برش لیزر ، کاربرد دستگاه برش لیزر در معماری و سه بعدی سازی
برش لیزر ی فناوری است که در آن از اشعه لیزر برای برش اجسام استفاده میشود. دستگاه برش لیزر توسط تابش اشعه لیزر از یک خروجی قوی لیزر روی اجسامی که می‌خواهند بریده شوند انجام میشود.
قسمتی از جسم مورد نظر که بریده میشود یا آب میشود یا می‌سوزد یا تصعید میشود و توسط فشار گاز از روی جسم پاک میشود. و سر انجام سطح مورد نظر با کیفیت خیلی عالی بریده میشود.
لیزر تکنولوژی ای است که توسط تقویب اپتیکی بر پایه تابش گسیل برانگیختگی ترجمه فارسی عبارت(Light Amplification by Stimulated Emission radiation ) نور تولید می کند. ساده ترین ساختار تولید لیزر شامل دو آینه است که به صورت موازی روبروی هم قرار گرفته اند به گونه ای که یک نوسان ساز را تشکیل می دهند، با ایجاد یک محیط فعال بین آینه که روند تابش و بازتابش بین آن دو را تقویت کند عمل لیزش اتفاق می افتد. دستگاه برش لیزر انواع مختلفی مانند لیزر گازی، لیزر شیمیایی، لیزر رادیواکتیو، لیزر جامد، لیزر فیبری و … دارد، اما در لیزر صنعتی تنها از دو نوع آن یعنی لیزر گازی و جامد استفاده می شود. لیزر های صنعتی جامد و گازی نیز هر کدام به انواع مختلفی تقسیم می شوند، مثلاً در میان انواع لیزر های صنعتی گازی، لیزر صنعتی co۲ بیشترین کاربرد را داشته و از آن برای برش و حکاکی انواع مواد مختلف مانند چوب، پلکسی گلاس، شیشه، پارچه و … استفاده می شود و محبوب ترین لیزر در صنعت است.
لیزر صنعتی جامد نیز بیشتر لیزر یاگ است که برای حکاکی و برش فلزات از آن استفاده می شود. لیزر صنعتی در صنایع مختلفی مانند صنایع نظامی، ساختمانی، هوافضا، پزشکی، آزمایشگاهی و پژوهشی، ارتباطاتی، فیزیک، شیمی و … کاربرد دارد که معرفی چند تا از آنها میپردازیم.
دستگاه حکاکی و برش لیزری
برای اینکه با دستگاه حکاکی و برش لیزر ی آشنا شوید اول باید با سی ان سی به طور کلی آشنا شوید, که به ماشینهایی گفته میشود که با مختصات کار میکنند و طی مختصاتی که به آن داده می‌شودحرکت میکنند، این حرکت بسیار سریع و دقیق هست و بعضی ماشین‌ها در حد چند میکرون دقت در حرکت دارن یعنی می‌توانند در حد چند میکرون به سمتهای مختلف حرکت کنند و اما اینکه این میزان دقت چه اهمیتی خواهد داشت
در واقع ماشینهای سی ان سی یک سر یا به اصطلاح صنعتی هِد دارند که آن هِد با دقتی که پیشتر گفته شد حرکت میکند، به این هد میتواند انواع و اقسام ابزارآلات از تیغهٔ جراحی برای جراحی‌های خیلی دقیق گرفته تا تیغهٔ مخصوص خراطی چوب و همینطور ابزارهای دیگر مثل لیزر، پلاسما و واترجت (Waterjet) بسته شود,حالا اگربه دستگاه برش لیزر بسته شود به آن سی ان سی لیزر، اگر پلاسما بسته شود سی ان سی پلاسما و اگر جتی بسته شده باشد که با فشار ,آب رو به صورت متمرکز خارج کند سی ان سی واترجت گفته میشود.
