Лазерно-лучевая обработка: принципы, применение и влияние на индустрию

Лазерно-лучевая обработка — это нестандартный процесс механической обработки, при котором металл с заготовки удаляется термической энергией. Процесс широко используется в промышленности, особенно для хрупких материалов с низкой проводимостью. Узнаем больше о лазерно-лучевой обработке с принципом работы и применением.

Но прежде чем изучать лазерно-лучевую обработку, нужно узнать о лазере и типах лазеров.

Что такое лазер?

Полная форма лазер — Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation (Усиление света стимулированным излучением радиации). Лазер — прибор, излучающий свет через процесс оптического усиления, основанный на стимулированном излучении электромагнитного излучения. Ключевые отличия от обычного источника света: когерентность, направленность, монохроматичность и высокая интенсивность.

Обычный свет имеет разные длины волн и интенсивности. Фотоны, излучаемые обычным источником, распределяются на большой поверхности, поэтому он некогерентен. В отличие от обычного свет, световые волны лазера имеют одинаковую длину волны и интенсивность. Поэтому свет, излучаемый лазером, называется монохроматическим.

Свет от лазера может быть очень узким и фокусироваться на очень малой площади с высокой интенсивностью. Больше энергии концентрируется на малой площади, нагревая заготовку и расплавляя поверхность. Лазер используется в различных операциях обработки, оптических дисках, фото-принтерах, сканерах штрих-кодов, фарах автомобилей и т.д.

Типы лазеров

Три типа лазеров по используемой среде для генерации:

• Газовые лазеры
• Твёрдотельные лазеры
• Жидкостные лазеры

Лазерно-лучевая обработка использует твёрдотельный лазер — рубиновый кристалл — для генерации лазерного луча.

Что такое лазерно-лучевая обработка?

Лазерно-лучевая обработка — процесс, где высокоинтенсивный лазерный свет фокусируется на малой области заготовки, вызывая её расплавление из-за экстремального тепла, а затем испарение для удаления материала. Использует термическую энергию для удаления материала. Применима к металлическим и неметаллическим заготовкам. Особенно для очень хрупких материалов, где традиционная обработка не подходит. Также когда нужно создавать крошечные формы или разрезы, которые традиционная обработка не может сделать — лазерно-лучевая обработка на помощь.

Принцип работы лазерно-лучевой обработки

Лазерный луч излучает монохроматичный свет, фокусируясь на очень малой области заготовки. Из-за малой площади и высокой интенсивности генерируется экстремальное тепло. Оно заставляет металл расплавиться, и в конечном счёте расплавленный металл испаряется. Это базовый принцип. Подробнее:

На изображении видно цилиндрический рубиновый кристалл — лазерная среда с двумя плоскими отражающими средами, помещённый в катушку вспышечных ламп ~1000 Вт. Вспышечная лампа излучает интенсивный белый свет, возбуждающий кристаллы для создания лазерного луча, фокусируемого на области заготовки линзой. Лазерный луч имеет плотность мощности ~1000 кВт/см². Из-за этой экстремальной плотности генерируется тепло, расплавляющее область заготовки.

Ключевые компоненты лазерно-лучевого станка

• Блок питания
• Вспышечная лампа
• Конденсатор
• Лазерная среда / Лазерная разрядная трубка
• Отражающее зеркало
• Линза

Блок питания

Поставляет энергию на вспышечную лампу, чтобы она излучала свет для возбуждения электронов с нижнего уровня на верхний в лазерной среде.

Вспыхечная лампа

Поставляет высокоинтенсивный белый когерентный свет в лазерную разрядную трубку/лазерный материал, возбуждающий электроны.

Конденсатор

Используется для работы вспышечной лампы в импульсном режиме, так как главная задача конденсатора — накапливать заряд и выпускать его при необходимости.

Лазерная среда / Лазерная разрядная трубка

В лазерно-лучевой обработке используются рубиновые кристаллы. Когда вспышечная трубка излучает свет, она излучает фотоны света, содержащие энергию, и рубиновый кристалл поглощает эти фотоны.

Отражающее зеркало

Два типа отражающих зеркал: одно 100% отражающее, другое — частично отражающее. Лазерный луч излучается через частично отражающее зеркало.

Линза

Фокусирует лазерный луч на заданной области заготовки.

Преимущества лазерно-лучевой обработки

• Очень полезна для обработки хрупких материалов.
• Может использоваться для металлов и неметаллов.
• Нет контакта между инструментом и заготовкой.
• Нет механической работы.
• Механические свойства не меняются в процессе.
• Может создавать элементы в областях, недоступных другим инструментам.
• Способна производить очень точные элементы.

Недостатки лазерно-лучевой обработки

• Высокая начальная стоимость установки.
• Требуется обученный техник.
• Низкая производительность.
• Короткий срок службы вспышечной лампы.
• Требуется очень высокая энергия.
• Низкая скорость удаления материала.
• Очень высокие затраты на обслуживание.

Применение лазерно-лучевой обработки

• Используется почти во всех секторах для производства точных и сложных деталей, критичных для функциональности продукта.
• В медицине — для удаления волос и косметической хирургии.
• Популярна в массовых микро-операциях обработки.
• Для обработки малых отверстий, куда традиционные инструменты не تصل.
• Сложная сварка непроводящих и рефрактерных материалов.

Заключение

Это всё, что есть в статье. Надеюсь, вы получили представление о лазерно-лучевой обработке. Понимаю, что статья даёт только базу. Если вопросы — пишите в комментариях, с радостью отвечу.

Вам также может быть интересно: Что такое абразивно-струйная обработка

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что такое лазерно-лучевая обработка?

Лазерно-лучевая обработка — нестандартный процесс, где лазерный луч фокусируется на определённой области заготовки для расплава и испарения материала.

Что означает LASER?

Light Amplification By Simulating Emission Of Radiation