Obróbka wiązką laserową

Wizualizacja obróbki laserowej

Obróbka wiązką laserową ( LBM ) to forma obróbki wykorzystująca ciepło kierowane z wiązki laserowej . Proces ten wykorzystuje energię cieplną do usuwania materiału z powierzchni metalowych lub niemetalicznych . Wysoka częstotliwość światła monochromatycznego spadnie na powierzchnię, ogrzewając, topiąc i odparowując materiał w wyniku zderzenia fotonów (patrz eksplozja Coulomba ). Najlepiej nadaje się obróbka wiązką laserową kruche materiały o niskiej przewodności , ale mogą być stosowane na większości materiałów.

Obróbkę wiązką laserową można wykonać na szkle bez topienia powierzchni. W przypadku szkła światłoczułego laser zmienia strukturę chemiczną szkła, umożliwiając jego selektywne trawienie . Szkło jest również określane jako szkło fotoobrabialne. Zaletą szkła fotomaszynowego jest to, że może ono wytwarzać precyzyjnie pionowe ściany, a szkło natywne nadaje się do wielu zastosowań biologicznych, takich jak podłoża do analiz genetycznych.

Rodzaje laserów

Istnieje wiele różnych rodzajów laserów, w tym lasery gazowe, lasery na ciele stałym i lasery ekscymerowe .

Niektóre z najczęściej używanych gazów składają się z; Laser He-Ne , Ar i dwutlenek węgla .

Lasery na ciele stałym są projektowane przez domieszkowanie rzadkiego pierwiastka do różnych materiałów macierzystych. W przeciwieństwie do laserów gazowych, lasery na ciele stałym są pompowane optycznie przez lampy błyskowe lub lampy łukowe. Rubin jest jednym z często używanych materiałów macierzystych w tego typu laserach. Laser rubinowy to rodzaj lasera na ciele stałym, którego medium laserowym jest syntetyczny kryształ rubinu. Syntetyczny pręt rubinowy jest optycznie pompowany za pomocą ksenonowej lampy błyskowej, zanim zostanie użyty jako aktywny ośrodek laserowy.

YAG to skrót od granatu itrowo-aluminiowego, który jest kryształem używanym w laserach na ciele stałym, podczas gdy Nd:YAG odnosi się do kryształów granatu itru z domieszką neodymu, które są używane w laserach na ciele stałym jako mediator laserowy.

Lasery YAG emitują fale świetlne o dużej energii. Nd:glass to media wzmacniające domieszkowane neodymem, wykonane z materiałów krzemianowych lub fosforanowych, które są stosowane w laserach światłowodowych .

Głębokość cięcia

Głębokość cięcia lasera jest wprost proporcjonalna do ilorazu otrzymanego przez podzielenie mocy wiązki laserowej przez iloczyn prędkości cięcia i średnicy plamki wiązki laserowej.

gdzie t to głębokość skrawania, P to moc wiązki laserowej, v to prędkość skrawania, a d to średnica plamki wiązki laserowej.

Na głębokość skrawania ma również wpływ materiał obrabianego przedmiotu. Współczynnik odbicia, gęstość, ciepło właściwe i temperatura topnienia materiału wpływają na zdolność lasera do cięcia przedmiotu obrabianego.

Poniższa tabela przedstawia zdolność różnych laserów do cięcia różnych materiałów:

materiał długość fali (mikrometr)

Laser CO2: 10,6

 długość fali (mikrometr)

Laser Nd:YAG: 1,06
ceramika Dobrze słabo
sklejka bardzo dobrze dość dobrze
poliwęglan Dobrze dość dobrze
polietylen bardzo dobrze dość dobrze
Szklo akrylowe bardzo dobrze dość dobrze
Tytan Dobrze Dobrze
Złoto niemożliwe Dobrze
Miedź słabo Dobrze
Aluminium Dobrze Dobrze
Stal nierdzewna bardzo dobrze
stal konstrukcyjna bardzo dobrze

Aplikacje

Lasery mogą być używane do spawania , powlekania, znakowania, obróbki powierzchni, wiercenia i cięcia oraz innych procesów produkcyjnych. Jest stosowany w przemyśle samochodowym, stoczniowym, lotniczym, stalowym, elektronicznym i medycznym do precyzyjnej obróbki skomplikowanych części.