کاربرد برش لیزری :
امروزه با استفاده از دستگاه برش لیزر امکان ساخت و اجرای هر چیزی میسر شده و انقلابی گسترده در صنعت بوجود آمده است بخصوص در صنایع فلزات و همینطور در ماکت سازی که در واقع با استفاده از برش لیزری امکان به حقیقت در آوردن بسیاری از طراحی ها چه ساختمانی چه صنایع دستی فراهم شده است .
.دقت ، سرعت، هزینه پایین، کیفیت بالای قطعات ساخته شده به این روش و رنج گسترده متریالهای قابل پردازش به این روش باعث شده تا برش لیزری به یکی از محبوب ترین ابزارها و روشهای ساخت ماکت تبدیل شود.
در این مقاله سعی میشود نکات مهم و ضروری که برای ساخت ماکت به این روش نیاز دارید بصورت مختصر و کاربردی بیان شود.
متریالهای قابل پردازش :
پلکسی گلاس تاقطر ۲۰میلیمتر-آکریلیک -انواع مقوا و کاغذ -فیبر-ام دی اف تا قطر ۵ میلیمتر-چوب بالسا -مولتی استایل-آکریلیک آیینه ای-فوم برد-چوب-لمینت-کربن-نئوپان
استات-اچ دی اف-ای بی اس-کارتن پلاست-کارتن-پارچه-چرم-تخته چندلا-پلی اتیلن
پلی پروپیلن-لاستیک-سیلیکون لاستیک-استایرن-تفلون
به طور کلی میتوان گفت که نور لیزر بر روی همه متریالهای غیر فلزی موثر است برخی از متریالهاقابلیت برش و حکاکی را به راحتی دارند. وبرخی دیگر مانند سنگ و شیشه قابل برش نیستند و تنها میتوان روی آنها حکاکی کرد.
ویژگیهای فایل قابل برش :
برای برش طرح شما نیاز به طرح به صورت وکتوراست. این تنها فرمتی است سیستم‌های برش لیزری می‌شناسند. اگر به توضیحات در پایین توجه کنید به هیچ وجه دچار مشکل نمی‌شوید.
وکتور :
وکتور در واقع طرحی است که قابلیت بزرگنمایی نامحدود بدون افت کیفیت رو داراست بر خلاف فایلهای Bitmapکه با بزرگنمایی دچار افت کیفیت می‌شدندو به پیکسلهای تشکیل دهندهٔ خود تجزیه می‌شدند فایلهای وکتور توسط نرم افزار هایی مثل
.ADOBE ILLUSTRATOR، AUTOCAD، CORELDRAW و….. تولید میشوند.
رنگ بندی طرح برش لیزری:
برای انجام هر عملی یک رنگ تعریف میشود برای مثال:
قرمز = برش
آبی سیر = خط انداختن (خطی به عمق و ضخامت کم)
سیاه = حکاکی (یک خط بستهٔ تو پر مثلا یک مستطیل تو پر)
باید توجه داشت که قسمت مورد نظر ما برای حکاکی حتما باید بسته باشد.
ابعاد طرح :
حد اکثر ابعادی که ما قادر به برش هستیم طبق ابعاد دستگاه برش لیزر ۶۰۰*۹۰۰میلیمتر هست یعنی ابعاد طرح شما نباید بیشتر از این اندازه باشد.
اما اینکه دقیقا در چه متریالی می‌خواهید کارتان انجام شود در اندازهٔ طرح شما تاثیر گذاره. مثلا بعضی از متریال‌ها فقط در اندازه‌های خاصی وجود دارن پس در سایز بندی طرحتان به اندازهٔ متریالتان توجه داشته باشید.
