Meditsiini-, lennundus-, kosmose-, pooljuhtide- ja energiavaldkonna kiire arenguga suurenevad võtmekomponentide jõudlusnõuded pidevalt, mis on soodustanud töötlemistehnoloogia ja -seadmete arengut. Nendes valdkondades on komponentide lõiketehnoloogia valik toote kvaliteedi ja jõudluse seisukohalt ülioluline. Kuigi laialdaselt kasutatakse traditsioonilisi mehaanilisi lõikamise ja kõrgsurve vesilõikamise tehnoloogiaid, on laserlõikus järk-järgult muutumas esimeseks valikuks tänu oma eelistele töötlemise efektiivsuses, täpsuses ja keskkonnasõbralikkuses. Laserlõikamise tehnoloogia kiiritab materjali otse suure energiaga laserkiire kaudu, et saavutada ülitäpse ja suure tõhususega lõikamine. Samal ajal ei tekita see lõikamisprotsessi ajal ilmset füüsilist kontakti, vähendades seeläbi keskkonnareostust ja järgides rohelise tootmise kontseptsiooni.
Laserlõikamise tehnoloogia on näidanud oma paremust paljudes rakendusstsenaariumides. Näiteks meditsiinivaldkonnas on minu kodumaa sisenemas vananevasse ühiskonda suurenenud nõudlus intravaskulaarsete stentide järele ning turu kasvumäär on viimastel aastatel ületanud 20%. Laserlõikamistehnoloogial on oma suure täpsuse ja kohanemisvõime tõttu potentsiaali kasutada intravaskulaarse stendi töötlemisel laialdaselt. Traditsiooniline laserlõikamine võib aga mõnel juhul põhjustada materjali termilisi kahjustusi, mis moodustavad materjali pinnale pisikese saasta ja kuumusest mõjutatud kihi, mõjutades seeläbi materjali jõudlust ja kasutusiga. Nendest piirangutest ülesaamiseks on uuendusliku lõikamismeetodina välja kujunenud vesijuhitav laserlõikamise tehnoloogia. Laserlõikamisprotsessi ajal veevoolu sisseviimisega saab see tõhusalt vähendada termilisi kahjustusi ja parandada lõigatud materjali pinna kvaliteeti.
Mis on vesijuhitav laser
Veega juhitav laserlõikamise tehnoloogia on uuenduslik komposiittöötlemismeetod, mis kasutab laserkiire juhtimiseks veejuga, et töödeldav detail täpselt lõigata. Selle tehnoloogia tuumaks on vee ja õhu erinevate murdumisnäitajate kasutamine. Kui laserkiir on suunatud vee-õhu liidesele teatud nurga all ja kui langev nurk on väiksem kui täieliku peegelduse kriitiline nurk, peegeldub laserkiir täielikult ega tungi liidest, tagades sellega, et laser energiat piiratakse tõhusalt ja edastatakse veekiires.
Laserkiir fokusseeritakse esmalt kumera läätse abil ja seejärel läbib kvartsklaasist akna ühendatud veeõõnde. Teravustamisläätse ja nööpaugu otsiku vahelise kauguse peenreguleerimisega saab tagada, et laserfookus on täpselt düüsi ülemise pinna keskel. Seejärel siseneb laserkiir stabiilsesse veejoa, kus murdumisnäitaja erinevuse tõttu toimub täielik peegeldus – protsess, mis sarnaneb valguse levimisega optilises kius. Töötlemise käigus suunatakse fokuseeritud laserkiir kõrgsurveveekiirega ja edastatakse otse tooriku pinnale, saavutades tõhusad ja täpsed lõiketulemused.
Vesijuhitava laseri eelised
Veejoaga laserlõikamise tehnoloogia on uuenduslik töötlemismeetod, mis ühendab endas veejoad ja laserkiired. Seda on laialdaselt kasutatud täppis- ja mikrotöötluse valdkonnas. Võrreldes traditsioonilise laserlõikamisega on vesijuhitaval laserlõikamisel mitmeid unikaalseid eeliseid, mis muudavad selle teatud rakenduste puhul eriti heaks.
Esiteks on vesijuhtiva laserlõikuse eripäraks see, et see väldib termilisi kahjustusi. Tänu kõrgele temperatuurile võib traditsiooniline laserlõikamine kergesti põhjustada materjalide termilist deformatsiooni ja mikrostruktuuri kahjustusi. Vesijuhitava laserlõikamise korral jahutab väljapaiskuv veevool materjali tõhusalt laserimpulsi vahe ajal, mis vähendab oluliselt materjali termilist pinget ja võimaldab säilitada selle algsed füüsikalised ja keemilised omadused.
Teiseks on vesikiul töötamise ajal suur töökaugus ja see ei nõua laserkiire täpset fokusseerimist nagu traditsiooniline laserlõikus, mis tagab keeruka geomeetriaga materjalide töötlemisel suurema paindlikkuse. Veelgi enam, veevool ei toimi mitte ainult lõikamisprotsessi ajal jahutusvedelikuna, vaid eemaldab ka lõikamisprotsessi käigus tekkinud sulamaterjali, vähendades seeläbi oluliselt saasteainete sadestumist töötlemispiirkonnas, mis on eriti oluline kõrgetasemeliste töötlemiskeskkondade puhul. puhtuse nõuded.
