 Tasarımı yapılan CO2 lazer kesim tezgâhı konstrüksiyonu çelik profillerden oluşturularak ağır yüklemelere dayanımlı olarak imal edilmesi amaçlanmıştır. Yükleme bölgesinde kullanılan kapak sayesinde oluşan gazların ve lazer ışınının yaratabileceği tehlikelerinin önüne geçilmesi amaçlanmış olup aynı zamanda dıştan gelebilecek nem, toz gibi çalışma şartlarını kötüleştirecek durumların önüne geçilmiştir.
Tasarımda 1m x 1m gibi geniş bir çalışma alanı sunulmaktadır aynı zamanda hareket mekanizması körüklerle kapatılarak çalışma sırasında oluşabilecek durumların hareket mekanizmasına zararının azaltılması amaçlanmıştır. CO2 lazer tüpünün bulunduğu bölüm sürgü takılmak suretiyle dışarıdan direk müdahale edilmesi önlenerek olabilecek kazaların önüne geçilmeye çalışılmıştır. Çalışma sırasında oluşabilecek gazların dışarıya çıkartılabilmesi için hava pompası eklenmiştir. Döner operatör paneli ile kullanıcıya daha rahat kullanım imkânı yaratmaya çalışılmıştır.
Lazer Nedir?
Çok şiddetli, koherent ve tek renk ışık elde etmek için geliştirilmiş optik düzeneklere maser ve lazer denir. İlk kez C.H. Townes (1953) tarafından mikrodalga bölgesinde geliştirilen ve Uyarılmış Işıma ile Mikrodalga Yükseltici (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) kelimelerinin ilk harflerinden yararlanarak kısaca maser adı verilen düzenekler daha sonra T.H. Maiman (1960) tarafından Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) olarak adlandırılmıştır. Lazerler, fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynaklardır.
Bir başka deyişle, Lazer; ışık demetlerini uyumlu bir küme olarak yayan optik bir kaynaktır ve atomların ışık yaymaya başlayıncaya kadar enerjiyle pompalanması sonucu ortaya çıkar. Bu ışık daha sonra ayna hileleriyle iyice güçlendirilir. Temel olarak yalnızca güçlendirilmiş bir ışık demeti olan lazerin en önemli özelliği ise insan hayatında oldukça farklı alanlarda verimli bir şekilde kullanılabilmesidir.
Lazer Işını Nasıl Oluşur?
Bir atom alabileceği enerjiyle tamamen dolunca bünyesine daha fazla enerji alamaz. Böyle bir atom kendi enerjisine eşit enerjide bir ışık dalgasıyla çarpışınca zorunlu olarak enerjisini ışık dalgası olarak verir ve çarpıştığı dalga ile aynı frekans ve seviyede iki ışık dalgası yayar. Şekil 1 den de görüldüğü gibi, çarpışmaların sayısını yükseltebilmek için yani daha çok ışık kazanabilmek için lazerin iki kenarına paralel iki ayna yerleştirilir.
Şekil 1 (Lazer Işını Oluşma Prensibi)
Bu aynalardan birine rastlantısal olarak dik bir açıyla çarpan ışık dalgası karşıdaki aynaya yansıtılır ve ardından ışık sürekli iki ayna arasında gidip gelir dışarıya çıkamaz. Işık parçacıkları lazerin yapımında kullanılan malzemenin içinden geçerken yolunun üzerinde enerji dolu diğer atomlarla karşılaşırlar ve onları da depolamış oldukları enerjiyi ışık olarak açığa çıkarmaları için zorlarlar.
Böylece "parlayan" (ışıldayan) atomların sayısı ve bununla birlikte ışığın miktarı sürekli artar. Lazere ismini de işte bu süreç verir. Çünkü "lazer" İngilizce "light amplication by stimulated emission of radiation" tanımlamasının yani "uyarılmış salma ile ışığın güçlendirilmesi" tanımlamasının kısaltılmış halidir.İki ayna arasında tutsak olduğu sürece giderek yoğunlaşan ışınla bir şey yapmaksa mümkün değildir. O nedenle bu iki yansıtıcıdan biri yarı geçirgen özelliğe sahiptir. Işığın bir bölümü onun aracılığıyla dışarıya çıkar işte buna lazer ışığı denir.
Lazer Işınının Normal Işıktan Farkı Nedir?