Zaletą spawania laserowego jest możliwość spawania z prędkością do 100 mm/s oraz możliwość spawania różnych metali. Napawanie laserowe służy do powlekania tanich lub słabych części twardszym materiałem w celu poprawy jakości powierzchni. Wiercenie i cięcie za pomocą laserów jest korzystne, ponieważ narzędzie tnące nie zużywa się lub nie zużywa się, ponieważ nie ma kontaktu, który mógłby spowodować uszkodzenie.

Frezowanie laserem to trójwymiarowy proces, który wymaga użycia dwóch laserów, ale drastycznie obniża koszty obróbki części. Lasery mogą być używane do zmiany właściwości powierzchni przedmiotu obrabianego.

Zastosowanie obróbki wiązką laserową różni się w zależności od branży. W produkcji lekkiej maszyna służy do grawerowania i wiercenia innych metali. W przemyśle elektronicznym obróbka wiązką laserową jest wykorzystywana do ściągania izolacji z przewodów i obcinania obwodów. W przemyśle medycznym wykorzystywany jest do zabiegów kosmetycznych i depilacji.

Zalety

  1. Ponieważ promienie wiązki laserowej są monochromatyczne i równoległe (tzn. zerowa długość ), może być skupiona na małej średnicy i może wytworzyć nawet 100 MW mocy na milimetr kwadratowy powierzchni.
  2. Obróbka wiązką laserową umożliwia grawerowanie lub cięcie prawie wszystkich materiałów, w przypadku których tradycyjne metody cięcia mogą zawieść.
  3. Istnieje kilka rodzajów laserów, a każdy z nich ma inne zastosowanie.
  4. Koszt utrzymania laserów jest umiarkowanie niski ze względu na niski stopień zużycia, ponieważ nie ma fizycznego kontaktu między narzędziem a obrabianym przedmiotem.
  5. Obróbka wiązką laserową charakteryzuje się wysoką precyzją, a większość tych procesów nie wymaga dodatkowej obróbki wykańczającej.
  6. Wiązki laserowe można łączyć z gazami, aby zwiększyć wydajność procesu cięcia, zminimalizować utlenianie powierzchni i/lub chronić powierzchnię przedmiotu obrabianego przed stopionym lub odparowanym materiałem.

Niedogodności

  1. Początkowy koszt pozyskania wiązki laserowej jest umiarkowanie wysoki. Istnieje wiele akcesoriów wspomagających proces obróbki, a ponieważ większość z nich jest równie ważna jak sama wiązka lasera, koszt uruchomienia obróbki jest jeszcze większy.
  2. Obsługa i konserwacja obróbki wymaga wysoko wykwalifikowanych osób. Obsługa wiązki laserowej jest stosunkowo techniczna i może być wymagana pomoc eksperta.
  3. Wiązki laserowe nie są przeznaczone do wytwarzania masowych procesów metalowych.
  4. Obróbka laserowa pochłania dużo energii.
  5. Głębokie cięcia są trudne w przypadku przedmiotów obrabianych o wysokich temperaturach topnienia i zwykle powodują zwężenie.

Zobacz też

Dalsza lektura

  •   Paulo, Davim (2013). Nietradycyjne procesy obróbki: postępy w badaniach . Skoczek. ISBN 978-1447151784 .
  •   Amitabh Ghosh i Asok Kumar Mallik (2010). „Niekonwencjonalne procesy obróbki”. Nauka o produkcji (wyd. 2). Prasa wschód-zachód. s. 396–403. ISBN 978-81-7671-063-3 . {{ cite book }} : CS1 maint: używa parametru autorów ( link )
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laser_beam_machining&oldid=1122382046 ”