ما هي العوامل المرتبطة بمعدل استخدام مسحوق التكسية بالليزر عالي السرعة؟
شهدت تقنية التكسية بالليزر عالي السرعة تطوراً كبيراً. ولا يزال السعي لتحسين كفاءة المعالجة وخفض تكلفتها مستمراً. ويُعدّ كيفية مواصلة خفض تكلفة المعالجة موضوعاً بالغ الأهمية في أبحاث التكسية بالليزر عالي السرعة.
بما أن تكلفة المسحوق تُشكّل ما بين 80% و90% من التكلفة الإجمالية للتكسية بالليزر، فإن تحسين معدل استخدام المسحوق يُعدّ تحديًا تقنيًا هامًا في التكسية بالليزر عالي السرعة. لذا، يجب علينا تحديد العوامل المؤثرة على معدل استخدام المسحوق في هذه التقنية. سنناقش هذه العوامل بالتفصيل، ونتناول كيفية تحسين معدل استخدام المسحوق في التكسية بالليزر عالي السرعة.
(1) حجم بقعة البركة المنصهرة
يُعدّ حجم بقعة حوض اللحام العاملَ الأساسي المؤثر على معدل استخدام مسحوق التكسية بالليزر عالي السرعة، أي حجم بقعة الليزر الساقطة على سطح الركيزة. وبناءً على قدرة الليزر، يمكن اختيار حجم بقعة حوض اللحام بين 1 مم و5 مم. وفي التطبيق العملي، من الضروري اختيار الحجم المناسب لبقعة حوض اللحام وفقًا لقدرة الليزر المستخدمة في الجهاز.
تكون بقعة حوض الانصهار صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى انخفاض معدل استخدام المسحوق. أما إذا كانت كبيرة جدًا، فإن استواء سطح الطلاء يقل. يمكن لزيادة حجم بقعة حوض الانصهار تحسين معدل استخدام المسحوق، ولكن إذا كانت كبيرة جدًا، فإن استواء الطلاء سيقل، وبالتالي ستؤدي عمليات التجليخ والتلميع اللاحقة إلى هدر المسحوق. حتى في عمليات التكسية بالليزر عالية السرعة، لا يُؤخذ معدل استخدام المسحوق في الاعتبار فقط في عملية التكسية، بل في الاعتبار معدل الاستخدام الشامل للمسحوق بعد التجليخ والتلميع في كامل عملية التكسية.
(2) قطر فتحة مخرج المسحوق لرأس التكسية
يُحدد قطر فتحة مخرج المسحوق في رأس التكسية سُمك تدفق المسحوق. فكلما صغرت الفتحة، كان تدفق المسحوق أدق، ولكن كلما كان تدفق المسحوق أدق، كان تشتته أسرع. في العمل الفعلي، يجب اختيار القطر المناسب لفتحة مخرج المسحوق وفقًا لارتفاع التكسية وحجم بقعة حوض الانصهار، وذلك لضمان أن يكون قطر بقعة المسحوق على سطح الركيزة أصغر من قطر بقعة حوض الانصهار، وإلا سيُفقد المسحوق الذي يتجاوز حجم بقعة حوض الانصهار ويُهدر.
(3) طاقة الليزر
يجب أن تكون طاقة الليزر كافية لضمان انصهار المسحوق المتساقط في بقعة حوض الانصهار بالكامل. عند ثبات كمية تغذية المسحوق والمعايير الأخرى، كلما زادت طاقة الليزر، زادت نسبة استغلال المسحوق.
(4) حجم تغذية المسحوق
عند تحديد قدرة الليزر للجهاز، كلما قلّت كمية مسحوق التغذية، زادت نسبة استخدامه. مع ذلك، فإن تقليل كمية مسحوق التغذية سيؤثر على كفاءة التكسية. إذا لم تُؤخذ كفاءة التكسية في الاعتبار، يمكن أن تصل نسبة استخدام المسحوق إلى 100% من خلال التحكم في كمية مسحوق التغذية، لكن هذه الممارسة غير مجدية.
(5) سرعة خطية للكسوة
تبلغ السرعة الخطية في عملية التكسية بالليزر عالي السرعة عدة أضعاف، بل عشرات أضعاف، سرعة التكسية بالليزر العادي. وعندما تكون سرعة الحركة النسبية بين الركيزة ورأس التكسية عالية، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات المسحوق على سطح الركيزة، مما يؤدي إلى زيادة كمية المسحوق المتناثر وانخفاض معدل استخدامه. إضافةً إلى ذلك، عند تحديد قدرة الليزر، كلما زادت سرعة الحركة النسبية بين رأس التكسية والركيزة، انخفضت درجة حرارة حوض الانصهار، وبالتالي انخفض معدل استخدام المسحوق.
(6) حجم قطعة العمل
مع ثبات معايير التكسية، كلما زاد قطر (حجم) قطعة العمل، انخفض معدل استخدام المسحوق. ويعود ذلك إلى أنه عند زيادة الحجم، تمتص المادة الأساسية طاقة الليزر بشكل أكبر، ولا تصل درجة حرارة حوض الانصهار إلى المستوى المطلوب. لذا، بالنسبة لقطع العمل ذات الحجم الكبير، من الضروري استخدام معدات تكسية ذات طاقة أعلى لتحسين معدل استخدام المسحوق.
(7) حجم جسيمات المسحوق
يتميز مسحوق التكسية بالليزر عالي السرعة بتفاعل قصير مع الضوء، لذا من الضروري اختيار مسحوق ذي حجم جسيمات مناسب وفقًا لقوة الليزر. فجسيمات المسحوق الكبيرة ستؤدي إلى عدم انصهاره خلال فترة زمنية محددة، مما ينتج عنه تناثر المسحوق وفقدانه.
العوامل السبعة المذكورة أعلاه تؤثر على معدل استخدام مسحوق التكسية بالليزر عالي السرعة. ولتحسين معدل استخدام المسحوق وخفض تكلفة عملية التكسية، من الضروري اختيار المعايير الفنية المناسبة للأجهزة ومعايير عملية التكسية وفقًا للظروف الخاصة بالمعدات وقطعة العمل المراد تكسيتها.
هنا أيضًا، يُشدد على ضرورة أن يُؤخذ في الاعتبار معدل استخدام المسحوق في عملية المعالجة بأكملها، وليس في عملية التكسية البسيطة. قد يصل معدل استخدام المسحوق في التكسية الليزرية العادية إلى 100%، لكن معدل الاستخدام الشامل غالبًا ما يكون أقل من 50%.
تاريخ النشر: 24 أغسطس 2022