লেজার কাটিং ফর মেটাল: প্রো গাইড

লেজার কাটিং কীভাবে কাজ করে: নীতি এবং প্রধান উপাদানসমূহ

লেজার কাটিং প্রক্রিয়া: বিম জেনারেশন, ফোকাসিং, মেল্টিং এবং ম্যাটেরিয়াল ইজেকশন

ধাতু কাটার জন্য লেজার কাটিং সাধারণত চারটি পদক্ষেপ নিয়ে হয়ে থাকে যা খুবই আকর্ষক হয়ে ওঠে যখন আমরা এটি বিশদে বিশ্লেষণ করি। প্রক্রিয়াটি শুরু হয় একটি লেজার রিসোনেটর দিয়ে যা একটি শক্তিশালী বীম তৈরি করে এবং পরবর্তীতে সেটি CO2 গ্যাস মিশ্রণ বা বিশেষ ফাইবার অপটিক ক্যাবলের মাধ্যমে বৃদ্ধি পায়। এর পরবর্তী পর্যায়টি খুবই অসাধারণ। অত্যন্ত নির্ভুল লেন্স বীমটিকে একটি চুলের গুণ থেকেও ছোট করে ফেলে, যা প্রায় 0.1 মিমি পরিমাপের হয়। এই পর্যায়ে পৌঁছানোর পর শক্তি ঘনত্ব 10 মিলিয়ন ওয়াট প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারের বেশি হয়ে যায়, যা কার্বন স্টিলকে মাত্র অর্ধেক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে গলিয়ে দিতে সক্ষম বলে সম্প্রতি 'জার্নাল অফ ম্যানুফ্যাকচারিং প্রসেসেস'-এর গবেষণায় উল্লেখ করা হয়েছে। কাজটি সম্পূর্ণ করার জন্য সহায়ক গ্যাস যেমন অক্সিজেন বা নাইট্রোজেন গলিত ধাতুকে সরিয়ে দেয়, যা অত্যন্ত সরু কাট তৈরি করে। এমনকি 3 মিমি পুরু স্টেইনলেস স্টিলের শীটেও কাটের প্রস্থ মাত্র 0.15 মিমি পর্যন্ত হতে পারে।

ধাতু কাটার লেজার মেশিনের প্রয়োজনীয় উপাদানসমূহ (লেজার উৎস, অপটিক্স, কাটিং হেড, সহায়ক গ্যাস, CNC সিস্টেম)

নির্ভুলতা এবং দক্ষতা নিশ্চিত করতে পাঁচটি প্রধান সিস্টেম একযোগে কাজ করে:

• লেজার উৎস (ফাইবার বা CO2) 25-45% তড়িৎ শক্তিকে ব্যবহারযোগ্য আলোতে রূপান্তর করে
• বীম ডেলিভারি অপটিক্স 99.9% প্রতিফলিত দর্পণ ব্যবহার করে বীম মান রক্ষা করতে
• স্বয়ংক্রিয়-ফোকাসিং লেন্সযুক্ত কাটিং হেড ±0.005mm ইনক্রিমেন্টে উপকরণের পুরুতা অনুযায়ী সমন্বয় করে
• মাল্টি-স্টেজ গ্যাস সিস্টেম 25 বার পর্যন্ত সাহায্যকারী গ্যাসের চাপ নিয়ন্ত্রণ করে
• CNC (কম্পিউটার নিউমেরিকাল কন্ট্রোল) সিস্টেম 5μm পজিশনিং সঠিকতা সহ কাটিং পথগুলি পরিচালিত করে

এই ইন্টিগ্রেশন 1mm মৃদু ইস্পাতের উপর 60 মিটার/মিনিট পর্যন্ত কাটিং গতি সক্ষম করে করে যখন ±0.05mm সহনশীলতা বজায় রাখে - উচ্চ-নির্ভুলতা সম্পন্ন অটোমোটিভ এবং এয়ারোস্পেস উপাদানগুলির জন্য অপরিহার্য

