Лазерная обработка

Лазерная обработка ( LBM ) – это форма обработки , при которой используется тепло , направляемое лазерным лучом . В этом процессе используется тепловая энергия для удаления материала с металлических или неметаллических поверхностей. высокой частоты Монохроматический свет падает на поверхность, нагревая, плавя и испаряя материал из-за столкновения фотонов (см. Кулоновский взрыв ). ^{[ 1 ]} Обработка лазерным лучом лучше всего подходит для хрупких материалов с низкой проводимостью , но может использоваться для большинства материалов. ^{[ 2 ]}

можно выполнять Лазерную обработку стекла без плавления поверхности. В светочувствительном стекле лазер изменяет химическую структуру стекла, позволяя избирательно травить его . Стекло также называют фотомеханическим стеклом. Преимущество фотомеханического стекла заключается в том, что оно позволяет создавать точно вертикальные стенки, а нативное стекло подходит для многих биологических применений, например, в качестве субстратов для генетического анализа.

Типы лазеров

Существует много различных типов лазеров, включая газовые, твердотельные и эксимерные . ^{[ 3 ]}

Некоторые из наиболее часто используемых газов состоят из; He-Ne , Ar и углекислотный лазер .

Твердотельные лазеры создаются путем введения редкого элемента в различные исходные материалы. В отличие от газовых лазеров, твердотельные лазеры оптически накачиваются лампами-вспышками или дуговыми лампами. Рубин является одним из часто используемых материалов-основ в лазерах этого типа. ^{[ 3 ]} Рубиновый лазер — это тип твердотельного лазера, лазерная среда которого представляет собой синтетический кристалл рубина. Стержень из синтетического рубина подвергается оптической накачке с помощью ксеноновой лампы-вспышки, прежде чем он будет использован в качестве активной лазерной среды. ^{[ 4 ]}

YAG — это аббревиатура от иттрий-алюминиевого граната, который представляет собой кристаллы, которые используются в твердотельных лазерах, а Nd:YAG относится к кристаллам иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом, которые используются в твердотельных лазерах в качестве лазерного посредника.

YAG-лазеры излучают световые волны высокой энергии. Nd:стекло — это усиливающая среда, легированная неодимом, изготовленная из силикатных или фосфатных материалов, которые используются в волоконных лазерах .

Глубина резания

Глубина резки лазера прямо пропорциональна частному, полученному путем деления мощности лазерного луча на произведение скорости резки и диаметра пятна лазерного луча.

t\propto {\frac {P}{vd}},

где t — глубина резания, P — мощность лазерного луча, v — скорость резания, а d — диаметр пятна лазерного луча. ^{[ 5 ]}

На глубину реза также влияет материал заготовки. Отражательная способность материала, плотность, удельная теплоемкость и температура плавления – все это влияет на способность лазера резать заготовку.

Следующая таблица ^{[ 6 ]} показывает способность разных лазеров резать разные материалы:

материал	длина волны (микрометр) CO2-лазер: 10,6	длина волны (микрометр) Nd:YAG лазер: 1,06
керамика	хорошо	плохо
фанера	очень хорошо	довольно хорошо
поликарбонат	хорошо	довольно хорошо
полиэтилен	очень хорошо	довольно хорошо
Перспекс	очень хорошо	довольно хорошо
Титан	хорошо	хорошо
Золото	невозможно	хорошо
Медь	плохо	хорошо
Алюминий	хорошо	хорошо
нержавеющая сталь		очень хорошо
строительная сталь		очень хорошо

Приложения

Лазеры можно использовать для сварки , плакирования, маркировки, обработки поверхности, сверления и резки, а также для других производственных процессов. Он используется в автомобильной, судостроительной, аэрокосмической, сталелитейной, электронной и медицинской промышленности для точной обработки сложных деталей.

Преимущество лазерной сварки состоит в том, что она позволяет сваривать со скоростью до 100 мм/с, а также в возможности сваривать разнородные металлы. Лазерная наплавка используется для покрытия дешевых или слабых деталей более твердым материалом с целью улучшения качества поверхности. Преимущество сверления и резки лазером заключается в том, что режущий инструмент практически не изнашивается, поскольку отсутствует контакт, вызывающий повреждение.

Фрезерование лазером — это трехмерный процесс, для которого требуется два лазера, но который значительно снижает затраты на обработку деталей. ^{[ 2 ]}^{[ 7 ]} Лазеры можно использовать для изменения свойств поверхности заготовки.

