تطبيق تكنولوجيا الليزر في مواد البناء

يستخدم الليزر طاقته العالية للتفاعل مع المواد لتحقيق عمليات المعالجة. ويُعدّ استخدام أشعة الليزر في المواد المعدنية أسهل التطبيقات، وهو السوق الأكثر نضجاً لتطويرها.

تشمل المواد المعدنية صفائح الحديد، والفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، وسبائك الألومنيوم، وغيرها. تُستخدم صفائح الحديد والفولاذ الكربوني في الغالب كأجزاء هيكلية معدنية مثل السيارات، ومكونات آلات البناء، وخطوط الأنابيب، وما إلى ذلك، والتي تتطلب قطعًا ولحامًا عاليي الطاقة نسبيًا. أما الفولاذ المقاوم للصدأ، فيُستخدم عادةً في الحمامات، وأدوات المطبخ، والسكاكين، حيث لا يتطلب سمكًا كبيرًا، ما يجعل استخدام ليزر متوسط ​​الطاقة كافيًا.

شهدت مشاريع الإسكان والبنية التحتية المتنوعة في الصين تطورًا سريعًا، ما أدى إلى استخدام كميات كبيرة من مواد البناء. فعلى سبيل المثال، تستهلك الصين نصف إنتاج العالم من الإسمنت، وهي أيضًا الدولة الأكثر استهلاكًا للصلب. تُعدّ مواد البناء من الصناعات الأساسية في الاقتصاد الصيني. تتطلب هذه المواد عمليات معالجة مكثفة، فما هي تطبيقات تقنية الليزر في هذا المجال؟ حاليًا، تتم معالجة الأساسات والهياكل المصنوعة من قضبان حديدية مشكلة بشكل رئيسي باستخدام آلات القص الهيدروليكية أو آلات الطحن. أما الليزر، فيُستخدم بكثرة في معالجة الأنابيب والأبواب والنوافذ.

المعالجة بالليزر في الأنابيب المعدنية

تُستخدم الأنابيب في أغراض البناء، مثل أنابيب المياه، وأنابيب الغاز الطبيعي/الفحم، وأنابيب الصرف الصحي، وأنابيب الأسوار، وغيرها. وتشمل الأنابيب المعدنية أنابيب الصلب المجلفن وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع تزايد التوقعات بشأن المتانة والجمال في قطاع البناء، ارتفعت متطلبات تقطيع الأنابيب. يبلغ طول الأنابيب عادةً 10 أمتار أو حتى 20 مترًا قبل التسليم. وبعد توزيعها على مختلف الصناعات، ونظرًا لاختلاف استخداماتها، تُعالَج الأنابيب إلى أجزاء بأشكال وأحجام مختلفة لتلبية احتياجات كل صناعة.

بفضل ما تتميز به من أتمتة عالية وكفاءة وإنتاجية فائقة، تُعتمد تقنية قطع الأنابيب بالليزر بسرعة في صناعة الأنابيب، وهي مثالية لقطع مختلف أنواع الأنابيب المعدنية. يمكن قطع الأنابيب المعدنية التي يقل سمكها عادةً عن 3 مم باستخدام آلة قطع ليزرية بقدرة 1000 واط، بينما يمكن تحقيق سرعة قطع عالية باستخدام طاقة ليزرية تزيد عن 3000 واط. في السابق، كان قطع جزء من أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام آلة قطع ذات عجلة كاشطة يستغرق حوالي 20 ثانية، بينما يستغرق القطع بالليزر ثانيتين فقط، مما يُحسّن الكفاءة بشكل كبير. لذلك، حلت معدات قطع الأنابيب بالليزر محل العديد من آلات القطع الميكانيكية التقليدية بالسكاكين خلال السنوات الأربع أو الخمس الماضية. مع ظهور تقنية قطع الأنابيب بالليزر، أصبحت عمليات المناشير التقليدية، والتثقيب، والحفر، وغيرها من العمليات تُنجز تلقائيًا داخل الآلة. فهي قادرة على القطع والحفر، بالإضافة إلى قطع الأشكال والأنماط. في عملية قطع الأنابيب بالليزر، يكفي إدخال المواصفات المطلوبة في الحاسوب، ليقوم الجهاز بإنجاز مهمة القطع تلقائيًا وبسرعة وكفاءة عالية. تُعدّ عمليات التغذية والتثبيت والدوران وقطع الأخاديد التلقائية مناسبة للأنابيب المستديرة والمربعة والمسطحة، وما إلى ذلك. يلبي القطع بالليزر تقريبًا جميع متطلبات قطع الأنابيب، ويحقق نمط معالجة فعال.

قطع الأنابيب بالليزر

معالجة الليزر في الأبواب والنوافذ

تُعدّ الأبواب والنوافذ من العناصر الأساسية في قطاع البناء العقاري في الصين، إذ لا غنى عنها في جميع المنازل. ونظرًا للطلب المتزايد في هذا القطاع وارتفاع تكاليف الإنتاج سنويًا، بات المستهلكون يولون اهتمامًا أكبر لكفاءة تصنيع الأبواب والنوافذ وجودتها.