Lazer ışınını oluşturan dalgalar tamamen birbirlerine paralel ilerlerler. Yani bir el feneri ve bir "laserpointer" (lazer feneri) ile bir duvar aydınlatılıp sonra yavaş yavaş arkaya doğru gidildiğinde lazer ışınının normal ışıktan farkı kolayca seçilebilir. El fenerinin duvarda bıraktığı ışık lekesi duvardan uzaklaştıkça büyür lazerin aydınlattığı nokta ise hep aynı büyüklükte kalır. Lazer ışığı dağılmadığı için çok hassas işlemlerde rahatlıkla kullanılabilir. Cerrahlar lazerle beyin ameliyatlarında küçücük hücreleri dokulardan ayırabilirler.
Lazer Işınının Özellikleri Nelerdir?
Lazer ışınının en büyük özelliği dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir. Bu özelliğinden faydalanılarak mesafe ölçme ve fiber optik teknolojisi geliştirilmiştir. Dalga boyunun küçük olması dağılmayı büyük ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine belli yönlerde hareket ederler. Bu lazerin çok parlak olmasını sağlar.
Lazer ışınının tek bir ışın olarak dağılmadan yol alabilmesiyle haberleşmede iyi bir sinyal jeneratörü elde edilmiş olur ve aynı anda birçok bilgi bir yerden başka bir yere gönderilebilir. Lazer ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler halinde yayınlanabilmesi mümkündür. Kayıpsız yüksek enerji nakli yapılması bu özelliği ile sağlanabilir. Lazer ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için lazer cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek mümkündür. Lazer ışığının gücü kilometrelerce uzağa hiç kaybolmadan gidebilir. Örneğin lazer ışığı Dünya dan Ay a kadar ulaştırılabilir. Dünya ile Ay arasındaki mesafenin 384.400 km olduğu düşünülürse lazer ışınının kuvveti daha iyi kavranacaktır.
Lazerin Kullanım Alanları Nelerdir?
Optik fiberler aracılığıyla transmiter (nakledici cihaz) olarak kullanılır.
Kompakt disklere ve DVD lere bilgi yüklemede ve okumada kullanılır.
Atmosferik uzaklıkları ölçmede kullanılır.
Optik (görmeyle ilgili) olayların araştırılmasında kullanılır.
Jeoloji sismoloji alanlarında kullanılmaktadır.
Kansız ameliyat gerçekleştirmede kullanılır.
Yırtılmış göz retinasının acısız ve süratle dikilmesinde kullanılır.
Vücudun çeşitli bölgelerindeki tümörlerin bıçakla açılmadan yerinde kesilerek tedavisinde kullanılır.
Damardaki dokuların lazer ışını ile kanama olmadan kaynamasının sağlanmasında.
Dermatolojik prosedürlerde dövmelerin ya da doğum izlerinin deriden silinmesinde saç ekiminde diş beyazlatmada kullanılır.
Çürük diş çukurlarını dolgu yapılmak üzere acısız delme işleminde kullanılır.
Kan dolaşımı ve aktivasyonunun artırılmasında kullanılır.
Kaslarımız üzerinde oluşan spazmlarda çözücü etki sağlanmasında kullanılır.
Vücudumuzdaki çeşitli kırık tedavilerinde kullanılır.
Sinirlerin yenilenmesi ve sinir iletişimini artırmada kullanılır.
Virüslerin yok edilmesinde kullanılır.
Akupunktur uygulamalarında kullanılır.
Metal ya da diğer maddeleri kesmede kullanılır.
Uçaklara iniş ve kalkışlarında yol göstermede kullanılır.
Lazer yazıcılar ise yüksek çözünürlükte dokümanların baskısını almada kullanılan cihazlardır.
Lazer sinyallerinden radar olarak yol güvenliğini sağlamada faydalanılır.
Askeriyede lazerden silahlara hedef göstermede faydalanılır.
Lazer Çeşitleri Nelerdir?
Piyasada bulunan lazer makineleri çoğunlukla kullandıkları lazer kaynağına göre adlandırılır. CO2 lazerler, fiber lazerler ve vanadat lazerler piyasada kullanılan en yaygın lazer çeşitleridir. Her lazer tipinin avantajları ve dezavantajları vardır ve farklı malzemelerde kullanıma uygundur. Lazerlerin özellikle makine sektöründe en yaygın kullanılan üç çeşidi vardır. Bunları güçlerine göre en güçlüden başlayarak sıralayacak olursak;
1. Fiber Lazer 2. CO2 Lazer 3. Diyot Lazer
Fiber lazerler
Fiber lazerler katı hal lazer grubuna dahildir. Çekirdek lazer aracılığıyla lazer ışını üretip, pompa diyotları aracılığıyla enerji verilen özel tasarlanmış cam fiberlerde bu ışını yükseltirler. 1.064 mikrometre dalga boyu ile fiber lazerler son derece küçük odaklı çapta ürettiklerinden sonuçta yayılan aynı ortalama güce sahip CO2 lazerlere göre yoğunlukları 100 kat daha fazladır. Fiber lazerler optimal olarak tavlama yoluyla metal markalama, metal kazıma ve yüksek kontrastlı plastik markalama için uygundur. Fiber lazerler genelde bakım gerektirmez ve en az 25.000 saat uzun hizmet ömrüne sahiptir. Uygun olduğu malzemeler: Metaller, kaplama metaller, plastik v.b.
