تعریف لیزر چیست ؟
ساختمان دستگاه تولید کننده لیزر به چه صورت است؟
اولین برش لیزر فلزات کی و توسط چه کسی ساخته شد؟
برش لیزری فلزات چیست ؟ بخش اول
1) مقدمه :
در دو دهه اخیر، لیزر تبدیل به یک راه حل جذاب برای صنایع مختلف شده است که رشد دو برابری بازار آن در مقایسه با سیستم‌های ماشین ابزار حاکی از این ادعاست. از سوی دیگر کاربرد لیزر در صنعت به قدری چشم گیر شده است که امروزه فرآوری مواد به کمک لیزر از علوم روز و کاربردی دنیا محسوب می‌شود. برشکاری، جوشکاری، بازسازی، سخت‌کاری و حکاکی به کمک لیزر تنها بخشی از کاربردهای پرشمار لیزر در صنعت روز دنیا هستند. در این میان برشکاری به کمک لیزر بیش از سایر روش‌ها مورد استفاده است و احتمالا مشهودترین نمونه این فرآیند برشکاری ورق‌ها در صنایع خودروسازی است. لیزر با متمرکز کردن انرژی خود در یک نقطه، چگالی بسیاری زیادی از انرژی را روی قطعه اعمال می‌کند و در نتیجه قادر خواهد بود طیف گسترده‌ای از مواد گوناگون را برش دهد.
اولین لیزرهای برش صنعتی در دهه 60 میلادی و در معادن الماس به کار گرفته شد. شرکت آمریکایی وسترن الکتریک نیز از اولین شکرت‌هایی بود که از این فناوری در تولیدات خود بهره گرفت. امروزه این فرآیند بیشترین دامنه کاربرد را در لیزرهای صنعتی دنیا دارد. برای مثال در ژاپن حدود 80 درصد لیزرهای صنعتی از نوع لیزر برش هستند.
در برش لیزر، ابتدا انرژی لیزر به صورت نور در محیط فعال لیزر تولید شده، سپس از طریق کابل‌های فلیبر به هد برش که یک مجموعه اپتیکی است منتقل می‌شود. با عبود از عدسی‌های هد، خطوط هم راستا و هم جهت نور در نقطه کانونی متمرکز شده تا ماده را ذوب کنند. برای تکمیل فرآیند، جریان گاز پرفشار از نازل متصل به هد خارج شده و مواد ذوب شده را از محل برش خارج می‌کند. شکل زیر طرحواره فرآیند برش لیزر را نشان می‌دهد
2-1 لیزر چیست ؟
اولین سوالی که ممکن است برای برخی افراد در ارتباط با لیزر ایجاد شود ماهیت این پدیده و نحوه شکل‌گیری آن است. کلمه لیزر که در زبان انگلیسی به صورت LASER نوشته می‌شود، برگرفته از حروف اول کلمات عبارت :
Light Amplification by Stinulated Emission of Radiation است. این عبارت تعریفی از ماهیت فیزیکی این پدیده را نشان می‌دهد که ترجمه آن به زبان فارسی این چنین می‌توان بیان کرد:
تقویت نور در اثر گسیل تحریک شده از تشعشع
اولین جرقه‌های کشف و اختراع لیزر توسط آلبرت اینشتین و با معرفی تئوری‌های مقدماتی لیزر توسط او در سال 1917 ایجاد شد. با این حال اولین لیزر بیش از چهار دهه بعد یعنی در سال 1960 ساخته شد. مهندس و فیزیکدان آمریکایی تئودور میمن، لیزر روبی که محیط فعال تولید نور لیزر آن یک کریستال صورتی بود را به عنوان نخستین لیزر دنیا ساخت.
2-2 بخش‌های اصلی تشکیل دهنده لیزر:
هر لیزر از بخش‌های متخلفی تشکیل شده است، اما سه بخش اصلی آن عبارتند از :
- محیط فعال: در این بخش شدت نور افزایش می‌یابد و لیزر تولید می‌شود.
- منبع انرژی : با ایجاد انرژی خارجی موجب تحریک محیط فعال و تولید لیزر می‌شود.
- تشدیدگر نوری: با ایجاد بازتاب‌های نوری موجب افزایش شدت نور داخل محیط فعال می‌شود.
به طول کلی محیط فعال لیزر می‌تواند جامد، مایع یا گاز باشد. برای مثال از CO2 و کریستال Nd-Yag به ترتیب به عنوان رایج ترین محیط‌های گازی و جامد در چند سال قبل می‌توان نام برد. امروزه و در یک دهه گذشته، لیزرهای فایبر که نوعی از لیزرهای حالت جامد هستند، به دلیل قابلیت‌های ویژه خود حدود نیمی از بازار لیزرها را به خود اختصاص داده‌اند. منبع انرژی هم می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد. از شکل‌های رایج آن می‌توان لامپ فلاش، ارنژی الکتریکی، منابع X-Ray و لیزرهای دیگر را نام برد. به طور کلی توان خروجی از لیزر متناسب بار انرژِ اعمالی از طرف منبع و مقدار محیط فعال لیزری است.
تشدیدگر نوری متشکل از دو آِینه یکی با بازتاب 100 درصد و دیگری با بازتاب نزدیک 100 درصد است که در دو طرف محیط فعال قرار دراد. نور تولید شده در این محیط، در اثر بازتاب‌های رفت و برگشتی بین دو آینه تشدیدگرف مرحله افزایش می‌یابد. در نهایت شدت نور تولید شده در محیط فعال به حداکثر مقدار خود رسیده و باریکه پر انرژِ نور که همان لیزر است از آینه‌ای که بازتاب نزدیک 100 درصد دارد عبور کرده و از لیزر خارج می‌شود. در شکل زیر اجزایش تشکیل دهنده لیزر نشان داده شده است. اجزای شماره گذاری شده به ترتیب عبارتند از :
- محیط فعال
- منبع انرژی
- آینه با بازتاب 100 درصد
- آِنه با بازتاب نزدیک به 100 درصد
- باریکه نور
مقاله ارائه شده در این قسمت بخشی از پایان نامه ارزشمند جناب مهندس سعید مرندی برای دفاع مدرک کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد می‌باشد. با تشکر از زحمات علمی ایشان.
