La începutul anului 2009, oamenii din industria de prelucrare a materialelor au început să se uite la lasere cu impulsuri care pot oferi o putere de vârf ridicată și lasere continue cu niveluri de putere mai mari. Puterea de vârf a unor astfel de lasere poate atinge, în general, 3 kW, iar puterea medie este de 300 W. Salturile tehnologice au dus la o putere de vârf și medie mai mare. Astăzi, au fost introduse puteri de vârf de până la 20kW, puteri medii de 2kW și lasere continue ultra-puternice. Actualizarea continuă a puterii a împins laserul cu fibre până la stadiul procesării dispozitivelor aerospațiale.
În comparație cu laserele tradiționale Nd: YAG, laserele cu fibre au îmbunătățit semnificativ eficiența de conversie electro-optică și luminozitatea fasciculului (funcționare cu un singur mod sau cu biți mici) și nu necesită o preîncălzire. Când se schimbă puterea, indiferent dacă este modul plat plat (așa cum se arată în figură) (1)) sau modul Gaussian, diametrul spotului rămâne întotdeauna stabil, în același timp, frecvența pulsului este mai mare, iar ajustarea în timp real a parametrilor este mai puternică. Deoarece laserul cu fibre folosește un singur emițător pentru a excita, are un salt calitativ în ceea ce privește fiabilitatea, stabilitatea puterii și flexibilitatea în comparație cu laserele cu pompă flash.
Având în vedere metodele de aplicare flexibile și diverse ale laserelor cu fibre, nu numai că pot fi instalate ca mașini noi, dar pot fi modernizate și liniile de producție existente, astfel că ocupă tot mai multe cote de piață. Toate sistemele de producție anterioare folosind laserele Nd: YAG pot fi transformate în lasere cu fibră.
Necesitățile de foraj în aviație
Industria aerospațială este, fără îndoială, o altă industrie care a beneficiat mult de laserele cu fibre. În industria aviației actuale, un motor cu turbină poate avea până la milioane de găuri, care sunt utilizate în principal pentru a ajuta dispozitivul să disipeze căldura în timp util în timpul funcționării. Grosimea, unghiul, diametrul și forma găurilor variază. În domeniul aplicațiilor de foraj aerospațial, noul laser cu fibre este o opțiune mai rapidă, mai flexibilă, mai stabilă și mai rentabilă.
Există două moduri principale de a produce găuri de răcire pentru dispozitivele de aviație: una este de a utiliza mai multe impulsuri pentru a forma găuri de foraj în conformitate cu deschiderea necesară (foraj cu impuls); cealaltă este să folosiți pete mici pentru a muta fasciculul într-un interval circular pentru a forma o gaură de foraj (priză). În general, soclul este mai lent, dar forma este mai perfectă. În unele aplicații, pot fi selectate numai găuri de mânecă. Aceste găuri au de obicei un diametru de 0,015-0,030in. Există, de asemenea, o cerință specială de foraj în câmpul aviației, care este o gaură în formă de ventilator care leagă orificiul de limitare a curentului. Aceste orificii în formă de ventilator sunt ieșirea aerului de răcire, scopul fiind de a devia același flux de aer într-o zonă mai mare pentru a obține un efect de răcire mai bun. În prezent, există în principal următoarele procese de producere a găurilor în formă de ventilator: primul este un laser + scanner laser cu comutare Q la fața locului. Scannerul este folosit pentru a scana forma la ieșirea din orificiu. Utilizarea acestei metode pentru a procesa o gaură în formă de ventilator necesită două mașini să funcționeze separat. Cea de-a doua metodă este de a reduce dimensiunea spotului pentru a crea un conic, apoi utilizați cuibul CNC, dar această metodă este mult mai lentă decât „metoda în doi pași” echipată cu un scaner; A treia metodă constă în utilizarea tehnologiei de găurire EDM și adăugarea unei găuri în formă de ventilator după formarea găurii de restricție. Este foarte important să evitați exfolierea acoperirii barierei termice atunci când găuriți o gaură în formă de ventilator, iar majoritatea dispozitivelor au acum o acoperire cu barieră termică.
