تطبيق تكنولوجيا الليزر في مواد البناء

بفضل طاقته العالية وقدرته على التأثير الفعال على المواد، يُعدّ الليزر أسهل التقنيات لتطبيقات معالجة المعادن، كما أنه الأكثر نضجًا وانتشارًا في السوق. تشمل تطبيقاته الرئيسية ألواح الحديد، والفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، وسبائك الألومنيوم، وغيرها. يُستخدم الحديد والفولاذ الكربوني بكثرة في صناعة أجزاء الهياكل المعدنية، مثل السيارات، ومكونات آلات البناء، وأنابيب النقل، وغيرها، مما يتطلب طاقة عالية للقطع واللحام. أما الفولاذ المقاوم للصدأ، فيُستخدم عادةً في الحمامات، وأدوات المطبخ، وأدوات القطع، ولا يتطلب سماكة عالية، حيث يكفي استخدام ليزر متوسط ​​الطاقة.

شهدت مشاريع الإسكان والبنية التحتية المتنوعة في الصين تطوراً سريعاً، ما أدى إلى استخدام كميات كبيرة من مواد البناء. فعلى سبيل المثال، تستهلك الصين نصف إنتاج العالم من الإسمنت، وهي الدولة الأكثر استهلاكاً للصلب. وتُعدّ مواد البناء من الصناعات الأساسية في الاقتصاد الصيني. ونظراً لحاجة هذه المواد إلى عمليات معالجة مكثفة، فما هي تطبيقات تقنية الليزر في هذا المجال؟ حالياً، تُستخدم المقصات الهيدروليكية أو آلات التجليخ بشكل رئيسي في تصنيع قضبان الأساسات والهياكل الإنشائية. بينما يُستخدم الليزر بشكل أكبر في تصنيع الأنابيب والأبواب والنوافذ.

تُستخدم معالجة الأنابيب المعدنية بالليزر في مواد البناء، بما في ذلك أنابيب المياه والغاز الطبيعي والصرف الصحي وأنابيب الأسوار، بالإضافة إلى أنابيب الصلب المجلفن والفولاذ المقاوم للصدأ. ونظرًا لأهمية متانة الأنابيب وجمالها في قطاع الإنشاءات، فقد ازدادت متطلبات تقطيعها. عادةً ما يبلغ طول الأنابيب في المصانع 10 أمتار، أو حتى 20 مترًا. وبعد تقليصها لتناسب مختلف الاستخدامات، ونظرًا لاختلاف التطبيقات، يلزم تقطيعها إلى أجزاء بأشكال وأحجام مختلفة لتلبية احتياجات الصناعات المتنوعة.

دخلت تقنية قطع الأنابيب بالليزر بسرعة إلى صناعة الأنابيب، وهي مناسبة جدًا لقطع جميع أنواع الأنابيب المعدنية، وتتميز بأتمتة عالية وكفاءة عالية وإنتاجية عالية. عادةً ما يكون سمك الأنابيب المعدنية المستخدمة في مواد البناء أقل من 3 مم، ويكفي 1000 واط من طاقة الليزر لقطعها، بينما يمكن استخدام طاقة تزيد عن 3000 واط لتحقيق سرعة قطع عالية. في السابق، كان قطع قطعة من أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام عجلة التجليخ يستغرق حوالي 20 ثانية، بينما يستغرق القطع بالليزر ثانيتين فقط، مما يحسن الكفاءة بشكل كبير. لذلك، خلال السنوات الأربع أو الخمس الماضية، حلت معدات القطع بالليزر محل الكثير من معدات القطع الميكانيكية التقليدية.

مع ظهور تقنية قطع الأنابيب بالليزر، أصبح بالإمكان إنجاز عمليات القطع التقليدية كالنشر والتثقيب والحفر وغيرها تلقائيًا في آلة واحدة. تستطيع هذه الآلة قطع الأنابيب، وثقبها، وتحديد محيطها، ونقش الأشكال. كل ما يتطلبه الأمر هو إدخال المواصفات المطلوبة إلى الحاسوب، ليقوم الجهاز بإنجاز مهمة القطع تلقائيًا وبسرعة وكفاءة عالية. تتميز هذه التقنية بالتغذية والتثبيت والدوران وقطع الأخاديد تلقائيًا، وهي مناسبة للأنابيب الدائرية والمربعة والمسطحة وغيرها. يلبي القطع بالليزر تقريبًا جميع متطلبات قطع الأنابيب، مما يوفر طريقة معالجة فعالة.

