ناشناخته های لیزر از زمانی که توسط بشر اختراع شد، بسیار زیاد بود. با این حال از همان ابتدا بشر نسبت به آینده آن برای استفاده در صنایع مختلف بسیار امیدوار بود. تاریخچه لیزر در صنعت برش و حکاکی به دهه ۱۹۰۰ میلادی برمی گردد. امروزه بشر از دستگاه برش لیزر برای برش روی موادی با جنس های مختلف مانند شیشه و فلزات استفاده می کند و این فقط بخشی کوچکی از استفاده از این تکنولوژی می باشد.
استفاده از آن در صنایع دریایی و خودروسازی نشان از اهمیت اختراع لیزر است. در اینکه چه کسی برای اولین بار لیزر را کشف کرد، ابهاماتی وجود دارد. با این حال در سال ۱۹۶۵ دستگاه برش لیزری توسط مرکز تحقیقات Western Electric Engineering ساخته شد که از این دستگاه برای ایجاد سوراخ در قالب‌های الماس استفاده شد.
لیزر چیست و پایه کار آن چگونه است؟
لیزر (LASER) مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation است و به معنای تقویت نور از طریق گسیل القایی می باشد. اساس کار لیزر با برانگیختگی اتم اتفاق می افتد. در صورتی که به اتم یک واحد انرژی معادل اختلاف انرژی دو تراز آن بدهیم، در این حالت اتم را برانگیخته کردیم. این انرژی از طرق مختلف مانند برخوردهای اتمی، جذب فوتون، تخلیه الکترونیکی و… ایجاد می شود.
گسیل القایی زمانی اتفاق می افتد که یک اتم در حالت برانگیخته باشد و یک فوتون با انرژی معادل اختلاف انرژی دو تراز اتم برخورد کند. نتیجه این برخورد در یک محیط، تشکیل یک دسته فوتون نوری با طول موج، فاز و قطبش یکسان خواهد بود. طول موج ها بیشتر مرئی، مادون قرمز یا ماورا بنفش است. بیشتر لیزرهای به کار رفته در برش و حکاکی از این روند پیروی می کنند.
تاریخچه لیزر در صنعت برش و حکاکی (چراغ راه دانشمندان!)
تاریخچه لیزر توسط بشر را می توان در دهه ۱۹۰۰ میلادی شناسایی کرد. در سال ۱۹۰۰ میلادی دانشمندی به نام پلانک در مقاله ای به رابطه بین انرژی و تشعشعات پرداخت. تلاش های پلانک در پیدایش لیزر بسیار مهم و به عنوان چراغ راهی برای دانشمندان دیگر بود. پلانک به دلیل کشف کوانتوم و فوتون موفق به دریافت جایزه نوبل شد. اهمیت این موضوع به این دلیل بود که او انرژی را شامل بخش های مجزایی دانست که آن را کوانتوم نامید.
بعد از انیشتین، فردی به نام والنتین فابریکانت در سال ۱۹۳۹، در موضوع تقویت تشعشعات، نظریه پردازی هایی را انجام داد.
سپس در سال ۱۹۵۰، چارلز تاونز، نیکولای باسوف و الکساندر پروخوروف جایزه نوبل را به علت موفقیت در تئوری انتشار تحریک شده مایکروویو دریافت کردند. چارلز تاونز و شریکش، آرتور شاولو توانستند به تکنولوژی میزرmaser، دست یابند. میزر به معنای تقویت امواج مایکروویو با انتشار تحریک شده تشعشعات می باشد. این تکنولوژی بسیار شبیه به لیزر بود. فقط از آمونیاک و تشعشعات مایکروویو به جای نور مرئی استفاده می شد.
سال ۱۹۵۹، کلمه laser به پیشنهاد دانشجویی در دانشگاه کلمبیا به نام گوردون گولد به کار گرفته شد. او برای تقویت نور از امواج تحریک شده استفاده کرد. وی تشدید کننده نوری را این گونه توصیف کرد که این عامل باعث ایجاد یک پرتو باریک از نور منسجم می شود که به آن را لیزر می گویند.