همچنین اندازه و سایزی از ورق که شما قطعاتتون رو داخلش می‌چینید باید از هر طرف ۵میلیمتر کمتر باشه یعنی به طور مثال در متریالی که اندازهٔ ورق ۶۰۰*۹۰۰میلیمتره با احتساب حاشیهٔ ۵میلیمتری از هر طرف به سایز نهایی ۵۹۰*۸۹۰میلیمتر می‌رسیم و قطعه هامون رو داخل ورقی به این اندازه می‌چینیم. هنگام چیدن قطعات در ورق برای صرفه جویی در متریال مصرفی تا می‌تونیم باید قطعاتو فشرده کنار هم بچینیم و موقع اینکار حواسمون باشه که قطعه‌ای روی قطعهٔ دیگه نیوفته و همینطور قطعاتی که کنار هم چیدیم حد اقل باید از هم ۳میلیمتر فاصله داشته باشند. اینکار شاید از نظر کسانی که سفارش کمی دارند مهم نباشد اما واسهٔ کسانی که تیراژشون بالا هست مهمه چون توی متریال کمترین دور ریز رو می‌دهند و توی کمترین جا بیشترین قطعه رو جا می‌دهند.
همانطور که قبلا گفته شد برش لیزر در صنعت فلزات کاربرد اساسی و مهمی دارد در این قسمت به شرح چگونگی استفاده از برش لیزر در فلزات میپردازیم.
برش فلزات :
در روش برش لیزری ورق برای برش ورق های فلزی از پرتو لیزر بسیار قدرتمندی استفاده می شود. مجموعه ای از آینه ها و لنزها یک پرتو نور پر انرژی را به سطح ورق در جایی که باید برش ایجاد شود، می تابانند. موقعیت پرتو لیزر نسبت به ورق توسط دستگاه به صورت اتوماتیک کنترل می شود و اشعه لیزر مسیر برش مورد نظر را با دقت بالا دنبال می کند. هنگامی که پرتو لیزر به سطح ورق برخورد می کند، آن را ذوب می کند. همزمان با برش ورق به وسیله لیزر، ذرات باقی مانده از فلز ذوب شده در محل برش و بخارات ایجاد شده در فرایند برش، توسط یک جریان قوی گازی جدا سازی و محل برش پاکسازی می شود.
در فر آیند برش لیزری اشعه لیزر روی سطح ورق حرکت کرده و به صورت خودکار در موقعیت برش قرار می گیرد به این دلیل نیازی به حرکت دادن ورق برای تعیین موقعیت آن نیست و این امر مانع از ایجاد خراش در سطح زیرین ورق می شود، همچنین به دلیل عدم نیاز به جابجایی ورق، مستقل از وزن ورق برش با کیفیت بالایی حاصل می شود و می توان به منظور کاهش هزینه ها و بالا بردن سرعت چندین ورق را به صورت همزمان برش داد.
در هنگام برش فاصله بین لیزر با ورق به صورت خودکار تنظیم می شود و بدین ترتیب در صورت ناصاف بودن سطح ورق در نتایج برش تغییری ایجاد نمی شود و برش با کیفیت و دقت بالا انجام می شود.
عملیات بارگیری انتقال و بارگذاری ورق های خام در دستگاه به صورت خودکار انجام می شود و بعد از به اتمام رسیدن عملیات برش در هر مرحله همزمان با انتقال ورق پرداخت شده و ضایعات به محل های مورد نظر، ورق جدید به دستگاه برای برش انتقال داده می شود و چرخه برش به صورت مداوم استمرار دارد. با توجه به بارگیری و بارگذاری همزمان به صورت خودکار توسط دستگاه نیازی به نیروی انسانی یا به کار بردن بازوی مکانیکی برای انجام عملیات برش نیست و بدین صورت ظرفیت تولید افزایش و زمان انجام کار به طور قابل ملاحظه ای کاهش میابد
مزایا :
برش ورق با دستگاه لیزر با دقت بالا انجام می شودفن آوری برش ورق با لیزر کیفیت سطح لبه برش داده شده را افزایش می دهد و نیازی به صیقل دادن لبه های برش داده شده ورق نیست میزان آسیب به ورق در این روش به حداقل می رسد اتوماسیون فوق بهینه باعث تولید کم هزینه با سرعت بالا می شود .
