3D लेझर : जटिला यंत्रणासाठी वरदान!

क्लिष्ट यंत्रभाग तयार करताना बऱ्याच वेळा त्यांचे आधीच्या प्रक्रियेमुळे खडबडीत झालेले बाह्य आकार फिनिश करणे ही अतिशय गुंतागुंतीची प्रक्रिया होती. विशेषतः वाहन उद्योगात ही अडचण बऱ्याचवेळा जाणविते. हे काम सुकर होण्यासाठी ‘ट्रूम्फ’ कंपनीने क्लिष्ट कार्यवस्तूंचे अपेक्षित यंत्रण सहजपणे करण्यासाठी ‘ट्रू लेझर सेल 5030 ( TruLaser cell  5030)  ’ मशीन विकसित केले. या मशीनविषयी सोदाहरण सखोल माहिती देणारा लेख.

 

लेझर (लाइट अॅम्प्लिफिकेशन बाय स्टिम्युलेटेड एमिशन ऑफ रेडिएशन), म्हणजे रेडिएशनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश प्रवर्धन. प्रकाश पटलातील विद्युत चुंबकीय लहरींची शक्ती, उत्सर्जनाच्या प्रक्रियेद्वारे वाढवून, प्रकाशाची सरळ रेषा, झोतामध्ये (बीम) रूपांतरित करण्याची ही एक पद्धत आहे. अरुंद तरंगलांबी, विद्युत चुंबकीय पटल आणि एका रंगात असलेल्या प्रकाश किरणांच्या या उत्सर्जित प्रकाश झोताला लेझर बीम असे म्हटले जाते. हा झोत बहुधा एकरेखीय आणि अरुंद असतो आणि तो विविध भिंगांच्या अथवा फायबर केबलच्या साहाय्याने आपणास हव्या त्या ठिकाणी नेता येतो. एका उच्च प्रतीच्या तंत्रज्ञानाचा विकास करून लेझरच्या मदतीने आज आधुनिक जगातील अनेक कामे सुलभ झाली आहेत.

लेझर मशीनच्या उत्पादनात अग्रेसर असलेल्या 'ट्रूम्फ' कंपनीने त्रिमितीय (3D) यंत्रण क्षेत्रात सर्व आकाराचे भाग, विविध आकाराच्या ट्यूब इत्यादी क्लिष्ट कार्यवस्तूंचे अपेक्षित यंत्रण सहजपणे करण्यासाठी 'ट्रू लेझर सेल 5030' हे मशीन विकसित केले आहे.

त्यातील लेझर कटिंग प्रक्रियेने सर्व प्रकारचे धातू आणि इतर पदार्थांचे अत्यंत अचूकपणे यंत्रण करता येते. लेझर झोत योग्य पद्धतीने नियंत्रित केला जातो. प्रचंड ऊर्जा असलेला हा झोत जेव्हा सूक्ष्मतम वेळेत धातूवर आदळतो, तेव्हा धातूचा तेवढाच भाग क्षणार्धात वितळतो. ऊर्जेचे प्रमाण योग्य असेल तर बीम आरपार जातो. धातूचे यंत्रण अशाप्रकारे सुरू झालेले असते. पदार्थ कापण्याच्या इतर अनेक प्रक्रिया असल्या तरी, लेझर प्रणालीद्वारे पदार्थाशी प्रत्यक्ष संपर्क न येता आणि इतर आकार न बिघडू देता अत्यंत कमी वेळेत यंत्रण होते.

 

ही प्रक्रिया कमी वेळेत आणि खूप छोट्या पृष्ठभागापुरती मर्यादित असते. त्यामुळे निर्माण होणाऱ्या खाचेची रुंदी अत्यंत कमी आकाराची असते आणि बाजूच्या भागावर त्याचा काही विपरीत परिणाम होत नाही. या क्रियेमध्ये अपेक्षित असलेला आकार कितीही क्लिष्ट असला, तरी हे यंत्रण अचूकतेने होते. अशा पद्धतीच्या लवचिकतेमुळे, जेव्हा विविध आकाराचे परंतु कमी संख्येत असणारे यंत्रभाग किंवा नमुना कार्यवस्तू तयार करावयाच्या असतात, अशा ठिकाणी लेझर तंत्रज्ञानाचा वापर यशस्वीपणे करता येतो.

अल्ट्रा शॉर्ट पल्स आदळल्याने यंत्रण झाल्यावर बाजूच्या कडेला, इतर यंत्रण प्रक्रियेमधील उष्णतेमुळे दिसणारे कोणतेही दुष्परिणाम, तसेच कडांचे (एज) वेडेवाकडे आकार इत्यादी दोष दिसून येत नाहीत. वैद्यकीय उपकरणे, हृदयातील रक्त वाहिन्यांमध्ये वापरले जाणारे सूक्ष्म आकाराचे स्टेंट इत्यादी वस्तू निर्माण करण्यासाठी लेझरचा उपयोग होतो.