تُعدّ الأبواب والنوافذ جزءًا أساسيًا من قطاع البناء العقاري في الصين، إذ تحتاج جميع المنازل إليها. ونظرًا للطلب الهائل عليها، ومع ارتفاع تكلفة إنتاجها سنويًا، تزداد متطلبات كفاءة التصنيع وجودة منتجاتها. وتُستخدم الأبواب والنوافذ، وشبكات الحماية من السرقة، والدرابزينات، وغيرها، بكميات كبيرة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وخاصةً ألواح الفولاذ والصفائح الدائرية بسماكة أقل من 2 مم. ويمكن تحقيق قطع وتفريغ ونقش ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ والصفائح الدائرية بجودة عالية باستخدام تقنية الليزر عند فتحها. كما أن اللحام بالليزر اليدوي أصبح اليوم سهل الاستخدام، ويُستخدم في اللحام السلس للأجزاء المعدنية للأبواب والنوافذ، مما يُزيل الفجوات ونقاط اللحام التي تظهر في اللحام النقطي، وبالتالي يُحسّن الأداء العام للأبواب والنوافذ ويجعلها أكثر جمالًا.

يُعدّ الاستهلاك السنوي للأبواب والنوافذ، وشبكات الحماية من السرقة، وحواجز الأمان ضخمًا للغاية، ويمكن استخدام طاقة ليزر صغيرة ومتوسطة لقطعها ولحامها. مع ذلك، ونظرًا لأن معظم هذه المنتجات تُصمّم حسب حجم المنزل وتُنفّذ من قِبل متاجر تركيب الأبواب والنوافذ الصغيرة أو شركات الديكور، فإنّ الطرق التقليدية لا تزال تعتمد على القطع باستخدام عجلة التجليخ، واللحام بالقوس الكهربائي، واللحام باللهب، وما إلى ذلك. لذا، فإنّ مجال استخدام الليزر كبديل للتقنيات التقليدية واسع جدًا.

إمكانية معالجة مواد البناء غير المعدنية بالليزر: تشمل مواد البناء غير المعدنية السيراميك والحجر والزجاج، وتعتمد معالجتها بشكل أساسي على عجلة التجليخ والسكين الميكانيكية، مما يتطلب تشغيلاً يدوياً كاملاً وتحديداً دقيقاً للموقع. ينتج عن القطع كميات كبيرة من الغبار والحطام والضوضاء المزعجة، فضلاً عن أضرار محتملة على صحة الإنسان، ولذلك يتراجع إقبال الشباب على هذه الأعمال. تتميز هذه المواد الثلاثة بإمكانية الانهيار والتمزق. وقد تم تطوير معالجة الزجاج بالليزر، حيث يتكون الزجاج من السيليكات والكوارتز، مما يسهل تفاعله مع شعاع الليزر لتحقيق القطع المطلوب، وقد حظيت معالجة الزجاج باهتمام واسع. أما السيراميك والحجر، فنادراً ما يُنظر في قطعهما بالليزر حالياً، مما يستدعي مزيداً من البحث. من خلال إيجاد النطاق والطاقة المناسبين لليزر، يمكن تجربة قطع السيراميك والحجر، وتحقيق قطع أقل غباراً وأقل ضوضاءً. نأمل أن تسعى الشركات المحلية إلى تحقيق هذا الإنجاز في المستقبل.

استكشاف معالجة المشاهد باستخدام الليزر: في مواقع البناء السكنية، أو الطرق السريعة، والجسور، والسكك الحديدية، وغيرها من مشاريع البنية التحتية، يتطلب الأمر وضع كميات كبيرة من المواد في مواقع البناء، وغالبًا ما تقتصر معالجة قطع العمل باستخدام معدات الليزر على الورشة، ثم نقلها إلى موقع التطبيق النهائي. لذا، قد يكون من أهم اتجاهات تطوير الليزر في المستقبل استكشاف كيفية معالجة معدات الليزر في الوقت الفعلي في مواقع التطبيق.