মেটাল কাটিংয়ের জন্য লেজারের প্রকারভেদ: CO2 বনাম ফাইবার তুলনা

আজকাল ধাতু নির্মাণ শিল্প মূলত তিনটি প্রধান লেজার প্রযুক্তির সাথে কাজ করে: CO2, ফাইবার এবং স্ফটিক ভিত্তিক সিস্টেম। CO2 লেজারগুলি অ-ধাতব ধাতু কাটার ক্ষেত্রে বেশ ভালো কাজ করে কারণ উত্তেজনার জন্য এতে গ্যাস ব্যবহার হয়। ফাইবার লেজারগুলি পাতলা থেকে মাঝারি মাপের শীট ধাতুর কাজের বাজারে ব্যাপক জনপ্রিয়তা অর্জন করেছে কারণ এগুলি অপটিক্যাল ফাইবারের মাধ্যমে ডায়োড আলোকে বাড়িয়ে দেয়। 2024 সালের ইন্ডাস্ট্রিয়াল লেজার রিপোর্ট অনুসারে ফাইবার লেজারগুলি 3 মিমি স্টেইনলেস স্টিল কাটতে পারে প্রায় দুই থেকে তিন গুণ দ্রুত গতিতে যা আগের CO2 সিস্টেমের তুলনায় অনেক বেশি। Nd:YAG মডেলসহ স্ফটিক লেজারগুলি টাইটানিয়াম কাটার মতো খুব নির্দিষ্ট কিছু ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়, যদিও এই সিস্টেমগুলি আর খুব বেশি বৃদ্ধি পাচ্ছে না মূলত এদের রক্ষণাবেক্ষণ এবং মেরামতির খরচ অনেক বেশি হওয়ার কারণে।

ফাইবার লেজারগুলি সুস্পষ্ট সুবিধা দেয়:

• সঠিকতা : CO2 এর তুলনায় 0.1 মিমি কার্ফ প্রস্থ অর্জন করা যায় যেখানে 0.3–0.5 মিমি হয়
• শক্তি দক্ষতা : CO2 সিস্টেমের তুলনায় 30% কম বিদ্যুৎ খরচ হয়
• রক্ষণাবেক্ষণ : কোনো দর্পণ পুনরায় সাজানোর বা গ্যাস পূরণের প্রয়োজন হয় না

*500kW সিস্টেম, 24/5 অপারেশন ভিত্তিতে

20mm এর কম ধাতু প্রক্রিয়াকরণকারী প্রস্তুতকারকদের জন্য, ফাইবার লেজারগুলি কম খরচে এবং 94% অপারেটিং সময়ের (2024 মেটালওয়ার্কিং অর্থনীতি অধ্যয়ন) মাধ্যমে 18-24 মাসে বিনিয়োগের প্রত্যাবর্তন ঘটায়। যদিও সংমিশ্রিত-উপকরণ সম্বলিত দোকানগুলির জন্য যেখানে এক্রাইলিক বা কাঠ প্রক্রিয়া করা হয় সেখানে CO2 সিস্টেমগুলি এখনও ব্যবহারযোগ্য, কিন্তু তারা প্রতি ধাতু কাটার জন্য 50-70% বেশি শক্তি খরচ করে।

লেজার কাটিংয়ের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ধাতু: ইস্পাত থেকে তামা

লেজার কাটিংয়ে ব্যবহৃত সাধারণ ধাতু: স্টেইনলেস স্টীল, অ্যালুমিনিয়াম, মিল্ড স্টীল, পিতল এবং তামা