Применение лазерной обработки варьируется в зависимости от отрасли. В легкой промышленности станок используется для гравировки и сверления других металлов. В электронной промышленности обработка лазерным лучом используется для зачистки проводов и зачистки цепей. В медицинской промышленности его используют для косметической хирургии и удаления волос. ^{[ 2 ]}

Преимущества

Поскольку лучи лазерного луча монохроматичны и параллельны (т.е. нулевое удлинение ), его можно сфокусировать до небольшого диаметра и производить до 100 МВт мощности на квадратный миллиметр площади.
Обработка лазерным лучом позволяет гравировать или резать практически все материалы, в которых традиционные методы резки могут оказаться неэффективными.
Существует несколько типов лазеров, и каждый из них имеет разное применение.
Стоимость обслуживания лазеров умеренно низкая из-за низкой скорости износа, поскольку между инструментом и заготовкой отсутствует физический контакт. ^{[ 3 ]}
Обработка лазерными лучами отличается высокой точностью, и большинство этих процессов не требуют дополнительной финишной обработки. ^{[ 3 ]}
Лазерные лучи могут быть объединены с газами, чтобы сделать процесс резки более эффективным, минимизировать окисление поверхностей и/или защитить поверхность заготовки от расплавленного или испаренного материала.

Недостатки

Первоначальная стоимость приобретения лазерного луча умеренно высока. Существует множество аксессуаров, которые помогают в процессе обработки, и, поскольку большинство этих аксессуаров так же важны, как и сам лазерный луч, начальные затраты на обработку еще больше возрастают. ^{[ 3 ]}
Для управления и обслуживания оборудования требуются высококвалифицированные специалисты. Работа с лазерным лучом является сравнительно технической, и могут потребоваться услуги эксперта. ^{[ 3 ]}
Лазерные лучи не предназначены для производства массовых металлообрабатывающих процессов.
Лазерная обработка требует много энергии.
Глубокие резы затруднены при работе с заготовками с высокими температурами плавления и обычно приводят к конусности.

См. также

Ссылки

^ «Лечение рубиновым лазером. DermNet NZ» . www.dermnetnz.org . Проверено 1 марта 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Дубей, Аваниш (май 2008 г.). «Лазерная обработка — обзор». Международный журнал станков и производства . 48 (6): 609–628. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2007.10.017 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Лазерная обработка» . www.mechnol.com . 10 февраля 2016 года. Архивировано из оригинала 6 марта 2016 года . Проверено 17 февраля 2016 г.
^ «Твердосредние лазеры» . гиперфизика.phy-astr.gsu.edu . Проверено 1 марта 2016 г.
^ Калпакджян; Шмид (2008). Процессы производства инженерных материалов (5-е изд.). Прентис Холл. ISBN 9780132272711 .
^ Дж. Беркманнс, М. Фаербер (18 июня 2008 г.). Лазерная резка. ЛАЗЕРЛАЙН Технический .
^ Мейер, Йохан (июнь 2004 г.). «Лазерная обработка (LBM), современное состояние и новые возможности». Журнал технологии обработки материалов . 149 (1–3): 2–17. doi : 10.1016/j.jmatprotec.2004.02.003 .

Дальнейшее чтение

Пауло, Давим (2013). Нетрадиционные процессы обработки: достижения исследований . Спрингер. ISBN 978-1447151784 .
Амитабх Гош; Асок Кумар Маллик (2010). «Нетрадиционные процессы обработки». Производственные науки (2-е изд.). Пресса Восток-Запад. стр. 396–403. ISBN 978-81-7671-063-3 .

[1] «Лечение рубиновым лазером. DermNet NZ» . www.dermnetnz.org . Проверено 1 марта 2016 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Дубей, Аваниш (май 2008 г.). «Лазерная обработка — обзор». Международный журнал станков и производства . 48 (6): 609–628. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2007.10.017 .

[:1-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Лазерная обработка» . www.mechnol.com . 10 февраля 2016 года. Архивировано из оригинала 6 марта 2016 года . Проверено 17 февраля 2016 г.

[:2-4] «Твердосредние лазеры» . гиперфизика.phy-astr.gsu.edu . Проверено 1 марта 2016 г.

[5] Калпакджян; Шмид (2008). Процессы производства инженерных материалов (5-е изд.). Прентис Холл. ISBN 9780132272711 .

[6] Дж. Беркманнс, М. Фаербер (18 июня 2008 г.). Лазерная резка. ЛАЗЕРЛАЙН Технический .

[7] Мейер, Йохан (июнь 2004 г.). «Лазерная обработка (LBM), современное состояние и новые возможности». Журнал технологии обработки материалов . 149 (1–3): 2–17. doi : 10.1016/j.jmatprotec.2004.02.003 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]