कोणत्याही धातूच्या अपेक्षित यंत्रणाची क्रिया कशी होते हे आपण चित्र क्र. 4 वरून समजून घेऊ.

कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावर योग्य प्रकारे केंद्रित केलेले लेझर किरण जिथे आदळतात तिथे आत्यंतिक उष्णतेमुळे तेवढा नियंत्रित भाग जळून जाऊन हे कर्तन होते, पण त्यामध्ये अनेक घटकांचे योगदान असते.

1. फोकसिंग ऑप्टिक्स : विशिष्ट भिंगाच्या साहाय्याने लेझर झोत अपेक्षित जागी केंद्रित केला जातो.

2. लेझर बीम कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावर आदळतो आणि त्या भागाचे तापमान इतके वाढवितो की, तो भाग नियंत्रितरीत्या वितळतो.

3. कटिंग गॅसमुळे वरील क्रिया झाल्यावर वितळलेले कण बाहेर काढले जातात. हा गॅस चित्र क्र. 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे लेझर बीमच्या बरोबरच सोडला जातो.

4. ड्रॅग लाइन : कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावर, यंत्रण होणाऱ्या ठिकाणी झोत अशा रीतीने फिरविला जातो की, यंत्रण झालेल्या भागावर, लेझर झोताच्या हालचालींशी समांतर ड्रॅग लाइन निर्माण होतात.

5. मेल्ट : कार्यवस्तूचा नियंत्रित वितळलेला भाग

6. कर्तन बिंदू (कटिंग पॉइंट) (Kerf width) : कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावर निर्माण झालेल्या खाचेचा आकार हा लेझर बीमच्या रुंदीपेक्षा किंचितच जास्त असतो.

7. नॉझल : लेझर बीम आणि कटिंग गॅस एकत्रपणे नियंत्रित जागी सोडण्याचे कार्य नॉझल करते.

8. यंत्रणाची दिशा : नॉझल हेड किंवा कार्यवस्तूच्या नियंत्रित हालचालीमधून यंत्रणाच्या दिशेमध्ये खाचा तयार होतात.

लेझर कर्तन प्रक्रियेवर अपेक्षित परिणाम करणारे घटक

• नाभीय लांबी आणि नाभीय व्यास (फोकल लेंग्थ आणि फोकल डायमीटर) : लेझर किरणांची कार्यवस्तूच्या विशिष्ट भागापासूनची नाभीय लांबी आणि नाभीय व्यास यावरून यंत्रणाची खोली आणि कापाची रुंदी निश्चित होते.

• लेझर ऊर्जा : कार्यवस्तू अपेक्षित आकारात कापली जाण्यासाठी विविक्षित ऊर्जा निर्माण होणे अपेक्षित आहे. यामध्ये लेझर किरणांची शक्ती आणि किरणांनी आच्छादलेला भाग यांचे गुणोत्तर महत्त्वाचे आहे.

• नॉझलचा व्यास : लेझर झोत आणि कटिंग गॅस, नॉझलमधून एकत्र बाहेर पडतात आणि त्यामुळे योग्य गुणवत्तेसाठी नॉझलचा आकार योग्य राखणे आवश्यक आहे.

• कामाची पद्धत : लेझरचा संतत प्रवाह किंवा ठराविक काळासाठी आदळणारे झोत यांचे नियोजन कामाच्या पद्धतीवरून केले जाते.

• कटिंग गॅस आणि कटिंग प्रेशर : ऑरगॉन किंवा नायट्रोजनसारखे उदासीन (न्यूट्रल) कर्तन वायू (कटिंग गॅस) वापरल्यामुळे त्यांची कार्यवस्तूच्या वितळलेल्या कणांबरोबर रासायनिक प्रक्रिया होत नाही. गॅसवरील नियंत्रित दाब कर्तन प्रक्रिया अपेक्षित पद्धतीने होण्यास साहाय्य करतो, तसेच वितळलेल्या कणांचा बाह्य वातावरणाशी संपर्क होऊ देत नाही.

• यंत्रण वेग : धातूची जाडी वाढते तसा यंत्रण वेग कमी होतो. यंत्रण वेगाचे गुणोत्तर योग्य न राखल्यास पृष्ठभाग खडबडीत होणे, बर राहून जाणे, अपेक्षित पृष्ठीय फिनिश न मिळणे असे प्रकार घडतात.

