Vuoden 2009 alussa materiaalinkäsittelyteollisuuden ihmiset alkoivat tarkastella pulssilasereita, jotka voivat tarjota korkean huipputehon, ja jatkuvia lasereita, joilla on korkeampi teho. Tällaisten laserien huipputeho voi yleensä olla 3 kW ja keskimääräinen teho 300 W. Teknologian harppaukset ovat johtaneet korkeampaan huipputehoon ja keskimääräiseen tehoon. Nykyään on otettu käyttöön huipputeho jopa 20kW, keskimääräinen teho 2kW ja erittäin suuritehoiset jatkuvat laserit. Jatkuva virran päivitys on siirtänyt kuitulaserin ilmailu- ja avaruuslaitteiden käsittelyvaiheeseen.
Verrattuna perinteisiin Nd: YAG-lasereihin, kuitulaserit ovat parantaneet merkittävästi sähköoptisen muuntamisen tehokkuutta ja säteen kirkkautta (yksimuotoinen tai vähän bittiä käyttävä toiminta), eivätkä vaadi esilämmitystä. Kun tehoa muutetaan, onko kyseessä flat-top-moodi (kuten kuvassa) (1)) vai Gauss-moodi, pisteen halkaisija pysyy aina vakaana, samalla pulssitaajuus on suurempi, ja parametrien reaaliaikainen säätö on vahvempi. Koska kuitulaseri käyttää yhtä säteilyä herättävää ainetta, sillä on laadullinen harppaus luotettavuuden, tehon stabiilisuuden ja joustavuuden suhteen salamapumppulasereihin verrattuna.
Kuitulaserien joustavien ja monipuolisten sovellusmenetelmien vuoksi niitä ei voida vain asentaa uusiksi koneiksi, vaan myös nykyisiä tuotantolinjoja voidaan päivittää, joten niiden miehitys kasvaa yhä enemmän. Kaikki aikaisemmat Nd: YAG-lasereita käyttävät tuotantojärjestelmät voidaan muuntaa kuitulasereiksi.
Poraustarpeet ilmailussa
Ilmailu- ja avaruusteollisuus on epäilemättä toinen ala, joka on hyötynyt suuresti kuitulaserista. Nykyisessä ilmailuteollisuudessa turbiinimoottorissa voi olla jopa miljoonia reikiä, joita käytetään pääasiassa auttamaan laitetta hajottamaan lämpö oikeaan aikaan toiminnan aikana. Reikien paksuus, kulma, halkaisija ja muoto vaihtelevat. Ilmailu- ja avaruusteollisuuden poraussovelluksissa uusi kuitulaser on nopeampi, joustavampi, vakaampi ja kustannustehokkaampi vaihtoehto.
On olemassa kaksi päätapaa tuottaa jäähdytysreikiä ilmailulaitteille: yksi on käyttää useita pulsseja reikien muodostamiseksi vaaditun aukon mukaan (pulssiporaus); toinen on käyttää pieniä pisteitä palkin siirtämiseksi pyöreällä alueella porareiän (pistorasian) muodostamiseksi. Kaiken kaikkiaan pistorasia on hitaampi, mutta muoto on täydellisempi. Joissakin sovelluksissa vain holkkireiät voidaan valita. Näiden reikien halkaisija on yleensä 0,015-0,030 tuumaa. Ilmailualalla on myös erityinen porausvaatimus, joka on puhaltimen muotoinen reikä, joka yhdistää virranrajoittavaa reikää. Nämä tuulettimen muotoiset reiät ovat jäähdytysilman poistoaukko, tarkoituksena on ohjata sama ilmavirta suuremmalle alueelle paremman jäähdytystehon saavuttamiseksi. Tällä hetkellä puhaltimen muotoisten reikien tuottamiseksi on olemassa pääasiassa seuraavat prosessit: ensimmäinen on pieni piste Q-kytkentäinen laser + skanneri. Skanneria käytetään kuvan skannaamiseen aukon ulostulossa. Tämän menetelmän käyttäminen puhaltimen muotoisen reiän käsittelemiseksi vaatii kahden koneen toimimaan erikseen. Toinen menetelmä on pienentää pistekoon kartion muodostamiseksi ja käyttää sitten CNC-pesimistä, mutta tämä menetelmä on paljon hitaampi kuin "kaksivaiheinen menetelmä", joka on varustettu skannerilla; Kolmas menetelmä on käyttää EDM-poraustekniikkaa ja lisätä puhaltimen muotoinen reikä sen jälkeen, kun rajoitusreikä on muodostettu. Puhallinmuotoisen reiän poraamisessa on erittäin tärkeää välttää lämpösuojapinnoitteen kuoriutumista, ja useimmissa laitteissa on nyt läpivienti pinnoite.
