چرا لیزرهای فیبر نوری انتخاب اول صنعت‌گران شده است؟!
امروزه اهمیت فناوری فیبر نوری بر کسی پوشیده نیست و در حالی که این فناوری پیشرفته در بسیاری از حوزه‌های صنعتی و پژوهشی وارد شده است اما استفاده از فیبر نوری همچنان در حال تکامل است. معرفی فیبر نوری به دنیای دیجیتال و مبتنی بر داده، امکان افزایش سرعت و مقدار انتقال داده را فراهم کرده است. در میان عموم مردم نیز هرگاه صحبت از فیبر نوری می‌شود، اولین چیزی که به ذهن می‌رسد، فناوری‌های انتقال داده با استفاده انتقال نور در بستر فیبرهای نوری است. اما در چند سال اخیر فناوری فیبر نوری پای خود را فراتر از اذهان عمومی گذاشته است و در بسیاری از حوزه‌های تخصصی به ویژه پردازش مواد لیزری در حال گسترش است.
در محیطهای تولیدی و صنعتی که در حوزه پردازش مواد فعالیت می‌کنند، حضور انواع لیزرها به چشم می‌خورد. با این حال در کشور ما هنوز به طور عمده فناوری لیزرهای صنعتی، به ویژه لیزرهای مبتنی بر فیبر نوری جایگاه خود را نیافته است. شاید مهمترین دلیل آن عدم آشنایی با سیستم‌های لیزر فیبری و مزایای آن است. فناوری لیزرهای فیبر نوری امروزه قادر است نور لیزر با توان بالا را در خود عبور دهد و آن را تقویت کند. مقدار نوری که از طریق کابل فیبر نوری هدایت و تقویت می‌شود اجازه می‌دهد یک پرتو نور قدرتمند، حداقل 2 برابر کارآمدتر از لیزرهای گازی CO2 و یا لیزرهای بالکی باشد. سیستم‌های لیزری مبتنی بر فیبر نوری برای مشاغلی که به دنبال سرمایه‌گذاری در حوزه پردازش مواد از جمله برش لیزری، جوشکاری لیزری، تمیزکاری لیزری، حکاکی لیزری و سایر کاربردهای آن هستند بهترین گزینه برای انتخاب هستند. روی آوردن به صنعت لیزر فیبر نوری نسبت به گزینه‌های جایگزین قدیمی مزایای زیادی دارد که یک صنعت‌گر یا تولیدکننده صنعتی لازم است از آن‌ها مطلع باشد، چرا که در غیر این صورت به زودی از بازار در حال توسعه آن بازخواهد ماند. در این مقاله به طور مختصر به مهمترین مزیت‌های لیزرهای فیبر نوری که امروزه قلب تپنده صنعت پردازش مواد هستند خواهیم پرداخت.
- صرفه‌جویی در هزینه‌های خرید لیزر و نگهداری آن
قطعا برای آن دسته از افرادی که با زحمت فراوان در حوزه پردازش مواد لیزری سرمایه گذاری کرده‌اند، لیزر فیبر نوری یکی از با ارزش‌ترین گزینه‌ها خواهد بود. چرا که نسبت به قیمت آن در مقایسه با سایر لیزرهای موجود مانند لیزر دی‌اکسید کرین، بسیار مقرون به صرفه است. فناوری لیزر فیبر نوری با کاهش هزینه‌ها، نشان‌دهنده صرفه‌جویی عظیم، هم در خرید اولیه و هم در طول عمر لیزر است. لیزرهای فیبر نوری مانند سایر فناوری‌های لیزری، به آینه‌های نوری گران قیمت نیاز ندارند. هر آنچه که در سیستم‌های لیزری پیچیده و گران‌قیمت نسل قبل اتفاق می‌افتد، اینجا درون تارهای نازک فیبر نوری رخ می‌دهد. علاوه بر این، لنز فوکوس در معرض دید قرار نمی‌گیرد، بلکه در داخل سر برش یا همان هد اپتیکی، مهر و موم شده است و از آلودگی و آسیب در محیطهای صنعتی در امان است. به همین دلیل، لنز فوکوس، زمانی که به درستی نگهداری شود، به جای اینکه آسیب ببیند و نیاز به تعویض یا نظافت مداوم داشته باشد، طول عمر بالاتری نیز خواهد داشت و از آسیب به سایر قسمت‌های لیزر نیز جلوگیری می‌کند. کسانی که با لیزرهای گازی کار کرده باشند قطعا لیزرهای فیبر نوری را ترجیح می‌دهند.