आपण वर पाहिले आहे की, क्लिष्ट यंत्रभाग तयार करताना बऱ्याचवेळा त्यांचे आधीच्या प्रक्रियेमुळे खडबडीत झालेले बाह्य आकार साफ करणे ही अतिशय गुंतागुंतीची प्रक्रिया होते. विशेषतः वाहन उद्योगात असे भाग मोठ्या प्रमाणात वापरले जातात. 3D लेझर यंत्रण करणारे 'ट्रू लेझर सेल 5030' हे मशीन वापरून हे काम सहज होऊ शकते. यामध्ये सॉलिड स्टेट लेझर वापरला आहे.

3D लेझर यंत्रण करताना टेबलवर यंत्रभाग स्थिर ठेवला जातो. त्यावर जे कार्य करावयाचे आहे, त्याचा प्रोग्रॅम मशीनमध्ये लोड केला जातो. अपेक्षित ठिकाणाचे मटेरियल काढून टाकण्याचे कार्य करताना नॉझल X, Y आणि Z याशिवाय C अक्षामध्ये 360° आणि B अक्षामध्ये ± 135° मध्ये टॉर्चसह फिरते. यामुळे विविध आकाराच्या ट्यूब, सीटचे अनेक भाग अशा प्रकारचे अनेक यंत्रभाग सहज यंत्रण केले जातात. या नवीन सिरीजमध्ये 'X ब्लास्ट' तंत्रज्ञान अंमलात आणले आहे. त्यामुळे यंत्रभाग आणि नॉझल यामध्ये जास्त अंतर ठेवल्याने नॉझल धडकणे अशा प्रकारचे अपघात टाळले जातात आणि गुणवत्ता सुधारते. 3000 (X) x 1500 (Y) x 700 (Z) मिमी. रेंज आणि 2000-4000 W शक्तीची ही मशीन भारतामध्ये उपलब्ध आहेत.

सर्वसाधारण पद्धतीने अनेक मशीन वापरून यंत्रण करण्याऐवजी ट्रू लेझर सेल 5030 मशीन वापरून एकूण खर्चात सुमारे 20% बचत होऊ शकते. एकच मशीन सर्व प्रकारच्या कामांना उपयोगी ठरल्याने मशीन शॉपच्या जागेतही बचत होते. पूर्वी एखाद्या नवीन यंत्रभागाचे (उदाहरणार्थ, एक्झॉस्ट पाइप) ट्रिमिंग करावयाचे असेल तर, त्याच्या सेटिंगसाठी 4 ते 5 तास लागत असत. आता ग्राहकाकडून नवीन यंत्रभाग आणि त्याची प्रोग्रॅम फाइल आली की, केवळ एका तासामध्ये तो प्रोग्रॅम वापरून ताबडतोब ट्रिमिंग करता येते. अनेक नवीन यंत्रभागांचे विकसन लवकर करणे यामुळे शक्य झाले आहे.

ट्रू लेझर सेलवर विविध आकाराच्या आणि 12 मिमी. जाडीच्या पोलादी भागांवर, तसेच 120 मिमी. पर्यंतच्या व्यासाच्या निरनिराळ्या ट्यूबसारख्या गोलाकार भागांवर योग्य आकाराचे यंत्रण सहजपणे करता येते. यासाठी विविध आकाराचे फिक्श्चर मागणीनुसार मिळू शकतात.

पुण्याशेजारील भोसरी येथे 'मेट्रिक्स सोल्युशन्स' या कंपनीमध्ये आमचे ट्रू लेझर सेल 5030 हे मशीन कार्यरत आहे. तेथील व्यवस्थापकीय संचालक संजय पनवार आणि लेझर विभागाचे प्रमुख प्रकाश गारळे या मशीनविषयी बोलताना म्हणाले की, "गेले काही वर्षे वाहन उद्योगामध्ये विविध विभागांमध्ये पर्यावरणसंबंधी संशोधन आणि विकसन वेगाने होत आहे. वाहनाच्या भागांचे वजन कमी करणे आणि पर्यावरणपूरक वाहने निर्माण करणे हे उद्योगाच्या प्रगतीसाठी अत्यावश्यक बनले आहे. विशेषतः BS-VI धोरण अंमलात आल्यापासून वाहनाचे बाह्य भाग आणि एक्झॉस्ट सिस्टिममधील अनेक नवीन यंत्रभाग निर्माण करण्यात आले आहेत. विविध प्रकारचे धातू, काच, प्लॅस्टिक आणि इतर अनेक संयुगांचे यंत्रभाग विकसित होत आहेत आणि त्यामध्ये विकसन प्रक्रियेदरम्यान सारखे बदल होत असतात. कमी जाडीचे, परंतु तितकीच ताकद असलेले यंत्रभाग निर्माण होतात. त्यातील काही मटेरियल ठिसूळ (ब्रिटल) असल्याने चुकीच्या पद्धतीने यंत्रण केल्यास सहज तुटू शकतात."