در این سال ها، رقابت بین دانشمندان برای کشف جزئیات بیشتر لیزر بسیار زیاد بود. در سال ۱۹۶۰ بود که اولین نمونه آزمایشگاهی laser در کالیفرنیا توسط تئودور مایمن ساخته شد. بنابراین این آزمایش یاقوت مصنوعی به عنوان محیط فعال استفاده شد. جالب است بدانید اولین کاربرد آن، برای بردیاب های نظامی بود. البته این مورد استفاده هنوز هم به صورت تجاری برای سوراخکاری الماس استفاده می شود.
از سال ۱۹۶۳، استفاده از گاز CO2 در فرایند لیزر استفاده شد. اولین بار در آزمایشگاه AT&T Bell لیزر دی اکسید کربن که نسبت به لیزر یاقوت هزینه کمتری دارد به کار رفت. از آن زمان تا کنون یعنی حدود بیش از ۵۰ سال است که CO2 به عنوان یکی از محبوب ترین نوع Laser صنعتی شناخته شده است.
همچنین در این سال جایزه نوبل به آلروف و کرامر اهدا شد. دلیل اهدای این جایزه به آنها این بود که موفق شدند لیزر نیمه رسانا با ساختار غیر هم شکل را ارائه دهند.
در سال ۱۹۶۵ از لیزر به عنوان ابزاری برای حفاری استفاده شد. مرکز تحقیقات مهندسی غربی، در بوفالوی ایالات متحده، اولین جایی بود که از لیزر به عنوان برش غیر فلزات استفاده کرد. در این زمان از قالب های الماسی برای تولید سیم برای اتصالات الکتریکی استفاده شد. هزاران قالب برای این نوع عملیات مورد نیاز بود. قبل از استفاده از لیزر، در این فرآیند سوراخ کردن قالب ها یا تغییر اندازه آن ها بسیار پرهزینه و کند بود. استفاده از لیزر باعث انجام این پروسه در ۲۴ ساعت شد.
مهندسان به جای مته فلزی یا غبار الماس که تا آن زمان استفاده می شد، از لیزر استفاده کردند. بسیاری از آزمایش های انجام شده برای تست ایمنی این فرایند بودند. آن زمان اثرات پرتوهای لیزر بر روی چشم و پوست یا مواد تبخیر شده بر سلامت افرادی که با آن کار می کردند، هنوز مشخص نشده بود.
در سال ۱۹۶۷ اولین برش لیزری با کمک گاز انجام شد. این روش توسط پیتر هالدکرافت انجام شد. او برای اولین بار در جایی نزدیک به خانه در کمبریج، از گاز کمکی اکسیژن برای برش ورق فولادی با ضخامت یک میلی متر با پرتو لیزر متمرکز CO2 استفاده کرد. برش لیزری به کمک گاز و به ویژه برش لیزر CO2 به معنای افزایش کارایی لیزر بود و گسترش دامنه کاربرد لیزر به صنایع دیگر را برای بشر فراهم کرد.
در سال ۱۹۸۶ دانشمندان متوجه تابش نور همدوس از لیزر شدند. با علم به این موضوع می توان دامنه و فاز نور لیزر را در هر نقطه ای از فضا تشخیص داد و تعیین کرد.
اولین استفاده صنعتی از لیزر
در بیان تاریخچه لیزر در صنعت برش و حکاکی، باید اولین استفاده صنعتی از لیزر را در سال ۱۹۶۹ در کارخانه های بوئینگ بیان کرد. شرکت آمریکایی بوئینگ اولین شرکتی است که برش لیزر را در خطوط تولید خود ادغام کرد. در آگوست ۱۹۶۹، سه کارمند از شرکت بوئینگ با استفاده از تکنیک گاز کمکی، کاغذی مناسب برای لیزر CO2 تولید کردند که مواد سخت مانند تیتانیوم، هاستلوی و سرامیک را برش می‌داد.