عدم وجود قطعات متحرک در ساختار لیزر فیبری
قطعات متحرک منجر به افزایش تعمیر و نگهداری و افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. از آنجایی که در لیزرهای فیبر نوری، پالس‌های نور از طریق کابل فیبر نوری ارسال می‌شود، برای تولید نور لیزر نیازی به آینه‌های متحرک و گران قیمت نیست. انواع دیگر لیزرها از آینه‌هایی که به سرعت در حال حرکت هستند برای افزایش توان لیزر استفاده می‌کنند. برای افزایش طول عمر آینه به تعمیر و نگهداری منظم نیاز است. این باعث کاهش سرعت بهره‌وری می‌شود. با این حال، اگر تعمیر و نگهداری منظم انجام نشود، احتمال خسارت‌های مالی هم برای لیزر و هم برای مواد تحت پردازش افزایش می‌یابد. لیزرهای فیبر نوری با ساختار کاملا مهر و موم شده و بدون قطعات اپتیکی متحرک از این عوامل جلوگیری می‌کند.
- سرعت بالای پردازش مواد در لیزرهای فیبر نوری
یکی دیگر از مزایای استفاده از لیزر فیبر نوری، افزایش سرعت پردازش مواد است. به طور مثال هنگام برش یک خط مستقیم به ضخامت 1 میلی‌متر، لیزر مبتنی بر فیبر می‌تواند 3 برابر سریع‌تر از لیزرهای قدیمی‌تر برش دهد. این شامل برش موادی مانند فولاد ضد زنگ است. برش ورق‌های با ضخامت بالاتر با مواد مختلف از جمله آهن، استیل، آلومینیوم و … نیز با لیزرهای فیبر نوری سریع‌تر است. در کارگاه‌های بزرگ و خطوط تولید صنعتی با حجم بالا، سرعت پردازش با لیزرهای فیبر نوری یکی از گزینه‌های بسیار مهم تلقی می‌شود، چرا که می‌تواند منجر به تولید حداقل 2 یا 3 برابر، در زمان مشابه نسبت به لیزرهای سنتی دیگر شود.
پردازش مواد بازتابنده نور با لیزرهای فیبر نوری
یکی از مشکلات عمده در استفاده از لیزرهای سنتی که با آینه‌ها کار می‌کنند، مربوط به بازتاب نور به داخل لیزر به ویژه در پردازش مواد با خاصیت بازتابندگی نور است. نور بازتابیده شده به سیستم لیزر باعث آسیب قطعات اپتیکی می‌شود. به همین دلیل، لیزرهای سنتی اغلب برای برش فلزات برنج، آلومینیوم و مس استفاده نمی‌شوند. با لیزرهای فیبر نوری، این مشکل به طور کامل رفع می‌شود و امکان پردازش طیف وسیعی از مواد را فراهم می‌کند.
- راندمان الکتریکی بالاتر در لیزرهای فیبر نوری
لیزرهای گازی CO2 در مقایسه با لیزرهای فیبر نوری، معمولا به مقدار قابل توجهی انرژی بیشتر برای تولید پرتو لیزر نیاز دارند. در واقع، یک دستگاه برش لیزر فیبر 2 کیلوواتی از یک سوم توان به عنوان یک دستگاه 4 کیلووات CO2 استفاده می کند. این بدان معناست که پیکربندی فیبر نوری نه تنها در هر بار استفاده در مصرف انرژی صرفه جویی می کند، بلکه به دلیل نیاز به انرژی کمتر، به افزایش طول عمر سخت افزار نیز کمک می کند.
کیفیت پرتو در لیزرهای فیبر نوری
عواملی مختلفی مانند طول موج جذب، چگالی انرژی یا توان اپتیکی، قطر پرتو، میزان واگرایی پرتو و … کیفیت یک پرتو لیزر را مشخص می‌کند. این ویژگی‌ها در سرعت ساخت مواد و پردازش آن‌ها با لیزر نیز تاثیر زیادی دارد. به همین دلیل است که سرعت پردازش لیزر فیبر نوری بیشتر از سایر لیزرها است. به عنوان مثال یک لیزر فیبر 2 کیلوواتی در مقایسه با یک لیزر دی‌اکسید کربن 4 کیلوواتی، حدود 5 برابر چگالی توان بیشتری را در نقطه کانونی تولید می‌کند. همچنین به دلیل طول موج کوتاه‌تر لیزر فیبر، ویژگی جذب نور در ماده به بیش از 2 برابر افزایش پیدا می‌کند. جذب بیشتر طول موج لیزر فیبر نوری و چگالی توان بالاتر ایجاد شده توسط پرتو متمرکز، علاوه بر افزایش سرعت، دقت پردازش را نیز بالا برده و موجب افزایش چشم‌گیر بازده خط تولید و پردازش مواد می‌شود. در مقاله دیگری به طور مفصل به مقایسه لیزرهای فیبر نوری و لیزر CO2 خواهیم پرداخت.