"प्रत्येक भागाच्या प्रक्रियेत बाह्य ढाचा (ब्लँक) तयार करणे, कडांचे काळजीपूर्वक कर्तन करणे, 3D आकारात कडांचे काळजीपूर्वक कर्तन करणे इत्यादी बाबींसाठी विविध आकाराचे डाय आणि फिक्श्चर करावे लागतात. त्यामुळे अशा प्रकारचे विकसन अत्यंत खर्चिक होते."

 

"ट्रू लेझर सेल 5030 हे मशीन वापरात आणल्यापासून मेट्रिक्स सोल्युशन्समध्ये ही कामे गतीने होऊ लागली. नमुना यंत्रभाग (प्रोटोटाइप) नमुन्याबरहुकूम जलद गतीने तयार करून देणारी कंपनी अधिक प्रगती करू शकते, हे येथे दिसून आले. विविध नमुना यंत्रभागांमधील बदल किरकोळदेखील असू शकतात. परंतु त्यासाठी प्रत्येकवेळी वेगळे डाय बनविणे शक्य होत नाही. तसेच सुरुवातीचे काही भाग विविध तपासण्यांसाठी 50 ते 100 एवढेच लागतात. ते डाय तयार करून बनविणे जिकिरीचे आणि अर्थातच खर्चिक होते. ट्रू लेझर सेल 5030 वर असे भाग करणे सहज शक्य होते. या मशीनवर 5 अक्षीय कर्तन करणे शक्य आहे. प्रेस पार्ट, डाय पार्ट, असे कोणत्याही प्रकाराचे भाग आम्ही करू शकतो. 10 मिमी. जाडीचे स्टील, 6 मिमी. जाडीचे स्टेनलेस स्टील, 3 मिमी. जाडीचे अॅल्युमिनिअम भाग, तसेच कोणत्याही आकाराची शील्ड वगैरे भाग आम्ही ग्राहकाच्या मागणीबरहुकूम आणि लवकरात लवकर तयार करू शकतो."

 

"आमच्याकडे आम्ही लेझर यंत्रणासाठी दोन मशीन बसविली आहेत. आरंभीचा खर्च जास्त होता, परंतु टूल रूम आणि शिवाय दोन ट्रू लेझर मशीन सेल असल्यामुळे ऑर्डर लवकर पूर्ण करण्याची आमची क्षमता वाढली. नवीन यंत्रभागासाठी केवळ डाय बनविण्यात काही वेळा आम्हाला सुमारे पाच दिवस लागत असत. आता हे काम प्रोग्रॅम फाइल लोड करून एका तासात होते. त्यामुळे आमचा प्रतिसाद देण्याचा काळ (रिस्पॉन्स टाइम) सुधारला आणि कामाची गुणवत्ताही मोठ्या प्रमाणात वाढली. अत्यंत चांगल्या फिनिशचे ट्रिमिंग आणि तेही कमीतकमी वेळात आम्ही करू शकतो. या मशीनसाठी केवळ गॅस आणि वीज लागते, इतर टूलचा खर्च नाही. एकूण खर्चामध्ये आम्हाला सुमारे 40% बचत करता आली. या सर्वांचा एकत्रित परिणाम म्हणून ग्राहकांचा ओढा आमच्याकडे वळविण्यात आम्ही यशस्वी झालो."

 

"विविध वाहनांमध्ये वापरले जाणारे B पिलर, X मेंबरसारखे नवीन नमुना यंत्रभाग तयार करणे हे आमचे वैशिष्ट्य आहे. यामध्ये आमच्याकडे ट्रू लेझर असल्याने कमीतकमी टूलिंग वापरून निर्मिती करता येते. आम्ही विशेषतः ब्लँकिंग आणि ट्रिमिंग या क्लिष्ट कार्यासाठी लेझर मशीन वापरतो. या मशीनसाठी कमी जागा व्यापली जाते आणि कोणत्याही क्लिष्ट आकाराचे भाग निर्माण करण्याची आमची तयारी आहे."

"नवीन मशीन बसविताना आमच्या स्टाफला सर्व प्रकारचे प्रशिक्षण देण्याची व्यवस्था ट्रूम्फ कंपनीने केली, तसेच हे मी आवर्जून नमूद करू इच्छितो की, विक्रीपश्चात सर्व प्रकारचे तांत्रिक सहकार्यदेखील ट्रूम्फने अत्यंत उत्तम पद्धतीने केले."