التعليم بالليزر، كتقنية معالجة حديثة عالية الدقة وغير تلامسية، تم تطبيقها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل معالجة المعادن والرقائق الإلكترونية والمنتجات البلاستيكية والأجهزة الطبية. تشتهر بديمومتها وتعريفها العالي وصداقتها للبيئة. ومع ذلك، قد يتجاهل العديد من المستخدمين عاملاً رئيسياً: الظروف البيئية. لا يتم إجراء التعليم بالليزر في فراغ. حتى أدنى التغييرات في البيئة المحيطة يمكن أن تعمل مثل "اليد الخفية"، مما يؤثر بعمق على تأثير التعليم النهائي وعمر المعدات واستقرار المعالجة.
ستقوم هذه المقالة بتحليل منهجي لكيفية تأثير العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة والنظافة والاهتزاز وإمدادات الطاقة على عملية التعليم بالليزر، وتقديم الحلول المقابلة.
أولاً. درجة الحرارة: حجر الزاوية للاستقرار الحراري
الليزر نفسه مصدر حرارة، وحالته التشغيلية حساسة للغاية لدرجة الحرارة المحيطة.
التأثير على الليزرات: تتمتع معظم ليزرات الألياف وليزرات ثاني أكسيد الكربون بنطاق درجة حرارة تشغيل مثالي (عادةً ما بين 15 درجة مئوية و 25 درجة مئوية). يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المحيطة المرتفعة بشكل مفرط إلى زيادة الحمل على نظام التبريد الداخلي لليزر، وتقليل كفاءة التبريد، وقد تتسبب في اضمحلال طاقة الليزر، وتدهور جودة شعاع الإخراج (تدهور الوضع)، وحتى تشغيل الحماية من الحرارة الزائدة والإغلاق. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فقد تتسبب في تجميد ماء التبريد (للمعدات المبردة بالماء)، مما يؤدي إلى إتلاف المكونات الدقيقة.
التأثير على المكونات البصرية: يمكن أن تسبب تقلبات درجة الحرارة الشديدة التمدد والانكماش الحراري للمكونات البصرية مثل العدسات المركزة والقياسات الكهربائية. سيؤدي هذا إلى تغيير انحناء العدسة وموضعها النسبي، مما يؤدي إلى انحراف الطول البؤري وتشوه البقعة. يتجلى ذلك في خطوط تعليم سميكة وعمق غير متساو وأنماط عامة مشوهة.
التأثير على المواد: تختلف استجابات المواد المختلفة لليزر. ستؤدي درجة الحرارة المحيطة إلى تغيير درجة الحرارة الأولية لقطعة العمل، مما يؤثر بالتالي على كفاءتها في امتصاص طاقة الليزر. على سبيل المثال، في البيئات الباردة، قد تتطلب قطع العمل المعدنية طاقة ليزر أعلى لتحقيق نفس عمق التعليم، مما يزيد من عدم اليقين في العملية.
الحل
قم بتركيب المعدات في ورشة عمل يتم التحكم في درجة حرارتها ومجهزة بتكييف الهواء.
تأكد من أن نظام تبريد الليزر (تبريد بالهواء أو تبريد بالماء) يعمل بشكل صحيح وقم بصيانته بانتظام.
قبل المعالجة، اترك المعدات تسخن لفترة من الوقت للوصول إلى حالة مستقرة حرارياً.
ثانياً. الرطوبة: تهديدات خفية للتآكل والتكثف
الرطوبة في الهواء، وخاصة الرطوبة العالية، هي "القاتل الخفي" لمعدات الليزر.
خطر التكثف: عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من درجة حرارة نقطة الندى، سيتكثف بخار الماء في الهواء إلى قطرات ماء على الأسطح المعدنية الباردة. بمجرد تكون ماء التكثف في تجويف الليزر، أو على سطح العدسات البصرية، أو حتى داخل رأس إخراج الليزر، يمكن أن تكون العواقب وخيمة. عندما تبتل العدسة، فإنها ستسخن بسرعة عندما يمر الليزر من خلالها، مما يتسبب في تشقق الطلاء الموجود على العدسة وتحطم العدسة. يمكن أن يتسبب ماء المكثف أيضًا في صدأ الأجزاء المعدنية والدوائر القصيرة في الدوائر.
التأثير على المواد: يمكن لبعض المواد (مثل الخشب وبعض المواد البلاستيكية) أن تمتص الرطوبة من الهواء. عندما تتعرض قطع العمل الرطبة للحرق بالليزر، سيحدث تبخر غير متساوٍ، مما يتسبب في تحول لون التعليم إلى اللون الأصفر أو الأسود (مع زيادة الكربونية)، أو يؤدي إلى تأثير "هالة الماء" غير الواضح على الحواف.
الحل
تحكم بدقة في الرطوبة في ورشة العمل. يجب الحفاظ على الرطوبة النسبية المثالية بين 40٪ و 60٪. يمكن تجهيز مزيل الرطوبة الصناعي.
عندما لا يتم تشغيل المعدات، حافظ على درجة الحرارة في غرفة الآلة أعلى بمقدار 2-3 درجات مئوية من درجة الحرارة المحيطة لمنع التكثف.
بالنسبة للمواد المسترطبة، يجب إجراء معالجة التجفيف قبل المعالجة.
