מה זה חיתוך לייזר ?

לצד טכניקות עיבוד שבבי "מסורתיות" יותר כמו כרסום, חריטה, השחזה וכיוצא באלו, הלייזר הוא טכנולוגיה שבהחלט סיפקה עליית מדרגה משמעותית ביכולות הייצור והדיוק של הכנת וייצור חומרי גלם תעשייתיים. השימוש העיקרי של לייזר בעיבוד שבבי וייצור הוא בחיתוך וחריטה, עם מהירות ביצוע גבוהה, דיוק מעולה ואינסוף אפשרויות של יישומי חיתוך לייזר. כך, כפי שטכנולוגיות לייזר יצרו מהפכה בתחומי רפואה, מערכות ביטחון, אלקטרוניקה ועוד מגוון אדיר של תחומים, כך גם עולם העיבוד השבבי השתנה והשתדרג מהותית עם הכנסת יכולות חיתוך לייזר.

לפניכם המדריך המלא והשימושי לטכניקות ויישומים של חיתוך לייזר – ללא ספק השימוש הנפוץ והפופולארי ביותר של טכנולוגיות לייזר בייצור ועיבוד שבבי.

למה משתמשים בקרני לייזר לחיתוך?

טכניקות של חיתוך לייזר מאפשרות כיום לייצר תוצרים ויישומים שבעבר היו בלתי אפשריים או שהיו משמעותית פחות יעילים, איטיים יותר ופחות מדויקים. האנרגיה הרבה שלייזר מיישם ומייצר, לצד האפשרות למקד את האנרגיה הזו בצורה סופר מדויקת ו"עדינה" מאפשרות לבצע חיתוכים איכותיים, מדויקים וברמות שונות של מורכבות צורתית והנדסית – בעיקר על מתכות שונות אך גם על חומרי גלם אחרים כמו חומרים תרמו-פלסטיים ואפילו עץ.

השימוש בטכניקות חיתוך לייזר כה נפוץ ופולארי בדיוק מסיבות אלו – חיתוכים מדויקים, אפשרות לחיתוכים וניקובים בצורות מורכבות, גימור מעולה של כל החיתוך, מינימום השפעה ויזואלית והנדסית על האזור הנחתך מהחום הרב הנוצר בתהליך (בשונה ואיכותי יותר מטכניקות חיתוך אחרות).

מה זה בעצם לייזר?

הלייזר הוא שם כללי לטכנולוגיה המאפשרת למקד בצורה יעילה וחזקה קרינת/אנרגיית אור, מה שניתן להפוך ליישומים של חיתוך לייזר וכמו כן לאמצעי מדידה מדויקים, אמצעי סימון לייזר וכן הלאה עם שלל תהליכים ואפשרויות פרקטיות לנצל את היכולות והיתרונות של הלייזר. אך כיצד מיקוד אנרגיית אור מבצע חיתוך של מתכות קשות? כעת נעבור לחלק שמסביר כיצד כל זה עובד.

בגלל אופן הפעולה הפיזיקלי של קרן הלייזר, השימוש בטכנולוגיה זו מתאים בעיקר לחיתוך ועיבוד של לוחות חומר גלם שטוחים, בעיקר יריעות מתכת מסוגים שונים ובמידות עובי שונות – זאת למשל בגלל שאיכות ודיוק חיתוך הלייזר תלויות במרחק בין העדשה המייצרת את הלייזר הממוקד לבין חומר הגלם שיש לחתוך.

כיצד עובד חיתוך לייזר?

חיתוך לייזר הוא במהותו תהליך טרמי שבו קרן לייזר ממוקדת משמשת כדי להמיס חומר גלם כלשהו באופן ממוקד ומקומי מאוד, למשל לביצוע חיתוכים או יצירת חורים בלוחות מתכת. על פי רוב, לצד השימוש בקרן לייזר מתאימה וחזקה, מיושם על האזור הנחתך והמטופל סילון של גז מיוחד וייעודי הפולט את חומר הגלם המותך, מה שיוצר חריץ מדויק, איכותי ויעיל בהתאם לתכנית החיתוך.