ناگفته نماند که این روش برای اکثر فلزات قابل استفاده است مثلا:ورق های فولادی با ضخامت ۲۰ میلی متر ورق های استیل که با استفاده از گاز نیتروژن در برش ورق استیل علاوه بر ایجاد سطحی صاف و صیقلی به هیچ وجه محل برش سیاه نشده و قطعه کیفیت خود را از دست نمی دهد. امکان برش ورق استیل تا ضخامت ۸ میلی متر هم برای نوع استیل نگیر و معمولی وجود دارد
ورق های آلومینیومی تا ضخامت ۴ میلی متر که در آن هیچ گونه محدودیتی برای شکل هندسی قطعه وجود ندارد و امکان برش هر قطعه طبق نقشه اتوکد امکان پذیر است
سایر فلزات مانند تیتانیوم ، برنج ، نقره ، مس و ….که ضخامت برش این گونه فلزات باتوجه به رسانایی حرارتی آنها با همدیگر متفاوت می باشد.
چگونه فایل برش لیزر را در ۳ds max آماده کنیم؟
از برش لیزر در نرم افزار های مختلف می توان استفاده کرد .برای اینکه طرحها و حجم هایی که در نرم افزار ها به صورت دیجیتال ایجاد میشوند با یکی از ۴روشی که در مقاله های پیش تر بیان شد,به صورت ماکت ویا اجرایی باز تولید شوند. انتخاب یکی از این ۴ روش و اینکه کدامیک بهتر است تا حد زیادی تجربی و سلیقه ای است .
از روش های خلاقانه ی دیگری هم میتوان استفاده کرد ولی تمرکز ما دراین مقاله روی نحوه ی استخراج خطوط مورد نیاز برای خوانش دستگاه CNC است (دستگاه برش لیزر ) که در نرم افزار ۳dsmax به منظور ساخت ماکت های معماری از آن استفاده شود .
همانطور که قبلا گفته شد CNC ها دستگاه هایی هستند با قابلیت خوانش اطلاعات مختصاتی عموما cnc های دسترس ما cnc هایی هستند که دو راستای x ,y را درک میکنند .
وقتی نرم افزار مورد استفاده , نرم افزاری حجمی مثل ۳dmax است و شما نیاز به
برداشت اطلاعات مختصاتی و وکتور از نرم افزاری برای مدل سازی معماری است در نرم افزاری که درک آن از سطوح و پلی گان ها شکل میگیرد ,انتخاب های شما بشدت محدود میشود . به طور خلاصه spline در ۳dmax این داده ها را در خود دارد و همچنین خطوط nurbs که توصیه میکنم از spline استفاده کنید.
نکته ای که باید در اینگونه ماکت سازی ها و طراحی ها در نظر گرفت این است که زمانی که راهی مشخص برای این قسم از طراحی ها وجود ندارد و همه چیز تا حد زیادی ابتکاری است در مورد تکنیک ساخت ماکت این موضوع بسیار پیچیده میشود در مورد اینکه چگونه میتوان از نرم افزار های مختلف استفاده کرد و چگونه میتوان از یک نرم افزار به نرم افزار دیگر خروجی گرفت , دانستن چند نکته ضروری است : نکته اول اینکه اساس درک تمام نرم افزار ها از خطوط و سطوح و هر چیز دیگری بر پایه ی مختصات است بنابر این ما معمولا در تمام نرم افزار ها صفحه ی مختصاتی و یک مختصات بر اساس ۳راستای x,y,z و یا u,v,w و یا D۱,D۲,D۳ داریم . نکته مهم در این مورد این است که مختصات xوyوz در تمام نرم افزار ها یک نقطه ی ثابت است و اگر ما نقطه ای در ربع اول مختصاتی در هر نرم افزاری ایجاد کنیم بعد از منتقل کردن آن به هر نرم افزار دیگر این نقطه و این مختصات ,حفظ میشوند و یکی خواهند بود.