ثالثاً. النظافة: "العدو الطبيعي" للمسارات البصرية
آلة التعليم بالليزر هي جهاز دقيق يدمج البصريات والميكانيكا والإلكترونيات. أي تلوث صغير سيعيق أو يشتت مسار الضوء.
تلوث الغبار: ستلتصق مسحوق المعادن والحطام البلاستيكي والغبار الشائع والمواد الأخرى العائمة في الهواء بالعدسات الواقية والعدسات المركزة ومرايا القياس الكهربائي لليزر.
فقدان الطاقة: يمكن أن تمنع البقع وتشتت طاقة الليزر، مما يؤدي إلى عدم كفاية الطاقة الفعالة التي تتلقاها قطعة العمل، مما يتسبب في أن يصبح التعليم أضحل أو حتى مستحيلاً.
التلف البصري: ستمتص الملوثات الموجودة على العدسة طاقة الليزر وتولد حرارة، مما يخلق نقاطًا ذات درجة حرارة عالية محلية تحرق طلاء العدسة والركيزة بشكل دائم.
تدهور الدقة: سيعمل الغبار الذي يستقر على القضبان الإرشادية والبراغي اللولبية على تسريع التآكل الميكانيكي والتأثير على دقة الحركة.
التلوث الكيميائي: ستؤدي الغازات المسببة للتآكل (مثل الضباب الحمضي وضباب الملح) الموجودة في بيئات معالجة معينة إلى تآكل المعادن والمكونات البصرية المكشوفة للمعدات ببطء، مما يقلل من عمرها التشغيلي.
الحل
قم بإنشاء ورشة تعليم مستقلة ونظيفة، معزولة عن العمليات المولدة للغبار مثل الختم والقطع.
نظف العدسات البصرية بانتظام (حسب ساعات العمل أو حسب الحاجة) باستخدام الإيثانول اللامائي وورق العدسة.
قم بتجهيز المعدات بأغطية واقية وأغلق الأبواب الواقية عند التشغيل.
رابعاً. الاهتزاز وتدفق الهواء: معطلو الاستقرار
يعتمد التعليم بالليزر على نظام مسار بصري دقيق للغاية، وأي اهتزاز صغير هو عدوه اللدود.
تأثير الاهتزاز: إذا تم تركيب المعدات بالقرب من مكبس اللكم أو أداة آلة CNC أو مروحة كبيرة، فسيتم نقل الاهتزاز من الأرض إلى جسم آلة التعليم. سيتسبب هذا في تحول المسار البصري واهتزاز القياس الكهربائي، والذي يتجلى في صور مزدوجة، ونقاط، وخطوط غير متماسكة في نمط التعليم. سيؤدي العمل في بيئة تهتز لفترة طويلة إلى إتلاف دقة محرك القياس الكهربائي والمحامل بشكل خطير.
تأثير تدفق الهواء: يمكن أن يتداخل تدفق الهواء القوي (مثل نفخ المروحة المباشر، وتدفق الهواء من الأبواب والنوافذ) مع مسار العادم للدخان والغبار المتولد أثناء عملية التعليم، مما قد يتسبب في إعادة التصاق هذه الملوثات بسطح قطعة العمل، وتلويث منطقة التعليم، والتسبب في تأثير تعليم غير متساوٍ. في الوقت نفسه، سيتسبب تدفق الهواء أيضًا في اضطرابات طفيفة للمسار البصري.
الحل
قم بتركيب وسادات ممتصة للصدمات للمعدات أو ضعها على منضدة عمل صلبة ومستقرة.
حافظ على المعدات بعيدًا عن مصادر الاهتزاز الكبيرة.
تجنب توجيه مخرج هواء مكيف الهواء أو المروحة مباشرة إلى مسار الضوء ومنطقة المعالجة.
خامساً. إمدادات الطاقة الكهربائية: مصدر الطاقة
إمداد الطاقة المستقر والنقي هو الشرط الأساسي للإخراج المستقر لليزر.
تقلب الجهد: يمكن أن يؤثر كل من الفولتية المرتفعة والمنخفضة بشكل مفرط على حالة عمل مزود طاقة الليزر، مما يؤدي إلى طاقة إخراج غير مستقرة وعمق تعليم غير متساوٍ. يمكن أن تتسبب تقلبات الجهد الشديدة في احتراق وحدات الطاقة أو بطاقات لوحة التحكم.
الاندفاع والتداخل: قد تتسبب تيارات الاندفاع في شبكة الطاقة والتداخل الكهرومغناطيسي من المعدات الأخرى عالية الطاقة في تجميد نظام التحكم في آلة التعليم أو تعطله، مما يؤدي إلى مقاطعة المعالجة أو المنتجات المعيبة.
الحل
قم بتجهيز آلة التعليم بالليزر بمثبت جهد وإمداد طاقة غير منقطع (UPS) لتصفية تداخل الشبكة وتوفير الحماية من انقطاع التيار الكهربائي.
تأكد من أن المعدات مؤرضة جيدًا.
تأثير العوامل البيئية على التعليم بالليزر شامل ومنهجي. لتحقيق إنتاج تعليم بالليزر مستقر وفعال وعالي الجودة، يجب على المرء ألا يركز فقط على المعدات ومعلمات العملية.