ماشین‌کاری
روش‌های نوین ماشین‌کاری > ماشین‌کاری پرتو لیزری

ماشین‌کاری پرتو لیزری (به انگلیسی: Laser beam machining) به صورت مخفف (LBM) یک روش براده برداری است که نتیجه عمل پرتو متمرکز لیزر بر مواد مورد ماشینکاری است. در این فرایند، با انتقال انرژی فوتونیک به سطح قطعه، انرژی حرارتی آزاد شده و در اثر این حرارت در محل تابش لیزر، مواد به صورت مذاب یا بخار از قطعه جدا می‌شوند. ماشین کاری پرتو لیزر (LBM) یک فرایند تولید غیرمعمول ماشین کاری است. نوعی ماشین کاری که در آن لیزر برای ماشین کاری به سمت قطعه کار هدایت می‌شود. در این فرایند از انرژی حرارتی برای حذف مواد از سطوح فلزی یا غیر فلزی استفاده می‌شود. فرکانس بالای نور تک رنگ بر روی سطح زمین می‌افتد و سپس گرم شدن، ذوب شدن و بخار شدن مواد به دلیل برخورد با فوتون‌ها اتفاق می‌افتد. ماشینکاری پرتو لیزر برای مواد شکننده با هدایت کم مناسب است، اما می‌تواند در بیشتر مواد استفاده شود. مکانیزم سیستم تمرکز لیزر مشابه مکانیزم سیستم جوشکاری لیزری است. ماشینکاری لیزری به سه دسته اصلی ماشین کاری لیزری یک بعدی، ماشینکاری لیزری دو بعدی و ماشینکاری لیزری سه بعدی تقسیم می‌شود. ماشین کاری لیزری یک بعدی در واقع همان سوراخکاری لیزری است، که فقط در امتداد پرتو لیزر، ماشین کاری انجام می‌شود. ماشین کاری دو بعدی شامل برشکاری لیزری، شیار زنی لیزری و علامت زنی لیزری می‌باشد که برشکاری لیزری بیشترین کاربرد را در این بخش دارد. در این روش امکان ایجاد شکل دو بعدی با برش قطعات تخت و مسطح در ضخامت‌های کم وجود دارد. ماشین کاری سه بعدی شامل تراشکاری لیزری، فرزکاری لیزری و حکاکی لیزری است که در این روش معمولاً از دو پرتو متمرکز شده‌استفاده شده و از قطعات براده برداری می‌کنند. پروسه ماشینکاری لیزری با ماشین کاری‌های سنتی بسیار متفاوت است. در ماشینکاری سنتی، اساس براده برداری بر ایجاد تنش‌های مکانیکی از طرف اجزاء برنده بر قطعات است، ولی در ماشینکاری لیزری اساس براده برداری بر تمرکز انرژی حرارتی بر روی قطعه کار است. ماشین کاری لیزری ماشین کاری با پرتو لیزر به صورت گسترده برای سوراخ کاری و برشکاری فلزات، سرامیک‌ها و مواد کامپوزیتی به کار می‌رود. با استفاده از این روش می‌توان سوراخ‌هایی با قطر کمتر از 0.05mm با نسبت نسبت عمق به قطر ۵۰ به ۱ ایجاد کرد. همچنین، برش صفحات فولادی به ضخامت کمتر از 40mm به این روش امکان‌پذیر و مقرون به صرفه است. نوعی ماشین کاری پرتو لیزر را می‌توان بدون ذوب شدن سطح روی شیشه انجام داد. با شیشه حساس به نور، لیزر ساختار شیمیایی شیشه را تغییر می‌دهد و اجازه می‌دهد تا به صورت انتخابی اچ شود. مزیت این شیشه این است که می‌تواند دقیقاً دیواره‌های عمودی تولید کند. امروزه پرتو لیزری راه حل مناسبی برای ماشین کاریهای سخت و پیچیده همانند آلیاژهای مقاوم در برابر دمای بالا، انواع کاربیدها، مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف و سرامیک‌ها به‌شمار می‌رود. این روش با خواص مواد همانند هدایت گرمایی، ظرفیت گرمایی و دمای ذوب و جوش سر و کار دارد. در این روش، پرتوهای لیزری که پس از برخورد با سطح قطعه کار منعکس نشده بلکه جذب آن می‌شوند باعث تولید گرما می‌شوند. در نتیجه دمای سطح قطعه کار افزایش می‌یابد. این فرایند منجر به ذوب شدن و تبخیر ماده در ناحیه برخورد پرتوها می‌شود. استفاده از پرتو لیزری با شدتی بیش از حد مورد نیاز باعث می‌شود ناحیه پلاسما مانندی در سطح موردنظر از قطعه کار ایجاد شود که خود باعث جذب یا پراکندگی پرتوهای لیزر بعدی شده و در نتیجه بازده را کاهش می‌دهد. بسته به جنس قطعه کار با یک طول موج مشخص، هرچه انعکاس پرتو بیشتر باشد، نرخ برداشت جرم کمتر است و برعکس. با اصلاحاتی که می‌توان بر روی سطح مورد نظر ماشین کاری انجام داد، می‌توان میزان انعکاس پرتو لیزر را کاهش و در نتیجه بازده ماشین کاری را افزایش داد. به دلیل اینکه فلزات ضریب انعکاس و هدایت گرمایی بالایی دارند، بخشی از انرژی لیزری از سطح منعکس و بخشی نیز با مکانیزم انتقال حرارت هدایتی ار محل برخورد لیزر با قطعه کار دور می‌شود. به همین دلیل، ماشین کاری نافلزات با سرعت بیشتری انجام می‌گیرد.