লেজার কাটিং সেরা ফলাফল দেয় যেসব ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতা স্থিতিশীল এবং লেজার শক্তি নির্দিষ্ট হারে শোষণ করে। এমন ধাতুর মধ্যে রয়েছে স্টেইনলেস স্টিল, অ্যালুমিনিয়াম, মাইল্ড স্টিল, পিতল এবং তামা। স্টেইনলেস স্টিল এর মধ্যে সবচেয়ে বেশি প্রতিরোধী কারণ এটি সহজে ক্ষয় হয় না, এই কারণেই চিকিৎসা সরঞ্জাম এবং খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ মেশিনারিতে এটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় যেখানে পরিষ্কারতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অ্যালুমিনিয়ামের হালকা ওজনের কারণে এটি বিমান এবং গাড়ি তৈরিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে কয়েকটি আউন্স ওজন কমানো যায় এবং প্রকৃত পারফরম্যান্স উন্নত করা যায়। পিতল এবং তামা লেজারে কাটা হয় না খুব বেশি, তবুও তাদের ব্যবহার হয় বৈদ্যুতিক সিস্টেমে যদিও এগুলো কাটতে অসুবিধা হয়। এই ধাতুগুলো লেজার রশ্মি প্রতিফলিত করে, তাই পরিচালকদের বিশেষ সরঞ্জাম এবং কৌশল ব্যবহার করতে হয় যাতে পরিবেশের ক্ষতি না করে পরিষ্কার কাট করা যায়।

ফাইবার লেজার সিস্টেমে তামা এবং পিতলের মতো প্রতিফলিতকারী ধাতু কাটার চ্যালেঞ্জ: কেন এই ধাতুগুলির জন্য প্রয়োজন বিশেষ প্যারামিটার

তামা এবং পিতলের মতো উপকরণ কাটার সময় একটি বড় সমস্যা হয় কারণ এগুলি 90 শতাংশের বেশি ইনফ্রারেড লেজার শক্তি প্রতিফলিত করে। যথাযথভাবে না নিয়ন্ত্রণ করলে এই প্রতিফলন লেজার মেশিনটিকেই ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে। এখানেই ফাইবার লেজারের গুরুত্ব প্রকট হয়ে ওঠে। এগুলি এই ক্ষেত্রে আরও ভালো কাজ করে কারণ এগুলি 1,060 ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের কাছাকাছি ক্ষেত্রে কাজ করে এবং এদের কাছে অ্যাডাপটিভ পাওয়ার মডুলেশন নামে পরিচিত একটি প্রযুক্তি রয়েছে যা নিয়ন্ত্রণকে আয়ত্তে রাখতে সাহায্য করে। যেমন ধরুন 2 মিমি পুরু তামার পাত কাটার ক্ষেত্রে। এই প্রক্রিয়ায় 500 Hz এর চেয়ে বেশি পালস রেট এবং কাটার সময় জারণ রোধ করতে নাইট্রোজেন গ্যাসের সাহায্য প্রয়োজন হয়। যদিও এই অতিরিক্ত পদক্ষেপগুলি ইস্পাত কাটার তুলনায় 15 থেকে 20 শতাংশ বেশি শক্তি ব্যবহার করে, তবু সঠিক নির্ভুলতা বজায় রাখা এবং ব্যয়বহুল সরঞ্জামগুলি রক্ষা করার জন্য অধিকাংশ প্রস্তুতকারক এটিকে যুক্তিযুক্ত বলে মনে করেন।

লেজার কাটিং অ্যাপ্লিকেশনে ম্যাটেরিয়ালের মোটা এবং মানের বিষয়গুলি

যে উপাদান নিয়ে কাজ করা হচ্ছে তার পুরুতা কাটার গতি এবং প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত শক্তির পরিমাণকে বড় আকারে প্রভাবিত করে। উদাহরণস্বরূপ, 5 মিমি মিল্ড স্টিলের ক্ষেত্রে, প্রতি মিনিটে প্রায় 8 মিটার গতি ভালো ফলাফল দেয়। কিন্তু 20 মিমি স্টিলের মতো মোটা উপাদানের ক্ষেত্রে, কাটার সময় প্রান্তের বক্রতা রোধ করতে অপারেটরদের গতি কমিয়ে প্রতি মিনিটে মাত্র 1.2 মিটারে নামিয়ে আনতে হয়। অনেকে যে বিষয়টি উপেক্ষা করেন তা হল পৃষ্ঠের প্রস্তুতি। মরচে ধরা অংশ বা অসম আবরণ লেজার বীমকে প্রায় আধা মিলিমিটার পর্যন্ত বিচ্যুত করে দিতে পারে, যার ফলে পরবর্তীতে মাত্রিক সমস্যা দেখা দেয়। কাজ শুরুর আগে আবৃত পৃষ্ঠগুলি পরিষ্কার করা হলে অনেক ভালো ফল পাওয়া যায়। শিল্প তথ্য অনুযায়ী, এই সামান্য পদক্ষেপটি কাটার স্থিতিশীলতা 30 শতাংশ বৃদ্ধি করে এবং পোস্ট প্রসেসিংয়ে অসুবিধা সৃষ্টিকারী ধাতু অবশেষের পরিমাণও কমায়।