Aplicații de foraj aerian-lasere cu fibre
În comparație cu laserele cu impulsuri Nd: YAG, avantajele laserelor cu fibre sunt evidente. În primul rând, sursa de pompare a laserului cu fibre este mai degrabă o diodă decât un flash, deci poate forma un val pătrat perfect. În al doilea rând, laserul Nd: YAG folosind o pompă flash încetinește, astfel încât o parte a energiei laserului este întotdeauna sub pragul de evaporare al zonei țintă Această parte a energiei va topi materialul și va face ca stratul de barieră termică să se dezlipească. Pentru a îndeplini specificațiile stratului de reformare, perioada de impuls trebuie să fie mai mică de 1 ms. În acest sens, laserele cu fibre au un avantaj absolut, deoarece pot genera forme de undă pătrate de undă, astfel încât utilizarea impulsurilor de 10ms poate îndeplini cerințele echipamentului de aviație pentru refaceri și fisuri.
Folosim ca exemplu o cameră de ardere. Când folosiți foraj cu impulsuri, camera de ardere se va roti de mai multe ori simultan în timpul procesului de foraj. În acest caz, sunt necesare 5 impulsuri pentru găurire, iar alte 2 impulsuri sunt utilizate pentru a forma o gaură în formă de ventilator. De obicei, frecvența maximă de repetare a acestui laser este de 10 impulsuri / secundă. Laserul cu fibre poate forma o gaură de ventilator cu puls lung. Dacă se utilizează aceeași perioadă de impuls și energie a pulsului ca laserul Nd: YAG, viteza poate atinge de 10 ori mai mult decât originalul. Indiferent dacă sunt singure sau două impulsuri lungi sau impulsuri multiple, se poate obține aceeași calitate de foraj. În plus, laserul cu fibre poate regla, de asemenea, perioada pulsului în timpul și după forare, în loc să folosească mai multe impulsuri tot timpul, ceea ce este benefic pentru a evita deteriorarea organismului.
Caracteristica laserului cu fibre cioplite este că poate emite în modul plat, în timp ce laserul Nd: YAG este aproximativ în modul gaussian. Prin urmare, datorită modului plat, întreaga energie a primului depășește pragul de evaporare, în timp ce o parte considerabilă a acestuia din urmă este sub prag. Studiile au arătat că pentru a obține același efect de foraj în aceleași condiții, laserele cu fibre au nevoie de mai puțină energie. Motivul este modul de undă pătrată + modul plat superior. Tocmai din această caracteristică, laserele cu fibre sunt mai eficiente în foraj și sunt mai puțin deteriorate termic. Cu o deteriorare termică mai mică, atât peelingul cât și refacerea se vor îmbunătăți.
Unul dintre motivele pentru care laserele Nd: YAG au atras multă atenție este proprietățile unice de divergență ale fasciculului. Mărimea spotului poate fi modificată odată cu creșterea sau scăderea puterii. Atâta timp cât focalizarea este focalizată, deschiderea necesară poate fi obținută. Unele lasere Nd: YAG integrează un telescop de focalizare internă pentru a schimba unghiul de divergență al fasciculului, dar această ajustare necesită un grad ridicat de profesionalism al operatorului, consumator de timp și parametri corecți, astfel încât multe persoane nu sunt optimiste. În acest moment, laserul cu fibre este exact opusul. Deoarece forma sa de focalizare este perfect circulară, nu se va schimba atunci când puterea este crescută sau scăzută, iar în cazul în care un sistem telescop scalabil este plasat în sistem, acesta va putea modifica direct dimensiunea punctului focal în timpul forajului de zbor. Intervalul este de obicei 3-1.
Flexibilitatea laserelor cu fibre este mult peste cea a laserelor Nd: YAG. Acest lucru se datorează mai ales faptului că diodele cu răspuns ridicat ale primului pot modifica perioada pulsului și nivelul puterii în timpul forajului, permițând operatorilor să utilizeze diferite niveluri de putere și perioade de puls pentru a crea secvența pulsului dorită. De exemplu, începeți cu o putere mică, puls scurt și apoi creșteți puterea și pulsul într-o secvență bazată pe cerințele de foraj specifice. Deoarece laserele cu fibre pot asigura o putere de vârf ridicată în intervalul kW, în timp ce ajustează dimensiunea spotului și perioada de puls (până la 10 μs), este suficientă o singură mașină.
Când utilizați tehnologia cu mânecă, viteza de procesare a laserului cu fibre poate atinge de 10 ori mai mult decât a laserului cu impuls Nd: YAG pompat cu lampă. Nu numai că, laserul cu fibre poate fi, de asemenea, transformat într-o ieșire continuă de până la 2kW atunci când găuriți în zbor pentru a realiza o tăiere cu viteză mare. Pentru unele modele de combustie, acest număr poate fi îmbunătățit în continuare. În rezumat, laserele cu fibre pulsate sunt ideale pentru tăierea plăcilor mai groase și aplicații de foraj cu viteză mare.