با دانستن تعریف طول در هندسه و در نظر داشتن اینکه در تمام نرم افزار ها واحد ترسیمی قابل انتخاب است , اگر ما مکعبی بر پایه ی واحد متر در ۳DMAX ایجاد کنیم به طوری که طول ,عرض و ارتفاع آن هر سه ۱ باشند ,بعد از گرفتن خروجی از آن و انتقالش به هر نرم افزار دیگری مانند Rhino و Cadبه شرط یکی بودن واحد در این نرم افزار ها باز هم ما مکعبی داریم به ابعاد ۱/۱/۱ و این مکعب در مختصات نرم افزار اولیه که در آن ایجاد شده باقی خواهد ماند.بنا بر این اگر در ۳dmax ترسیمی از شکل داشته باشید میتوانید در ماکت سازی معماری از آن استفاده کنیدو آن را در دستگاهایی مثل cnc بکار ببرید .
خطوطی که به این روش قابل استفاده اند تمام shape های دو بعدی و دستور spline میباشند . همچنین edge های حجم های سه بعدی نیز با توجه به قابلیت convert to spline موجود در editable poly شامل این تعریف میشوند . بنابر این بطور کلی تمام شکل های دو بعدی همچنین تمامی edg ها ی مجود در مش بندی شکل و همچنین تمام broder های موجود در اشکال قابل تبدیل به ترسیمی وکتور قابلیت خوانش برای دستگاه cnc را دارند.
نکته ی بعد اینکه اگر شما سعی در تبدیل شکل سه بعدی به spline دو بعدی را داشته
باشید ممکن است در برخی از جاها خطوطی نا منظم در کار شما اضافه شوند . این خطوط نا خواسته بوده و معمولا این تصور ایجاد میشود که مش بندی شکل شما بهم ریخته است .
با توجه به این حالت شما معمولا در بیشتر موارد نیاز به دوباره کشیدن خطوط اصلی و باز سازی کردن خطوط مذکور را خواهید داشت تا به خطی که مناسب برای برش است برسید .
مقابله با این خطوط اضافه نیازمند شناخت سازو کار نرم افزار ۳dmax برای نمایش سطوح است تمام پلی ها در ۳d max به صورت ۴وجهی و یا ۳وجهی ایجاد میشوند . این قانون ساده هندسی منشا بهم ریختگی اکثر مش بندی ها و ایجاد خطوط اضافه و نا خواسته روی سطوح مختلف در ۳dmax است . حالا اگر سطحی که شما ایجاد کرده اید به هر دلیلی مدل استانداردنباشد و یا قالب مش بندی شکل را طوری بهم ریخته تا سطحی در آن ایجاد شود که ۳وجهی یا ۴وجهی نباشد نرم افزار برای نشان دادن این سطح به ناچار باید از خطوط کمکی استفاده کند که این خطوط همان خطوط مزاحم کار ما میباشند.
نکته ی سوم بحث smooth در ۳d max است .در ۳d max برای صرفه جویی در حجم اشکال تعداد سطوح همیشه برای نمایش سطوح منحنی و کرو حداقل میباشد. این کار به این صورت انجام میشود که نرم افزار همیشه سطوح smooth را به صورت اشتباه نرم تر از آنچه که هست ,نشان میدهد. برای اینکه این حالت را مشاهده کنید کافی است بعد از ایجاد یک آبجکت smooth آن را بردارید . خواهید دید که کره واقعی شما بدون آن به این نرمی و صافی نخواهد بود .
نکته ی چهارم اینکه اگر ما احجام را با دستوری شبیه به explode به پلی های تشکیل دهنده ی آنها تقسیم کنیم و با برش و کنار هم قرار دادن پلی ها سعی در باز تولید حجم ها نماییم قاعدتا باید بتوانییم این حجم ها را در واقعیت بسازیم ولی این اتفاق نمی افتد ,علت این امر planar بودن سطوح و پلی های مورد نظر است. منظور از planar بودن این است که اگر شکلی هندسی که میتواند قطر داشته باشد را در نظر گرفته و از محل برخورد قطرها ,خطی در راستای z رسم کنیم , اندازه ی این خط مقدار planar بودن آن است.