חיתוכי לייזר מבוצעים לרוב באופן רציף, מהיר ומדויק מאוד, על ידי הזזת אלמנט הלייזר לאורך ולרוחב לוח המתכת המעובד (במכונות מסוימות חומר הגלם זז והלייזר נותר נייח), זאת כמובן באמצעות מיכון CNC מתקדם ומתאים ליישומי חיתוך לייזר.

קרן הלייזר המשמשת לחיתוך לוח מתכת מסוים ומתאים היא קרן ממוקדת ובעוצמה גבוהה מאוד של אור, באורך גל בודד, או בהסבר פשטני יותר בצבע אור אחד. הרבה מיישומי הלייזר בעיבוד שבבי משוכלל ותעשייתי משתמשים באור בטווח האינפרה-אדום, כך שקרן הלייזר עצמה אינה נראית לעין האנושית ומה שפיזית רואים בזמן החיתוך הוא הגיצים של המתכת המותכת בתהליך החיתוך ו/או את שחרור התווך הגזי המיושם בתוך קרן הלייזר (למשל ביישומי לייזר CO2).

המיקוד של קרן הלייזר עצמה חייב להיות מדויק ויעיל ביותר כדי לאפשר לראש החיתוך והעיבוד לבצע חיתוכים נקיים ואיכותיים. המיקוד הזה מבוצע באמצעות עדשות מיוחדות ובהתאמה לסוג ועוצמת הלייזר המשמש – התאמה שיש לבצע לפי חומר הגלם המעובד והעובי של יריעת המתכת. לצד מיקוד הלייזר עם עדשה ייעודית, יש מכונות העושות שימוש גם במערכים חכמים של מראות מעוקלות.

כל עוצמת קרן הלייזר החזקה הזו ממוקדת לנקודה קטנה בפיית ראש העיבוד, מה שיוצר גם דיוק רב אבל כמובן גם חום אדיר וממוקד מאוד, זה מה שמאפשר לבצע חיתוכים כל כך איכותיים, מדויקים ומורכבים. חישבו על זה כמו למקד את כל עוצמת קרינת השמש במקום בו אתם נמצאים לזכוכית מגדלת אחת קטנה והעברת הקרן הממוקדת לעלה, החום הרב והממוקד ייצור שריפה או חיתוך של העלה – באופן דומה ומתקדם הרבה יותר מתרחש חיתוך בלייזר של מתכות שונות.

סוגי לייזר המשמשים לחיתוך תעשייתי

בדר"כ, חיתוך באמצעות לייזר לא מבוצע רק ע"י מיקוד של קרן אור בעוצמה גבוהה, אלא יש ליישם תווך גזי מסוים או אמצעים טכנולוגיים אחרים כדי לאפשר לקרן הלייזר להיווצר ולהיות מיושמת באופן הנכון והמדויק על חומר הגלם שיש לחתוך. אי לכך יש סוגי לייזר שונים המשמשים לחיתוך יריעות ולוחות של חומרי גלם שונים, הסוגים הנפוצים בחיתוכי לייזר תעשייתיים הם:

• לייזר CO2: לייזר פחמן דו חמצני הוא לייזר הכולל יישום של תערובת גזית מיוחדת יחד עם קרן הלייזר, התערובת כוללת פחמן דו חמצני, הליום וחנקן. הגזים גם מאפשרים את יצירת קרן הלייזר וגם מייעלים את תהליך העבודה של הלייזר. זהו הסוג הנפוץ ביותר ליישומי חיתוך לייזר שונים.
• לייזר סיבים / לייזר Solid State: הפקת קרן לייזר באמצעות שימוש בסיבים אופטיים מיוחדים וגם יסודות נדירים, בניגוד לשימוש בתווך גזי, כאן קרן הלייזר נוצרת דרך מדיום מוצק וסדרה של דיודות לייזר.
• לייזר דיודה ישיר: אחד החידושים המהותיים ביותר בתחום של חיתוך לייזר ועיבוד שבבי באמצעות לייזר, חדשנות של לייזר הסיבים הוותיק יותר. בטכנולוגיה זו משתמשים בכמה דיודות לייזר המייצרות קרני לייזר באורכי גל שונים, אלו בתורן מועברות דרך אמצעי לאיחוד הקרן ליצירת קרן לייזר אחת, חזקה ואיכותית לחיתוכים שונים. מכונות אלו מאפשרות יעילות אנרגטית גבוהה בהפעלתן וביישום הלייזר לחיתוך.