ফাইবার লেজার কাটিং: কেন এটি ধাতু প্রক্রিয়াকরণের শিল্প মান হিসাবে পরিচিত

ইস্পাত এবং অ্যালুমিনিয়াম কাটিংয়ে ফাইবার লেজারের উত্কৃষ্ট কর্মক্ষমতা উচ্চ নির্ভুলতা এবং গতিতে

ফাইবার লেজারগুলি ঐতিহ্যবাহী CO2 সিস্টেমগুলির তুলনায় প্রায় তিনগুণ বেশি গতিতে উপকরণগুলি কাটতে পারে, স্টেইনলেস স্টিল এবং অ্যালুমিনিয়ামের মতো কঠিন জিনিসপত্রে 0.1 মিমি সহনশীলতার মধ্যে থেকে। এই লেজারগুলির পিছনে সলিড-স্টেট নির্মাণ রয়েছে, যার ফলে শক্তি খরচের বেলায় এগুলি প্রায় 30 শতাংশ বেশি দক্ষ হয়। এই দক্ষতার ফলে পরিষ্কার কাট হয় যেখানে উপকরণটি প্রায় গলে যায় এবং পুড়ে যায় না, এবং চারপাশের অঞ্চলগুলিতে অনেক কম তাপ প্রভাব পড়ে। দেশের বিভিন্ন উত্পাদন ক্ষেত্র থেকে প্রাপ্ত বাস্তব সংখ্যাগুলি দেখলে দেখা যায় যে 25 মিমি পুরু ধাতুর কম পুরুতে তৈরি প্রতিটি অংশে 18 থেকে 22 সেন্ট পর্যন্ত সঞ্চয় হয়। এই কারণেই বর্তমানে অনেক শীট মেটাল দোকানগুলি তাদের ব্যাপক উত্পাদনের প্রয়োজনে ফাইবার লেজার প্রযুক্তির দিকে ঝুঁকছে।

কেস স্টাডি: অটোমোটিভ কম্পোনেন্ট উত্পাদনে ফাইবার লেজার কাটিং (কার্বন স্টিল অ্যাপ্লিকেশন)

অটোমোটিভ পার্টসের এক বড় নাম 2 থেকে 8 মিমি কার্বন স্টিল শীট নিয়ে কাজ করার জন্য 6 কিলোওয়াট ফাইবার লেজারে পরিবর্তন করার পর চেসিস কম্পোনেন্ট উত্পাদনের সময় প্রায় অর্ধেক কমিয়ে দিয়েছে। এই নতুন সিস্টেমগুলি যেহেতু কোনও ড্রস তৈরি না করেই পরিষ্কার কাট দেয়, তাই অতিরিক্ত ডেবারিং কাজের প্রয়োজন প্রায় শেষ হয়ে গেছে যা আসলে অবাক করা। পৃষ্ঠের ফিনিশ Ra 3.2 মাইক্রনের কাছাকাছি হয় যা বেশ মসৃণ। কঠোর সময়সূচী মেনে চলা উত্পাদনকারীদের জন্য, এই ধরনের নির্ভুলতা পার্থক্য তৈরি করে, বিশেষ করে যেহেতু ইলেকট্রিক ভেহিকলগুলির জন্য চাপানো স্পেসিফিকেশনগুলি পূরণ করতে প্রতিটি গ্রাম এবং সহনশীলতা খুবই কম।