Ilmaporaussovellukset-kuitulaserit
Kuitulaserien edut ovat ilmeiset verrattuna Nd: YAG-pulssilasereihin. Ensinnäkin kuitulaserin pumpulähde on pikemminkin diodi kuin salama, joten se voi muodostaa täydellisen neliön aallon. Toiseksi, salamapumppua käyttävä Nd: YAG-laser hidastuu, joten osa laserenenergiasta on aina tavoitealueen haihtumiskynnyksen alapuolella. Tämä osa energiaa sulaa materiaalin ja aiheuttaa lämpöesteen pinnoitteen irtoamisen. Uudelleenlaaditun kerroksen vaatimusten täyttämiseksi pulssijakson on oltava alle 1 ms. Tässä suhteessa kuitulasereilla on ehdoton etu, koska ne voivat tuottaa neliöaallon aaltomuotoja, joten 10 ms: n pulssien käyttö voi täyttää ilmailulaitteiden vaatimukset uudelleenlaadinnan ja halkeilun eritelmistä.
Käytämme esimerkkinä palotilaa. Kun käytetään pulssiporausta, palamiskammio pyörii useita kertoja samanaikaisesti porausprosessin aikana. Tässä tapauksessa tarvitaan 5 pulssia poraamiseksi läpi, ja vielä 2 pulssia käytetään tuulettimen muotoisen reiän muodostamiseen. Yleensä tämän laserin toistotaajuus on 10 pulssia sekunnissa. Kuitulaseri voi muodostaa puhallusaukon, jolla on pitkä pulssi. Jos käytetään samaa pulssijaksoa ja pulssienergiaa kuin Nd: YAG -laserilla, nopeus voi olla 10 kertaa alkuperäinen. Olipa kyseessä yksi tai kaksi pitkää pulssia vai useita pulsseja, voidaan saada sama porauslaatu. Lisäksi kuitulaseri voi myös säätää pulssijaksoa porauksen aikana ja sen jälkeen sen sijaan, että käytettäisiin useita pulsseja koko ajan, mikä on hyödyllistä kehon vaurioiden välttämiseksi.
Sirutetun kuitulaserin ominaispiirre on, että se voi tulostaa tasainen-tilassa, kun taas Nd: YAG-laser on suunnilleen Gaussin moodi. Siksi tasaisen top-moodin ansiosta entisen kokonainen energia ylittää haihtumiskynnyksen, kun taas huomattava osa jälkimmäisestä on kynnyksen alapuolella. Tutkimukset ovat osoittaneet, että saman porausvaikutuksen saavuttamiseksi samoissa olosuhteissa kuitulaserit tarvitsevat vähemmän energiaa. Syynä on neliöaalto + tasainen ylätila. Juuri tämän ominaisuuden vuoksi kuitulaserit ovat poraamisessa tehokkaampia ja vähemmän lämpövaurioisia. Pinnoitteiden kuorinta ja uudelleenlaadinta paranevat vähemmän lämpövaurioilla.
Yksi syy siihen, miksi Nd: YAG-laserit ovat herättäneet paljon huomiota, ovat ainutlaatuiset säteen hajontaominaisuudet. Pistekokoa voidaan muuttaa lisäämällä tai vähentämällä tehoa. Niin kauan kuin tarkennus kohdistetaan uudelleen, tarvittava aukko voidaan saavuttaa. Jotkut Nd: YAG -laserit integroivat sisäisen tarkennuskaukoputken säteen divergenssikulman muuttamiseksi, mutta tämä säätö vaatii käyttäjän korkean ammattitaidon, aikaa vieviä ja oikeita parametreja, joten monet ihmiset eivät ole optimistisia Tämä menetelmä. Tässä vaiheessa kuitulaser on juuri päinvastainen. Koska sen tarkennusmuoto on täysin pyöreä, se ei muutu, kun tehoa lisätään tai pienenee, ja jos järjestelmään asetetaan skaalautuva kaukoputki, se pystyy suoraan muuttamaan polttopisteen kokoa lennon porauksen aikana. Alue on yleensä 3-1.
Kuitulaserien joustavuus on huomattavasti suurempi kuin Nd: YAG -laserien. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että entisen korkeavasteiset diodit voivat muuttaa pulssijaksoa ja tehotasoa lennonporauksen aikana, jolloin operaattorit voivat käyttää erilaisia tehotasoja ja pulssijaksoja halutun pulssisekvenssin luomiseksi. Aloita esimerkiksi pienellä teholla, lyhyellä pulssilla ja lisää sitten tehoa ja pulssia järjestyksessä erityisten porausvaatimusten perusteella. Koska kuitulaserit voivat tarjota korkean huipputehon kW-alueella säätämällä samalla pisteen kokoa ja pulssijaksoa (alle 10 μs), vain yksi kone riittää.
Kun käytetään holkkitekniikkaa, kuitulaserin prosessointinopeus voi olla 10-kertainen lampun pumppaaman Nd: YAG-pulssilaserin nopeuteen. Kuitulaseri voidaan muuntaa myös jatkuvaksi tehoksi, joka on jopa 2 kW, kun porataan lennon aikana nopean leikkauksen aikaansaamiseksi. Joidenkin polttolaitteiden malleissa tätä lukua voidaan parantaa edelleen. Yhteenvetona voidaan todeta, että pulssikuitulaserit ovat ihanteellisia paksumman levyn leikkaamiseen ja nopeaan poraussovellukseen.
