک و بدون روغن که از آسیب به عدسیها و نازلها جلوگیری کرده و از معایب محصول نهایی میکاهد. همچنین هزینههای تعمیر را پایین خواهد آورد.
۲. فشار پایدار و جریان بالای کمپرسور هوا کار روی مواد سخت و ضخیم را ممکن ساخته و دقت و یکنواختی برش را به همراه دارد.
۳. با بکارگیری اینورترها و موتورهای راندمان بالا کارایی انرژی افزایش یافته و مصرف برق کاهش می یابد.
۴. کمپرسور امکان ادغام با سیستم کنترل لیزر را داشته و خودبخود فشار و هوادهی را تنظیم میکند.
تولید نیتروژن در محل کارگاه
مهمترین ویژگی نیتروژن که کاربرد آن را زیاد کرده است، واکنشناپذیری آن با سایر گازهاست، این ویژگی کاملا در تضاد با واکنشپذیری بالای اکسیژن قرار دارد. به موجب ساختار شیمیایی، اتمهای نیتروژن انرژی بسیار زیادی برای شکستن و واکنش با سایر مواد نیاز دارند. این در حالیست که مولکولهای اکسیژن راحتتر شکسته شده و واکنش می دهند. نیتروژن امکان ایجاد فضای غیرواکنشی را فراهم می آورد.
برخی از کارگاههای برش لیزری دستگاههای تولید نیتروژن خریداری کرده اند تا به تامین کنندگان خارجی وابسته نباشند. نیتروژن حدود ۷۸ درصد از هوای جو را تشکیل میدهد و جداسازی و تخلیص آن با بهرهگیری از تکنولوژیهای مختلفی، به ویژه جداسازی با هوای فشرده و فناوری غشایی انجام میشود.
مزایای تولید نیتروژن داخل کارگاه
برای دستیابی به گاز نیتروژن سه راه وجود دارد: یکی تجهیز واحد به تانک نیتروژن و دریافت دورهای (تزریق به مخزن و نگهداری برای مصارف) است. دیگری دریافت نیتروژن در بطریهای فشار بالاست و در نهایت گزینهی سوم تولید نیتروژن خود، در محل، با کمک کمپرسور هواست.
راه اندازی سیستم تولید نیتروژن در محل کارگاه نسبت به بطریهای نیتروژن و دریافت دورهای آن مزایای زیر را دارد:
۱. مشکلات زنجیرهی تامین برطرف میشود. دیگر کارگاه نگران تاخیر در تحویل یا کمبود گاز نخواهد بود. برای مثال در دورهی کرونا مشکلات ناگهانی زنجیرهی تامین نیاز به داخلیسازی و عدم برونسپاری را برجسته کرد.
۲. تا ۷۵ درصد هزینهی تامین نیتروژن کاهش می یابد که به عبارتی پس از ۲ سال سرمایهی اولیهی راهاندازی این سیستم را جبران خواهد کرد.
۳. سیلندرهای نیتروژن جاگیرند. با سیستم داخلی تولید نیتروژن فضای آن آزاد میشود.
۴. کنترل مناسبی بر کیفیت و خلوص گاز خود خواهید داشت.
۵. نگهداری سیلندرهای نیتروژن خطرناک است و حذف آن ایمنی را افزایش میدهد.
تولید نیتروژن در داخل کارگاه به دو روش رایج غشایی و جذب سطحی با نوسانات فشار انجام میشود. در روش اول هوا وارد دستگاه شده و از الیاف مخصوص گذر داده میشود تا اکسیژن، دی اکسید کربن و بخار آب آن تفکیک شده و نیتروژن خالصتر باقی بماند. در این عملیات البته که حجم هوا، یعنی نیتروژن باقیمانده، کاسته خواهد شد و بایستی با سایزین دقیق مقدار نیتروژن مورد نیاز تامین شود. در روش دوم که اصطلاحا PSA نامیده میشود هوا تصفیه شده و وارد برجهای جداکننده با دانههای جاذب میشود. دانههای جاذب اکسیژن و دیگر گازها را جذب کرده و نیتروژن با خلوص بالاتری حاصل میشود.
چطور شروع کنم؟
متخصصان هوای فشرده بودجه، نیاز گاز و تعداد دستگاههای برش لیزر و درصد استفادهی هرکدام را ارزیابی میکنند. سایز سیستم نیتروژن یا هوای فشرده بایستی به شکلی تعیین شود که جریان گاز مطمئن و پیوسته برقرار باشد. اصطلاحا ابتدا ممیزی هوای فشرده انجام میشود. مقدار ذخیرهسازی فعلی، میزان نیتروژن یا هوای فشرده مصرفی و دفعات پر کردن از فروشندگان بیرونی بررسی میشود و حجم یا دقیقتر شارش حجمی مورد نیاز تبیین میگردد.
در نتیجهی بررسیها ممکن است سیستم موجود توسعه یافته یا واحد مستقل تولید نیتروژن، بسته به طراحی کارخانه، نیاز فعلی و پیشبینی نیاز آینده پیشنهاد شود. از گرانترین قطعاتی که برای تولید نیتروژن استفاده میشود غشا یا ممبرانی است که در اثر کیفیت پایین هوای ورودی سریعتر خراب شده و هزینه را افزایش میدهد. به همین موجب بهتر است از سیستم هوای فشرده به خوبی مراقبت شود تا هوای خشک و تمیز، عاری از رطوبت و گرد و غبار در اختیار واحد نیتروژن ساز قرار دهد. اختلاف فشار فیلترهای خطی را بررسی کنید، ورودی هوا، فیلترهای هوا و مبدلهای حرارتی را بازرسی و تمیز کنید و از عملکرد بهینهی درایر کمپرسور منجمله تلهها و درینها اطمینان حاصل کنید.
