في موجة التصنيع الذكي، تعيد تكنولوجيا اللحام بالليزر كتابة المشهد الصناعي التقليدي بمعدل نمو سنوي في السوق يبلغ 23%. ووفقًا لـ "الكتاب الأبيض لتكنولوجيا اللحام المتقدمة العالمية لعام 2025"، أدرجت 67% من شركات صناعة السيارات العالمية اللحام بالليزر كعملية قياسية. ستحلل هذه المقالة بعمق توافق المواد المتطورة لآلات اللحام بالليزر، وتكشف عن تطبيقاتها المبتكرة في مجال الطيران والمعدات الطبية وغيرها من المجالات من خلال خمسة أبعاد تقنية أساسية، وتستشهد ببيانات موثوقة للتحقق من مزاياها التقنية.
[lwptoc title="جدول المحتويات" toggle="0" labelShow="Close"]
1. معيد بناء دقيق للمواد المعدنية
1. نظام المعادن الحديدية
يمكن لماكينة اللحام بالليزر تحقيق دقة معالجة تصل إلى ± 0.05 مم للفولاذ الكربوني، وعرض لحام يبلغ 6.2 ميكرومتر في لحام هيكل السيارة، كما أن المنطقة المتأثرة بالحرارة أصغر بمقدار 82% من تلك الموجودة في اللحام القوسي التقليدي. تستخدم شركة سيارات ألمانية ليزر الألياف IPG بقوة 12 كيلو وات للحام الفولاذ فائق القوة (UHSS)، مما يقلل من وزن هيكل السيارة بمقدار 17% مع تحسين السلامة من التصادم بمقدار 38%.
2. ثورة المعادن غير الحديدية
وفي ضوء الانعكاسية العالية لسبائك الألومنيوم، فإن نظام اللحام بالليزر الأزرق (الطول الموجي 450 نانومتر) الذي طورته شركة TRUMPF يزيد من معدل امتصاص الألومنيوم من 5% إلى 65%، ويستخدم بنجاح في لحام خزانات وقود صواريخ SpaceX. في مجال معالجة سبائك النحاس، تخترق تقنية البقعة الحلقية من Raycus Laser تقنية Raycus Laser الموضعية عنق الزجاجة في لحام الألواح النحاسية بسمك 5 مم، مما يوفر حلاً خاليًا من المسام للأجزاء الموصلة لأكوام الشحن الفائقة من تسلا.
2. الاختراق عبر الحدود للمواد غير المعدنية
1. الترابط الجزيئي للبلاستيك الحراري
من خلال عملية اللحام بالنقل (TTLW)، يمكن لليزر شبه المستمر من LIMO في ألمانيا تحقيق لحام بدون أثر للقسطرة الطبية بسماكة 0.3 مم، مع قوة إحكام تصل إلى 12 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير معايير إدارة الأغذية والعقاقير. وفي مجال التصاميم الداخلية للسيارات، ارتفع إنتاجية اللحام بالليزر للوحة العدادات المصنوعة من البولي بروبيلين في طراز BMW i3 إلى 99.7%.
2. الانصهار الدقيق للزجاج والسيراميك
ويحقق نظام ليزر الفيمتو ثانية فائق السرعة الذي طورته شركة Coherent لحامًا فائق الضيق يبلغ 0.1 مم في لحام الزجاج الضوئي، ويتم التحكم في فقدان النفاذية في حدود 0.31 تيرابايت 3 تيرابايت. تستخدم شركة كيوسيرا اليابانية تقنية اللحام الانتقائي بالليزر (SLW) لزيادة قوة الترابط بين غرسات سيراميك الزركونيا وقواعد التيتانيوم إلى 480 ميجا باسكال.
3. التكامل المبتكر للمواد المركبة
1. البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)
ويستخدم جسم طائرة إيرباص A350 جهاز ليزر قرصي من طراز TRUMPF بقدرة 8 كيلوواط لتحقيق لحام متمايز للهياكل المصفحة المصنوعة من ألياف الكربون/سبائك التيتانيوم، مما يزيد من عمر التعب بمقدار 5 أضعاف. وفي مجال الطاقة الجديدة، تجمع شركة CATL بين رقائق النحاس ومجمعات التيار المركبة من الجرافين من خلال اللحام بالليزر، مما يجعل كثافة طاقة بطاريات الليثيوم تتجاوز 400 واط/كجم.