آن ها به این نتیجه رسیدند که لیزر می تواند یک ابزار برای برش فلزات استفاده شود که مؤثر و مقرون به صرفه باشد، اما نیاز است قبل از قرار گرفتن چنین ماشینی در خط تولید کارخانه ها، تحقیقات و توسعه زیادی در آن کارخانه لازم باشد. در دهه ۱۹۷۰، بوئینگ حق اختراع برش لیزری چند پرتویی را به ثبت رساند و یکی از شرکت‌های پیشگام بود که تیتانیوم را با لیزر برش داد.
اولین استفاده از برش لیزری سه بعدی در سال ۱۹۷۹ به یک شرکت ایتالیایی بر می گردد. در سال ۱۹۷۹، شرکت ایتالیایی Prima Industrie اولین فرآیند برش لیزری سه بعدی را با سیستم چرخش ۵ محوره اختراع کرد.
تاریخچه برش لیزری در قرن ۲۱
در خصوص تاریخچه لیزر باید گفت که چهل سال پس از اولین برش لیزر CO2، استفاده از این تکنولوژی همه گیر شد این زمان بود که از لیزر فقط برای برش فلزات استفاده نمی شد. اکریلیک، چوب (ام دی اف و…)، کاغذ، مقوا، پارچه، سرامیک از مواردی بودند که برای برش لیزر استفاده می شد. لیزر در حال حاضر دارای پرتوهای با کیفیت و با دقت بالا هستند که می تواند مواد را با ضخامت ۲۰ میلی متر، با یک صفحه تمیز و باریک برش دهند و نیازی به تغییر اندازه یا جلا دادن مواد نیست.
صنعت به عنوان بزرگترین استفاده کننده از لیزر بوده و هست. به ویژه شرکت‌های خودروساز با استفاده از این تکنولوژی بسیار پیشرو هستند. با این حال لیزرها همچنین برای ایجاد پنل‌های خورشیدی با برش سلول‌های فتوولتائیک در صفحات سیلیکونی یا سوراخ کردن پره های توربین ها به منظور خنک کردن سازه های هوافضا استفاده می شوند. حکاکی اشیا، به عنوان مثال حروف روی صفحه کلید، مارک کنار تلفن یا خودکار نیز از کاربردهای رایج لیزر است. جور بودن لیزر با چاپ سه بعدی، باعث استفاده بی حد و مرز این تکنولوژی در صنعت می شود.
نتیجه گیری
بشر از همان زمان اختراع لیزر، آینده این تکنولوژی را بسیار روشن پیش بینی کرده بود. تاریخچه لیزر در صنعت برش و حکاکی به گذشته های دور بر می گردد. امروزه لیزر laser در بخش صنعت، پزشکی، تبلیغات و … استفاده می شود و حتی در زندگی روزمره خود نیز از لیزر استفاده می کنیم. از این رو مجموعه خیام لیزر با ارائه خدمات برش لیزر با یک دهه تجربه در خدمت شما می باشد.
سوالات متداول
چرا تاریخچه لیزر به عنوان چراغ راهی برای دانشمندان شد؟
تاریخچه لیزر توسط بشر را می توان در دهه ۱۹۰۰ میلادی شناسایی کرد. در سال ۱۹۰۰ میلادی دانشمندی به نام پلانک در مقاله ای به رابطه بین انرژی و تشعشعات پرداخت. تلاش های پلانک در پیدایش لیزر بسیار مهم و به عنوان چراغ راهی برای دانشمندان دیگر بود. پلانک به دلیل کشف کوانتوم و فوتون موفق به دریافت جایزه نوبل شد.
اولین کاربرد لیزر چه صنعتی مورد استفاده قرار می گرفت؟
اولین کاربرد لیزر، برای بردیاب های نظامی بود. البته این مورد استفاده هنوز هم به صورت تجاری برای سوراخکاری الماس استفاده می شود.