প্রবণতা বিশ্লেষণ: এয়ারোস্পেসে অ্যালুমিনিয়াম কাঠামোগত অংশের জন্য ফাইবার লেজারের বৃদ্ধিষৎ ব্যবহার

আরও বেশি বিমান প্রকৌশল সংস্থা এখন 7075-টি6 খাদ দিয়ে তৈরি ডানার পাঁজর এবং ফিউজেলেজের অংশগুলির মতো অ্যালুমিনিয়াম কাঠামোগত অংশগুলির সঙ্গে কাজ করার সময় ফাইবার লেজারের দিকে ঝুঁকছে। কেন? কারণ ওই লেজারগুলি প্রায় 1,070 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কাজ করে যা উপকরণের প্রতিফলনের সমস্যা কমাতে সাহায্য করে। এর অর্থ হল যে তারা 0.5% এর কম পুরুত্বের পার্থক্য বজায় রেখে প্রতি মিনিটে প্রায় 15 মিটার গতিতে 10 মিমি পুরু পাত কাটতে পারে। সম্প্রতি প্রবণতা দেখলে দেখা যায় যে প্রতি 10টি নতুন বিমানের ডিজাইনের মধ্যে প্রায় 9টিতে আসলে লেজার কাটা অ্যালুমিনিয়াম উপাদানের কোনো না কোনো রূপ অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। ফলস্বরূপ, যদি প্রস্তুতকারকদের এয়ারোস্পেস শিল্পের জন্য প্রচলিত কঠোর AS9100 মানের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হয় তবে ভালো ফাইবার লেজার সিস্টেমের অ্যাক্সেস থাকা এখন অপরিহার্য হয়ে উঠেছে।

ধাতুর ধরন অনুযায়ী লেজার কাটিং প্যারামিটারগুলি অপটিমাইজ করা

স্টেইনলেস স্টীল: নাইট্রোজেনকে সহায়ক গ্যাস হিসাবে ব্যবহার করে পরিষ্কার, অক্সাইড-মুক্ত প্রান্ত অর্জন করা

12 থেকে 20 বার চাপে নাইট্রোজেন পদার্থের সংক্ষারণের প্রতিরোধ বজায় রাখতে একটি নিষ্ক্রিয় সহায়ক গ্যাস হিসাবে কাজ করে। এটি ঘটলে জারণ প্রতিরোধ করা হয় এবং পরিষ্কার ধার তৈরি হয়, যা এই ধরনের অংশগুলিকে যেমন চিকিৎসা সরঞ্জাম বা খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ শিল্পে ব্যবহৃত উপাদানগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে। উদাহরণ হিসাবে 6 মিমি পুরু 304 গ্রেড স্টেইনলেস স্টিল নিন। 10 থেকে 12 মিটার প্রতি মিনিটে প্রায় 2 কিলোওয়াট ফাইবার লেজার চালালে, আমরা সাধারণত 0.1 মিমি এর বেশি না পরিমাপ করা তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল দেখি। 2024 মেটাল ফ্যাব্রিকেশন রিপোর্টে প্রকাশিত সদ্য গবেষণা অনুযায়ী, অক্সিজেন ভিত্তিক পদ্ধতি থেকে নাইট্রোজেন সহায়তা পদ্ধতিতে স্যুইচ করে অতিরিক্ত সমাপ্তি খরচ প্রায় এক তৃতীয়াংশ কমানো যেতে পারে। কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার হল:

• শক্তি : 1.8–2.2কিলোওয়াট
• নজেল দূরত্ব : 0.8–1.2মিমি
• ফোকাল অবস্থান : -0.5 মিমি (পৃষ্ঠের নিচে)

অ্যালুমিনিয়াম: স্থিতিশীল কাটিংয়ের জন্য প্রতিফলন এবং তাপীয় পরিবাহিতা পরিচালনা করা