تُستخدم كميات كبيرة من الفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة الأبواب والنوافذ وشبكات الحماية من السرقة والدرابزينات، وغالبًا ما تكون هذه المواد عبارة عن صفائح فولاذية وقضبان دائرية بسماكة أقل من 2 مم. تتيح تقنية الليزر إمكانية القطع والتفريغ والنقش عالي الجودة في هذه الصفائح والقضبان. كما تُسهّل تقنية اللحام بالليزر المحمول حاليًا عملية اللحام السلس للأجزاء المعدنية للأبواب والنوافذ، دون وجود فجوات أو وصلات لحام بارزة ناتجة عن اللحام النقطي، مما يُضفي على الأبواب والنوافذ أداءً ممتازًا ومظهرًا أنيقًا.

يُعدّ الاستهلاك السنوي للأبواب والنوافذ وشبكات الحماية من السرقة والدرابزينات ضخمًا، ويمكن تحقيق عمليات القطع واللحام باستخدام طاقة ليزر صغيرة ومتوسطة. مع ذلك، ونظرًا لأن معظم هذه المنتجات تُصنع حسب الطلب وفقًا لحجم المنزل، وتُعالج من قِبل متاجر تركيب الأبواب والنوافذ الصغيرة أو شركات الديكور، التي تستخدم الطرق التقليدية الشائعة كالقطع والطحن واللحام بالقوس الكهربائي واللحام باللهب، فإن هناك مجالًا واسعًا لاستخدام معالجة الليزر كبديل للطرق التقليدية.

باب أمان ملحوم بالليزر

إمكانية المعالجة بالليزر في مواد البناء غير المعدنية

تشمل مواد البناء غير المعدنية بشكل رئيسي السيراميك والحجر والزجاج. وتتم معالجتها باستخدام عجلات الطحن والسكاكين الميكانيكية، مما يعتمد كلياً على التشغيل اليدوي والتوجيه الدقيق. وينتج عن هذه العملية كميات كبيرة من الغبار والحطام والضوضاء المزعجة، مما يشكل خطراً جسيماً على صحة الإنسان. لذا، يتناقص عدد الشباب الراغبين في العمل في هذا المجال.

تتميز هذه الأنواع الثلاثة من مواد البناء بقابليتها للتشقق والكسر، وقد تم تطوير معالجة الزجاج بالليزر. يتكون الزجاج من السيليكات والكوارتز، وغيرها من المواد التي تتفاعل بسهولة مع أشعة الليزر لإتمام عملية القطع. وقد دارت نقاشات عديدة حول معالجة الزجاج. أما بالنسبة للسيراميك والحجر، فنادرًا ما يُنظر في استخدام الليزر في القطع، وهو ما يستدعي مزيدًا من البحث. إذا تم التوصل إلى ليزر ذي طول موجي وقدرة مناسبين، فمن الممكن أيضًا قطع السيراميك والحجر مع تقليل الغبار والضوضاء.

استكشاف المعالجة بالليزر في الموقع

مواقع البناء السكنية، أو مشاريع البنية التحتية كطرق وجسور وسكك حديدية، التي تتطلب إنشاء موادها ووضعها في الموقع. إلا أن معالجة قطع العمل باستخدام معدات الليزر غالباً ما تقتصر على ورشة العمل، ثم تُنقل القطعة إلى موقع آخر لتطبيقها. لذا، فإن استكشاف كيفية تمكين معدات الليزر من إجراء معالجة فورية في الموقع ضمن سيناريوهات تطبيقها قد يُمثل اتجاهاً هاماً لتطوير الليزر مستقبلاً.

على سبيل المثال، تحظى ماكينة لحام الأرجون بقوس كهربائي بشعبية واسعة وانتشار كبير. فهي تتميز بتكلفتها المنخفضة، وسهولة نقلها، واستهلاكها المنخفض للطاقة، وثباتها العالي، وقدرتها الكبيرة على التكيف، كما يمكن نقلها بسهولة إلى موقع العمل لإجراء عمليات اللحام في أي وقت. وفي هذا السياق، يتيح ظهور ماكينة اللحام الليزرية المحمولة إمكانية استكشاف إمكانية استخدام اللحام بالليزر في مواقع العمل. ويمكن الآن دمج معدات اللحام الليزرية المحمولة مع مبردات المياه في جهاز واحد ذي حجم أصغر، ما يجعله مناسبًا للاستخدام في مواقع البناء.

يُعدّ صدأ الأجزاء المعدنية مشكلةً بالغة التعقيد. فإذا لم يُعالج الصدأ في الوقت المناسب، يُصبح المنتج مُعرّضًا للتلف. وقد ساهم تطوير تقنية التنظيف بالليزر في تسهيل عملية إزالة الصدأ، وزيادة كفاءتها، وخفض تكاليف المعالجة. ولعلّ تقديم خدمات تنظيف ليزرية احترافية متنقلة، للتعامل مع قطع العمل التي يصعب نقلها والتي تحتاج إلى تنظيف في موقع البناء، يُعدّ أحد اتجاهات تطوير هذه التقنية. وقد نجحت إحدى الشركات في نانجينغ في تطوير معدات تنظيف ليزرية متنقلة محمولة على مركبات، كما طوّرت شركات أخرى آلات تنظيف محمولة على الظهر، تُتيح التنظيف في الموقع للجدران الخارجية للمباني، ومظلات تصريف مياه الأمطار، والهياكل الفولاذية، وغيرها، مما يُوفّر خيارًا جديدًا للتنظيف بالليزر في الموقع.

مبرد S&A طراز CWFL-1500ANW لتبريد لحام الليزر المحمول