CO2 Lazerler (Gaz Lazerler)
CO2 lazer, elektrikle stimüle edilen karbon dioksit gaz karışımına dayalı gaz lazerlerdir. 10.6 mikrometre dalga boyuna sahip olan bu tip ağırlıklı olarak metal olmayan malzemeler ve çoğu plastik tipinde çalışmaya uygundur. CO2 lazerler göreceli olarak yüksek verimliliğe sahip olup çok iyi ışın kalitesine sahiptir. Bu sebeple en yaygın olarak kullanılan lazer tipidir. Uygun olduğu malzemeler: Ahşap, akrilik, cam, kağıt, tekstil, plastik, folyolar ve filmler, deri, taş v.b.
Kristal Lazerler (Nd:YAG, Nd:YVO)
Fiber lazerler gibi kristal lazerler katı hal lazerlere dahildir. Bugünlerde markalama uygulamaları için lazerler diyotla pompalanmaktadır (geçmişte flaş lambalarıyla pompalanmaktaydı). Bu kategorideki en yaygın lazer tipleri, katkı elementi neodimium ve taşıyıcı kristalden adını alan Nd: YAG (neodimium katkılı yitriyum alüminyum garnet) ve Nd:YVO (neodimium katkılı yitriyum orto-vanadat) dır. 1.064 mikrometre ile kristal lazerler fiber lazerlerle aynı dalga boyuna sahip olup böylece metal ve plastik markalama için uygundur. Fiber lazerlerin aksine bu lazer tipleri göreceli olarak pahalı pompa diyotları içerir ve bunlar eskiyen parçalardır. Yaklaşık 8.000 - azami 15.000 lazer saati sonrasında değiştirilmelidir. Kristalin kendisi de fiber lazerden daha kısa hizmet ömrüne sahiptir.
CNC Lazer Markalama
Lazer markalama (lasermarking), her hangi bir malzemenin üzerinde iz bırakma işlemidir. Sistem herhangi bir mürekkep vb. ürün veya herhangi bir alet kullanmadan kalıcı iz bırakır. Sistemin çalışma prensibi lazerin ürettiği ışığın gücü ile parça üzerine işlemektir. Bu yönü ile diğer markalama yöntemlerinden ayrılır. Lazer markalama işlemi ile her türlü metal, plastik, deri, ahşap, pleksiglass, kauçuk üzerine iz bırakılmaktadır. Günümüzde kullanılan lazer markalama teknolojilerine baktığımız zaman, lazer markalama kendi içinde ikiye ayrılmaktadır. Metal ürünlerin üzerine işlem yapmak için kullanılan fiber lazer, lamba pompalı lazer ve diyot pompalı lazer bir grubu oluştururken, plastik, deri, ahşap, kauçuk gibi malzemeler için kullanılan CO2 lazerler diğer grubu oluşturmaktadır. Metal markalamada kullanılan lazerlerin en yaygın olanı fiber lazerdir.
Teknoloji olarak diyot pompalı ve lamba pompalı lazerler daha eskidir ve bu lazerler sarf malzeme ile çalışmaktadır. Yani lazerin çalışması için lamba pompalı lazer gücünü lambadan alır ve lambanın belli bir ömrü vardır. Diyot pompalı lazer ise gücünü diyottan alır. Diyot lambaya nazaran daha uzun ömürlüdür ancak kullanım maliyeti daha yüksektir. Metal markalamada fiber lazerler ise son 10 yıl içinde geliştirilen bir teknolojidir ve en önemli özelliği kullanılan sarf malzemesi olmamasıdır. Hava soğutmalı olması da sistemi daha da basitleştirmiştir. Güç olarak lamba pompalı veya diyot pompalı lazerlerden eksiği yoktur, hatta daha ince ışına sahip olması sebebiyle daha kolay uygulamalara olanak tanır. Fiber lazerler metaller dışında, birçok plastiğe, suni deriye de markalama yapmak için kullanılır.