Lisaks, kuna vesijuhitava laserlõikamisega saab saavutada ülitäpse materjali eemaldamise, sobib see tehnoloogia eriti hästi õhukeseseinaliste detailide töötlemiseks ning on täpsuse ja pinnakvaliteedi poolest parem traditsioonilistest lasertöötlusmeetoditest. Tehnoloogia pideva arenguga eeldatakse, et vesijuhitav laserlõikamine asendab traditsioonilise laserlõikuse rohkemates valdkondades ning muutub tõhusamaks ja keskkonnasõbralikumaks töötlemismeetodiks.
Vesijuhitava laserlõikuse tehnilised raskused ja arengusuunad
1. Laseri sumbumine veekiires: veejuga ja laserit ühendava täiustatud töötlemismeetodina on vesijuhitav laserlõikamistehnoloogia näidanud ainulaadset potentsiaali täppistootmises. Kuid laseri suure energiasummutuse tõttu vees piirab see selle tõhusust suure võimsusega rakendustes. Täpsemalt, veekiire suure võimsusega tiheduslaseril on mitmekordse hajumise ja neeldumise tõttu suur energiasummutus, mille tulemuseks on töötlemiskiiruse vähenemine. Näiteks 18 mm paksuste süsinikkiust komposiitmaterjalide lõikamisel on kiirus vaid 5 mm minutis, mis piirab suuresti selle tehnoloogia rakendamist paksude materjalide töötlemisel. Kuigi praegused uuringud on paljastanud laserülekande põhiprintsiibid vees, on selle sumbumise tõhus vähendamine endiselt tehniline probleem, mida tuleb lahendada. Tulevikus võidakse veekiirte asendamiseks välja töötada paremate valgusjuhtivate omadustega dielektrilisi materjale, parandades seeläbi lõikamise efektiivsust ja protsessi rakendatavust.
2. Veejoa miniaturiseerimise väljakutse: Vesijuhitava laserlõikamise tehnoloogia puhul mõjutab veejoa läbimõõt otseselt lõikamise täpsust ja laiust. Mikrotöötlustehnoloogia arenedes saab otsiku läbimõõtu vähendada 30 mikronini, saavutades nii ülitäpse lõikamise. Kuid veejugade edasine miniaturiseerimine seisab silmitsi mitmete tehniliste väljakutsetega, sealhulgas veekiire stabiilsus, efektiivne pikkus ja laserpunkti läbimõõdu juhtimine. Need probleemid ei mõjuta mitte ainult lõikamise efekti, vaid seavad ka kõrgemad nõuded seadmete projekteerimisele ja valmistamisele. Edasised uuringud võivad keskenduda düüsi disaini ja vedeliku dünaamika optimeerimisele, et veelgi parandada lõiketäpsust, säilitades samal ajal veejoa stabiilsuse.
3. Tehnilised nõuded düüsiava töötlemisele: Vesijuhitava laserlõikuse kõrge kvaliteedi tagamiseks on otsustava tähtsusega düüsiava projekteerimise ja valmistamise täpsus. Düüsiava seinapaksus peab olema äärmiselt õhuke, säilitades samal ajal ülitäpse ümaruse ja veevoolu mõjule vastu kitsenemise. Lisaks tuleb veekiire stabiilsuse ja konsistentsi tagamiseks kontrollida augu sisepinna karedust äärmiselt madalal tasemel. Need kõrge nõudlusega disainistandardid muudavad düüsiaukude töötlemise äärmiselt keeruliseks, eriti masstootmises. Järjepidevuse ja täpsuse säilitamine on töötleva tööstuse peamine väljakutse.
4. Ühenduse joondamise juhtimissüsteemi keerukus: vesijuhitavas laserlõikussüsteemis mõjutab laserkiire ja veekiire ühendamise ja joondamise täpsus otseselt lõikekvaliteeti. Kuigi praegu on kasutusele võetud ülitäpsed servoajami juhtimismehhanismid, ei ole laser- ja veekiire kiire ja täpse ühendamise probleem täielikult lahendatud. Ühenduse täpsuse parandamiseks on vaja kasutusele võtta täiustatud tuvastus- ja kalibreerimissüsteemid, nagu näiteks veekiire- ja laserfookusliidese tuvastamise süsteem, tooriku positsioneerimissüsteem jne. Nende süsteemide integreerimine ja optimeerimine on saavutamise võti. ülitäpne vesijuhitav laserlõikus.
5. Ebapiisavad süstemaatilised protsessiuuringud: kuigi vesijuhitav lasertehnoloogia on teoreetiliselt näidanud palju eeliseid, on protsesside juhtimisel praktilistes rakendustes endiselt palju väljakutseid. Praegu puudub tööstuses terviklik töötlemistehnoloogia ja hindamissüsteem, mistõttu on raske säilitada selliseid võtmenäitajaid nagu töötlemise tõhusus, täpsus ja materjali pinna terviklikkus. Selle protsessi uurimise puudumine muudab vesijuhitava laserlõikamise tehnoloogia kohanemisvõime erinevate materjalide ja paksuse tingimustes halvaks. Seetõttu on tulevikus vaja süstemaatilisi protsessiuuringuid, et luua kõikehõlmav protsessiparameetrite raamatukogu ja hindamisstandardid, et suurendada vesijuhitava lasertehnoloogia tööstusliku kasutamise potentsiaali.