יתרונות של חיתוכי לייזר

• חיתוך באיכות גבוהה מאוד – גימור מדויק ואיכותי ללא צורך ביישום טכניקות גימור נוספות.
• אפשרות לחיתוכים איכותיים ומדויקים של רוב סוגי המתכות, כולל יריעות מתכת בעובי גדול יחסית.
• גמישות גבוהה ומעולה בטכניקות חיתוך – לייצור של רכיבים פשוטים ומורכבים כאחד.
• חיתוך ללא מגע ישיר בין ראש העיבוד לחומר הגלם – מפחית שחיקת ראש העיבוד, אין פגיעה בחומר הגלם למעט חריץ החיתוך וכדומה.
• הכנה וייצור מהירים – מצוין לחיתוך לוחות מתכת בכמויות קטנות ועם ביצוע מהיר.
• חתימת חום נמוכה על כל יתר אזורי יריעת המתכת – ללא עיוות וללא סימני חום.
• מתאים כמעט לכל סוגי החומרים והמתכות.
• חיתוך מדויק ואיכותי ללא יצירה של אבק ושבבי מתכת.
• יכולות אוטומציה גבוהות מאוד של מכונות חיתוך לייזר ו-CNC.

מה ניתן לחתוך באמצעות לייזר

חיתוך לייזר אפשרי על כמעט כל חומר גלם קיים – כאמור הוא בעיקר יעיל למשטחים ישרים ושטוחים – אך משתמשים בטכנולוגיה זו בעיקר לחומרים מתכתיים. לצד עיבוד שבבי וייצור תעשייתי, ניתן לראות כיום יישומים פשוטים קטנים יותר של חיתוך בלייזר, למשל בחללי "מייקרים" במוסדות חינוך, בכלי חריטת לייזר על מוצרי צריכה פשוטים וכיוצא באלו. חיתוך בלייזר אפשרי על מגוון רחב של מתכות, כולל מתכות קשות במיוחד, וכמו כן על עץ, פלסטיקים מסוימים, נייר, בדי טקסטיל וקרטון. כמובן שיש להתאים את סוג, חוזק ואופן פעולת הלייזר לפי חומר הגלם שאותו מעבדים ומהות היישום שרוצים לבצע.

באופן טבעי והגיוני, עיקר השימוש בטכניקות חיתוך לייזר הן בהקשרים תעשייתיים ושל חומרי גלם מתכתיים.

אודות מכונת חיתוך בלייזר

מכונת חיתוך בלייזר היא מכונה תעשייתית מיוחדת וייעודית האחראית ליישם את כל מה שהסברנו ופירטנו כאן. המכונה כוללת את האלמנט לייצור קרן הלייזר עצמה, מנועים מדויקים להנעת קרן הלייזר ו/או החומר המעובד ומשטח עבודה שעליו מניחים את חומר הגלם שיש לחתוך ולעבד בעזרת הלייזר. אלו מכונות מתקדמות מאוד טכנולוגית, הכוללות אינטגרציה הדוקה ובלתי נפרדת מיישומי מחשב חזקים ותואמים והיא מחייבת הפעלה מיומנת, דיוק והקפדה על כללי בטיחות.