CO2 Lazer Kesme ve Markalama Tezgâhı Tasarımı
Tasarımı yapılan CO2 lazer kesim tezgâhı konstrüksiyonu çelik profillerden oluşturularak ağır yüklemelere dayanımlı olarak imal edilmesi amaçlanmıştır. Yükleme bölgesinde kullanılan kapak sayesinde oluşan gazların ve lazer ışınının yaratabileceği tehlikelerinin önüne geçilmesi amaçlanmış olup aynı zamanda dıştan gelebilecek nem, toz gibi çalışma şartlarını kötüleştirecek durumların önüne geçilmiştir.
Tasarımda 1m x 1m gibi geniş bir çalışma alanı sunulmaktadır aynı zamanda hareket mekanizması körüklerle kapatılarak çalışma sırasında oluşabilecek durumların hareket mekanizmasına zararının azaltılması amaçlanmıştır. CO2 lazer tüpünün bulunduğu bölüm sürgü takılmak suretiyle dışarıdan direk müdahale edilmesi önlenerek olabilecek kazaların önüne geçilmeye çalışılmıştır. Çalışma sırasında oluşabilecek gazların dışarıya çıkartılabilmesi için hava pompası eklenmiştir. Döner operatör paneli ile kullanıcıya daha rahat kullanım imkânı yaratmaya çalışılmıştır.
Motor Seçimi ve Kontrolü
Tasarımda NEMA 17 tipi step motor kullanımı ön görülmüştür. Bu motorların kontrol hesapları yapılmıştır. Öncelikle eksenlerdeki motorlar tarafından hareket ettirilen ve taşınan parçalar tespit edilmiş ve yine tasarım üzerinden hacim değerleri hesaplanmış ve elde edilen hacim değerlerinden ağırlık kuvvetine geçilmiş olup ön görülen motor kuvvetleriyle uygunluk kontrolü yapılmıştır.
Ön görülen NEMA 17 step motora ait teknik veriler;
Tutunma torku T= 3,2 kg cm = 0,314 Nm
Tur başına adım sayısı n=200
Adım açısı α =1,8
Çalışma gerilimi V= 4 V
Çalışma akımı I= 1,2 A
Motor ağırlığı mm= 285 g dır.
Tasarımda kullanılan parçalar çelik malzeme olup;
Çelik yoğunluğu =7,7- 7,85 g/cm3 aralığındadır.
Motor torku hesabı;
T= Nm formülüyle hesaplanır.
x-ekseni için hesaplama;
Eksen yönündeki hareketli parçaların hacimleri Vx =75831,69 mm3
mx = 75831,69 10-3. 7,85 =595,28 g
mtx = mx+ mm mtx =595,28+285 =880,28 g
Fx =mtx*g Fx =880,28 10-3. 9,81 =8,64 N
Kasnak çapı = 12,20 mm
Adım mesafesi = 0,061mm
Tx = = 8,39
Bulunan bu değer motor torkundan küçük olduğundan uygundur.
y-ekseni için hesaplama;
Eksen yönündeki hareketli parçaların hacimleri Vy =55976,05 mm3
my = 55976,05 10-3 . 7,85 =439,41 g
mty = mtx + my mty = 880,28+439,41 =1319,69 g
Fy = mty*g Fy = 1319,69 10-3 . 9,81=12,95 N
Tasarımda y eksenindeki kuvvet iki motor tarafından karşılanmaktadır.
Kasnak çapı = 12,20 mm
Adım mesafesi = 0,061mm
T = = 6,29
Bulunan bu değer motor torkundan küçük olduğu için uygundur.
z-ekseni için hesaplama;
Eksen yönündeki hareketli parçaların hacimleri Vz =3081136,2 mm3
mz =3081136,2 10-3 . 7,85 =24186,92 g
Bu çalışmada 1 mm saç malzemenin işlenmesi için seçimler yapılmış ve tabla boyutu 860 mm x 1140 mm olarak tasarlanmıştır. Efektif çalışma alanı 800 mm x 950 mm dır. Bu durumda taşınacak maksimum malzeme ağırlığı galvanizli saçlar için hesaplanacak olursa;
= 7,85 kg/ m3
m = 0,8*0,95*0,001*7,85 =5,966.10-3 kg
mtz = mz + m mtz =24186,92 10-3 + 5,966.10-3=24,19 kg
Fz = mtz*g F= 24,19 . 9,81 =237,34 N
Tasarımda z eksenindeki kuvvet dört motor tarafından karşılanmaktadır.
T = = 5,9
Bulunan bu değer motor torkundan küçük olduğu için uygundur.
|