অ্যালুমিনিয়ামের উচ্চ প্রতিফলন ক্ষমতা (1µm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে 85–92%) বীম বিক্ষেপণ প্রতিরোধে পালসড লেজার মোড প্রয়োজন। 4kW ফাইবার লেজার ব্যবহার করে 6–8 বার চাপে সংকুচিত বাতাসের সাহায্যে 15 m/min গতিতে 8mm 6061-T6 অ্যালুমিনিয়াম কাটা যায়। তাপ পরিবাহিতা নিয়ন্ত্রণের জন্য:

1. পিয়ার্স সময় বৃদ্ধি করুন (5mm শীটের জন্য 500–700ms)
2. তাপ বন্টনের জন্য স্পাইরাল পিয়ার্সিং এবং কাটিং পথ ব্যবহার করুন
3. অ্যান্টি-রিফ্লেকটিভ কোটিং প্রয়োগ করুন, যা শক্তি ক্ষতি 18% কমায়

এই পদ্ধতির মাধ্যমে ±0.05mm নির্ভুলতা পাওয়া যায়, যা অটোমোটিভ ব্যাটারি ট্রে সহ সঠিক উপাদানগুলির জন্য আদর্শ।

কার্বন স্টিল: কাটিং গতি এবং জারণের ভারসাম্য রেখে প্রান্তের গুণমান অপটিমাইজ করা

3mm এর বেশি পুরু কার্বন স্টিলের জন্য অক্সিজেন-সহায়তা কাটিং পদ্ধতি প্রমিত। এক্ষেত্রে তাপজ বিক্রিয়ার মাধ্যমে কাটিং গতি 40% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। 3kW এ 10mm S355JR স্টিলের ক্ষেত্রে গতি 8–10 m/min পর্যন্ত হতে পারে। তবে, অতিরিক্ত জারণ নীচের দিকে ধাতুর গলিত অবশেষ তৈরি করতে পারে। কার্যকর প্রতিরোধের মধ্যে রয়েছে:

• গ্যাসের চাপ অপটিমাইজ করা : 0.8–1.2 বার অক্সিজেন
• ড্রস নিয়ন্ত্রণ : 0.8–1.2মিমি দূরত্ব বজায় রাখুন
• প্রান্তের গুণগত মান : 95% ডিউটি সাইকেলে Ra µ12.5µm অর্জন করুন

আই-বীম এর মতো কাঠামোগত উপাদানগুলির জন্য অক্সিজেন কাটিং এবং নাইট্রোজেন ফিনিশিং পাস সম্মিলিত করে ISO 9013 মান অনুযায়ী মাত্রিক নির্ভুলতা এবং প্রান্তের গুণগত মান পূরণ করতে সাহায্য করে।

FAQ বিভাগ

লেজার কাটিং কী?

লেজার কাটিং হল একটি নির্ভুল প্রক্রিয়া যেখানে কোনও শক্তিশালী লেজার বীম ব্যবহার করে কোনও উপকরণ গলিয়ে, পুড়িয়ে বা বাষ্পীভূত করে কাটা হয়।

CO2 লেজারের তুলনায় ফাইবার লেজার ব্যবহারের সুবিধাগুলি কী কী?

ফাইবার লেজারগুলি CO2 লেজারের তুলনায় উচ্চতর নির্ভুলতা, ভাল শক্তি দক্ষতা এবং কম রক্ষণাবেক্ষণ খরচ প্রদান করে।

কোন ধাতুগুলি লেজার কাটিংয়ের উপযুক্ত?

স্টেইনলেস স্টীল, অ্যালুমিনিয়াম, মিল্ড স্টীল, পিতল এবং তামা ইত্যাদি ধাতু লেজার শক্তি শোষণের ক্ষমতা এবং তাপ পরিবাহিতা থাকার কারণে লেজার কাটিংয়ের উপযুক্ত।

প্রস্তর পুরুতা লেজার কাটিং কে কিভাবে প্রভাবিত করে?

প্রস্তর পুরুতা কাটিং গতি এবং বিদ্যুৎ খরচের উপর প্রভাব ফেলে। প্রান্তের বিকৃতি রোধ করতে পুরু প্রস্তরগুলি প্রায়শই ধীর কাটিং গতির প্রয়োজন হয়।