המכונה מייצרת קרן לייזר ממוקדת ובעוצמה גבוהה ומדויקת, כדי לחתוך, לחרוט ולסמן מתכות וחומרים אחרים עם רמת דיוק ומהירות מדהימה לעומת יישומים תעשייתיים אחרים, ידניים וממוכנים כאחד. אלו האלמנטים המפורטים יותר של מה מרכיב מכונת חיתוך בלייזר:

• אלמנט ליצירת מקור הלייזר.
• אלמנט למיקוד מדויק וחזק של קרן הלייזר הנוצרת במכונה, לרוב באמצעות מערכת מורכבת של מראות ויישומי אופטיקה.
• אינטראקציה עם חומר – כאשר קרן הלייזר הממוקדת פוגעת בחומר המעובד, היא מחממת את האזור במהירות ומאדה או ממיסה את החומר בנקודת הפגיעה.
• דיוק נשלט ע"י מחשב – כל התהליך חייב להיות נשלט ע"י מחשב כדי להשיג את הדיוק האפקטיבי הנדרש והמכונה עובדת ועוקבת לפי עיצוב מתוכנן בקפידה וקוד מכונה ספציפי (CAD).

העיצובים ההנדסיים המועברים למכונות החיתוך והחריטה בלייזר מיוצרים בדומה לעיצובים ותכנונים אחרים בעולם העיבוד השבבי עם מכונות CNC משוכללות ומדויקות. יוצרים עיצוב מפורט ומדויק עם תוכנות הנדסיות מתאימות, בעזרת מחשבים חזקים כמובן. העיצוב מומר אוטומטית לשפה שמכונת הלייזר יודעת להבין ולפענח ובהמשך לפי אותו קוד או תכנון הנדסי, המכונה פועלת בצורה המדויקת והנכונה ביותר.

אילו חומרים יכולים להוות סכנה כאשר חותכים או חורטים בלייזר?

כאשר משתמשים במכונת לייזר לחיתוך או חריטה בצורה מדויקת, איכותית ומהירה, נוצר כמובן חום רב ולקרן הלייזר יש עוצמת חדירה ופגיעה משמעותית. לכן הגיוני שיהיו חומרים אשר יכולים להוות סכנה כזו או אחרת כאשר מיישמים עליהם קרן לייזר – בייחוד עם היישום הוא של קרן לייזר שאינה מותאמת במדויק למאפייני אותו חומר גלם.

מעבר לסכנה של למשל שימוש בלייזר חזק מדי על חומר שאינו עמיד ולגרום נזק לחומר הגלם או לרכיב המעובד, עיקר הסכנה שאנו מתייחסים אליה כאן היא סיכונים של שריפה או פליטת גזים רעילים לחלל הקרוב למכונת העיבוד. הנה כמה דוגמאות לחומרים שבשימוש לא נכון ולא מדויק עם מכונת חיתוך וחריטת לייזר עשויים להוות סכנה בריאותית או סביבתית:

• פלסטיקים – עשויים לפלוט גזים רעילים תחת חום גבוה. למשל PVC יכול לפלוט גז כלור אשר מזיק לבריאות אם נושמים אותו.
• ויניל – יכול לפלוט גזים רעילים שאף יכולים לגרום נזק למכונת הלייזר.
• חומרים מוקצפים ו"קלקר" – פולטים גזים רעילים בחשיפה לחום ממוקד וגבוה.
• פיברגלס – עלול לגרום לשחרור חלקיקי זכוכית קטנים לאוויר ולנזק נשימתי ובריאותי. אותו הדבר לגבי יישום לייזר על זכוכית.
• מתכות מסוימות – בעיקר מדובר על ציפויים וטיפולים כימיים על מתכות אשר חשיפה שלהם ללייזר עשויה לגרום לשחרור אדים רעיים. למשל ברזל מגולוון.
• רכיבי עץ עם ציפויים או חומרי שימור שהוטמעו בתוך העץ – פליטת אדים רעילים כתוצאה מחשיפה לחום הגבוה של הלייזר.
• מוצרי עור ועור מלאכותי – בעיקר רכבי עור או עור מלאכותי שטופלו כימית עם ציפוי או צבע שלא עמיד טוב לחום.
• תרסיסים – כל חומר במצב תרסיס הוא מסוכן בעת חשיפה ללייזר. לכן אף פעם אין להפעיל לייזר על מיכלים של תרסיסים, מכל סוג.

רוצים לשמוע עוד על חיתוך לייזר? מעוניינים בהצעת מחיר מנצחת לשירותי חיתוך בלייזר? פנו היום אל חברת יעקובוביץ חיים ונתאים לכם חבילת שירותים מושלמת.