مقدمه
فناوری لیزر به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین ابزارهای پردازش مواد، در حوزه‌هایی مانند جوشکاری و برش فلزات نقش کلیدی ایفا می‌کند. با ترکیب این فناوری با سیستم‌های رباتیک و هوشمند، امکان اجرای عملیات جوش و برش به‌صورت سه‌بعدی و کاملاً خودکار فراهم شده است؛ ترکیبی که مرزهای سنتی تولید را جابه‌جا کرده و راه را برای خطوط تولید مدرن و دیجیتال هموار می‌سازد. در این مقاله با اصول فناوری لیزر، تجهیزات اصلی آن و کاربردهای ویژه جوش و برش لیزری رباتیک آشنا خواهیم شد.
فناوری لیزر در جوش و برش صنعتی
فناوری لیزر (Laser Technology) یکی از پیشرفته‌ترین روش‌ها در صنایع فلزی است که با دقت بالا، سرعت زیاد و کیفیت بی‌نظیر در برش و جوش فلزات، جایگزین بسیاری از روش‌های سنتی شده است. این فناوری بر پایه متمرکزسازی نور با توان بالا بر روی سطح قطعه کار عمل می‌کند تا بتواند یا ماده را ذوب و جوش دهد یا آن را برش دهد.
لیزر چگونه کار می‌کند؟
اصول عملکرد لیزر بر اساس تولید یک پرتو نوری بسیار متمرکز و پرانرژی است. این پرتو از یک دستگاه به نام منبع لیزر یا سورس لیزر (Laser Source) تولید می‌شود که می‌تواند انواع مختلفی مانند لیزر فایبر (Fiber Laser)، دی‌اکسید کربن (CO₂ Laser)، یا دیسک لیزر (Disk Laser) باشد. در کاربردهای صنعتی مدرن، لیزرهای فایبر بیشترین استفاده را دارند، به‌ویژه در جوشکاری و برش دقیق فلزات.
پرتو تولید شده از طریق یک سامانه انتقال، که معمولاً فیبر نوری (Fiber Optics) است، به سوی ابزار نهایی یعنی هد لیزر (Laser Head) هدایت می‌شود. در داخل هد لیزر، سیستم‌های اپتیکی (مانند عدسی‌ها) پرتو را به‌صورت دقیق متمرکز کرده و آن را به سطح قطعه کار هدایت می‌کنند. برای جلوگیری از آسیب یا اختلال در فرآیند، هد لیزر اغلب به سنسورهای تشخیص برخورد (Collision Detector) مجهز است تا در صورت تماس ناخواسته با قطعه، فرآیند را متوقف کنند.
برای تضمین عملکرد یکنواخت و پایدار و همچنین محافظت از تجهیزات، خنک‌کننده‌ای مانند چیلر آب (Water Chiller) نیز در مدار قرار می‌گیرد. این چیلرها دمای سورس لیزر و سایر اجزای حساس را در محدوده امن نگه می‌دارند و مانع از داغ شدن بیش از حد دستگاه می‌شوند.
یکی از چالش‌های اصلی در جوش و برش لیزری، حفظ فاصله بهینه بین نازل خروجی لیزر و سطح قطعه کار است. برای این منظور، هد لیزر بر روی یک سروو موتور (Servo Motors) سوار می‌شود که به کمک حسگرهای قرار گرفته بر روی نازل لیزر، فاصله هد را با دقت بسیار بالا نسبت به قطعه کار تنظیم می‌کنند.
جوش و برش لیزری سه‌بعدی رباتیک: دقت، سرعت و انعطاف در اوج تکنولوژی
با پیشرفت سریع فناوری‌های تولید، سیستم‌های جوش و برش لیزری سه‌بعدی رباتیک (3D Robotic Laser Welding & Cutting) به‌عنوان راهکاری هوشمند، دقیق و انعطاف‌پذیر در صنایع فلزی و خودروسازی مطرح شده‌اند. این سیستم‌ها با ترکیب توان بالای لیزر و دقت حرکتی بازوی رباتیک، تحولی بنیادین در فرآیندهای ساخت ایجاد کرده‌اند.