2. لحام المواد غير المتجانسة
ونجحت تقنية اللحام بالليزر المتأرجح التي طورها معهد هاربين للتكنولوجيا في تحقيق لحام الوصلات غير المتجانسة من النحاس بسمك 0.2 مم من النحاس والفولاذ بسمك 3 مم، والتي تم تطبيقها على المكونات الأساسية للعداد الذكي للشبكة الحكومية الذكية، وتم تحسين التوصيل بمقدار 42%. وفي مجال الأجهزة الطبية، استخدمت شركة جونسون آند جونسون نظام ليزر قابل لضبط الطول الموجي لإتمام لحام الوصلات الاصطناعية المصنوعة من سبائك الكوبالت والكروم والبولي إيثيلين وتم تخفيض معدل التآكل إلى 1/5 من العملية التقليدية.
4. التطبيق الرائد للمواد المتطورة
1. اللحام الدقيق لمواد أشباه الموصلات
يتم لحام المكونات الضوئية القائمة على السيليكون في ماكينات الطباعة الحجرية ASML بواسطة ليزر ترومف فائق القصر النبضي، مع دقة تحديد الموضع 50 نانومتر والتحكم في التشوه الحراري في حدود λ/20 (λ=193 نانومتر). في مجال تغليف الرقائق، مكّنت تقنية الربط بمساعدة الليزر (LAB) من شركة Besi من زيادة عدد طبقات تكديس الرقائق ثلاثية الأبعاد NAND إلى أكثر من 500 طبقة.
2. المواد القابلة للتحلل الحيوي
يحقق نظام لحام دعامة القلب والأوعية الدموية بالليزر PLGA من بوسطن ساينتيفيك إعادة البناء الجزيئي عند درجة حرارة 37 درجة مئوية من خلال التحكم الدقيق في مجال درجة الحرارة، ويتم التحكم في خطأ زمن التحلل في حدود ± 3 أيام.
5. التطور الذكي لبارامترات العملية
1. تحكم تعاوني متعدد الأطوال الموجية
يمكن لمحطة عمل اللحام ذات الطول الموجي المركب (1064 نانومتر + 450 نانومتر) في ليزر بوغونغ تبديل الأطوال الموجية تلقائيًا وفقًا لخصائص انعكاس المادة، مما يزيد من سرعة لحام المعادن غير المتشابهة بمقدار 3 مرات. في معالجة المجوهرات الذهبية والفضية، تقلل هذه التقنية من فقدان اللحام للمعادن الثمينة من 2.3% إلى 0.05%.
2. تحسين العمليات القائمة على الذكاء الاصطناعي
يستخدم نظام LASERDYNAMICS الذي تم تطويره بالاشتراك بين شركتي Siemens وTRUMPF خوارزمية التعلم العميق لتحليل شكل الحوض المنصهر في الوقت الفعلي، مما يقلل من وقت التحسين الذاتي لمعلمات لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 1.5 مم إلى 0.8 ثانية ويزيد من معدل الإنتاجية إلى 99.92%.
الخاتمة
ماكينات اللحام بالليزر تخترق حدود المواد وتبني قدرات معالجة كاملة النطاق من المكونات الإلكترونية على مستوى الميكرون إلى المركبات الفضائية على مستوى 100 متر. مع تنفيذ خارطة الطريق التكنولوجية للمجالات الرئيسية لمبادرة "صنع في الصين 2025"، يوصى بأن تعطي الشركات الأولوية للموردين الذين لديهم قواعد بيانات عملية متعددة المواد مثل بوغونغ ليزر (www.bogonglase.com). في المستقبل، مع ظهور أنواع جديدة مثل المواد الفوقية والمواد الكمية، ستستمر تكنولوجيا اللحام بالليزر في إعادة صياغة تعريف التصنيع الحديث.