ربات صنعتی در خدمت لیزر
با پیشرفت سریع فناوری‌های تولید، سیستم‌های جوش و برش لیزری سه‌بعدی رباتیک (3D Robotic Laser Welding & Cutting) به‌عنوان راهکاری هوشمند، دقیق و انعطاف‌پذیر در صنایع فلزی و خودروسازی مطرح شده‌اند. این سیستم‌ها با ترکیب توان بالای لیزر و دقت حرکتی بازوی رباتیک، تحولی بنیادین در فرآیندهای ساخت ایجاد کرده‌اند.
برخی از ویژگی‌ها و مزایای کلیدی این فناوری عبارتند از:
- دقت بالا و لبه‌ی بدون پلیسه (Burr-Free Edge)به‌دلیل تمرکز دقیق پرتو لیزر و کنترل دقیق ربات، برش‌ها با تلورانس بسیار پایین انجام می‌شوند و نیازی به عملیات پرداخت بعدی نیست. همچنین، در فرآیند جوش، به‌دلیل منبع گرمای متمرکز، اعوجاج حرارتی (Thermal Distortion) تقریباً به صفر می‌رسد.
- چیدمان فشرده و بهینه سازی فضااین سلول‌های رباتیک به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که فضای کمی اشغال کنند، حتی در خطوط تولید متراکم. بدین منظور، معمولا در سلول‌های برش یا جوش لیزر، از ربات‌های سبک وزن استفاده می‌شود.
- سرعت بالا در تولیدسیستم‌های پیشرفته برش لیزری می‌توانند تا ۶۰ متر در دقیقه (m/min) روی ورق‌های نازک فلزی برش انجام دهند. در جوشکاری نیز، سرعت‌های تا ۵ متر در دقیقه (m/min) قابل دستیابی است، بدون افت کیفیت در طول مسیر جوش.
- کاهش نیاز به قالب‌سازیبرخلاف روش‌های سنتی مانند پانچ یا پرس، در این فناوری نیازی به قالب سمبه-ماتریس (Punch & Die Mold) نیست. این امر به کاهش چشمگیر هزینه‌های ساخت و افزایش سرعت راه‌اندازی پروژه کمک می‌کند.
- برنامه‌ریزی سریع از روی فایل CADبا استفاده از نرم‌افزارهای CAD/CAM، می‌توان مسیرهای برش و جوش را در مدت چند ثانیه به ربات انتقال داد. این امکان، تغییر سریع طرح‌ها و سفارشی‌سازی فوری قطعات را به‌راحتی فراهم می‌کند.
- تولید یکسان و پیوستهیکی از مزایای برجسته‌ی سلول‌های رباتیک لیزری، تضمین کیفیت یکسان و تکرارپذیری عالی در تولید قطعات است. ربات با حرکات دقیق و تکرارشونده، امکان اجرای فرآیند جوش یا برش لیزری را با دقت بالا و بدون خطای انسانی فراهم می‌کند.
چند نمونه از پروژه‌های انجام شده توسط ربونیک
نتیجه‌گیری
جوش و برش لیزری سه‌بعدی رباتیک، نه‌تنها یک فناوری نوآورانه بلکه راهکاری تحول‌آفرین در تولید صنعتی است. این سیستم‌ها با دقت میکرونی، سرعت بالا، مصرف انرژی بهینه و حذف محدودیت‌های قالب‌سازی، مزایایی را فراهم می‌کنند که با روش‌های سنتی قابل دستیابی نیست. توانایی برنامه‌ریزی سریع از روی فایل‌های CAD و تضمین تولید یکنواخت، این فناوری را به گزینه‌ای ایده‌آل برای صنایع مدرن، به‌ویژه خودروسازی، تجهیزات پزشکی و صنایع دقیق تبدیل کرده است.
در دنیایی که رقابت بر سر کیفیت، زمان و هزینه روز‌به‌روز شدیدتر می‌شود، سرمایه‌گذاری بر فناوری لیزر رباتیک، سرمایه‌گذاری برای آینده‌ای هوشمند و رقابتی است.