- Co je laserové vrtání?
- Jaké jsou aplikace laserového vrtání?
- Jak funguje proces laserového vrtání?
- Co jsou lasery Nd: YAG?
- Jak funguje vyloučení z taveniny?
- Jaké jsou faktory ovlivňující přední část taveniny a energii laseru vstřebávání?
Co je vrtání?
Vrtáním se rozumí metoda řezání používaná k výrobě otvoru majícího kulatý průřez v pevných látkách. Standardní vrták je obvykle rotační řezný nástroj vyrobený z houževnatých kovů. Jako alternativa ke standardní technice vrtání s použitím vrtáku je dnes k řešení průmyslových požadavků vynalezena různá pokročilá metodika.
Co je laserové vrtání?
Laserové vrtání označuje metodu formování průchozích otvorů, známou také jako „příklepem vyvrtané“ díry nebo „vyskočené“ díry pomocí laseru. Toho je dosaženo opakovaným zaostřováním vysoce výkonného pulzního laserového paprsku na materiál, jako je kov, slitina atd.
Otvory generované tímto procesem mohou mít průměr malý až 0.002 mikrometrů. Průměr otvorů lze podle potřeby zvětšit pohybem laseru po obvodu příklepu vyvrtaného otvoru. Tato metoda se nazývá „trepanning“.
Aplikace laserového vrtání:
- Laserové vrtání je technika, která je schopná vytvářet díry s vysokým poměrem stran nebo díry, které mají poměr hloubky k průměru mnohem větší než 10: 1.
- Otvory s vysokým poměrem stran vyvrtané pomocí laserů se používají pro řadu různých použití, jako jsou otvory pro chlazení turbínového motoru pro letecký průmysl, olejová galerie některých bloků motoru, mikroprůchodky na desce s plošnými spoji a komponenty laserové fúze.
- Výrobci turbínových motorů pro výrobu a pohon letadel velmi preferují použití laserů pro vrtání malých (majících průměr obvykle 0.3–1 mm) válcových otvorů na povrchu plechových, litých a obráběných součástí při teplotě 15– 90 °. Laserové vrtání může vytvářet díry ve velmi mělkých úhlech k povrchu materiálu, které mají rychlost 0.3 až 3 otvory za sekundu. To umožnilo vytvoření nových designů, včetně otvorů pro chlazení filmu pro snížení hluku, lepší palivovou účinnost a nižší emise CO a NOx.
- Vývoj v procesu použití laseru a řídicích technologií vedl ke značnému zvýšení počtu chladicích otvorů přítomných v turbínových motorech. Zvýšené používání laserem vyvrtaných otvorů závisí na řadě parametrů, jako je kvalita otvorů a rychlost vrtání.
Jak funguje proces laserového vrtání?
Válcové otvory jsou vrtány lasery obvykle procesem odpařování nebo ablace a tavení daného materiálu. K tomu dochází v důsledku absorpce energie poskytované zaostřeným laserovým paprskem. Tavení materiálu vyžaduje dodávku energie přibližně 25% energie potřebné k odpaření stejného objemu materiálu. Z tohoto důvodu je proces tavení často preferován před procesem odpařování.
Pro laserové vrtání lze použít tavení nebo odpařování v závislosti na několika faktorech. Doba trvání laserového pulzu a energie jsou důležitými určujícími faktory. Pokud se pro laserové vrtání používá laser Nd: YAG s přepínáním Q, dává se přednost odpařování nebo ablaci. Když se použije blesková trubice čerpaná laserem Nd: YAG, je upřednostňován proces vytlačování z taveniny, který vytváří díru tavením materiálu.
Laser Nd: YAG s Q přepínáním se obvykle dodává
- Rychlost úběru materiálu několik mikrometrů / puls,
- Špičkový výkon v rozmezí asi deseti až stovek MW / cm2.
- Doba pulzu v rozmezí několika nanosekund,
Na druhou stranu, laser Nd: YAG přečerpávaný lampou obvykle přichází s
- Doba trvání pulzu v rozsahu stovek mikrosekund až několika milisekund,
- Špičkový výkon v rozsahu sub MW / cm2.
- Rychlost úběru materiálu deset až stovky mikrometrů / puls.
Ablace a vyloučení z taveniny mohou současně existovat pro procesy obrábění každým laserem. K vypuzení taveniny dochází v důsledku rychlého nárůstu plynného tlaku nebo síly zpětného rázu uvnitř dutiny vytvořené odpařováním. Měla by se vytvářet roztavená vrstva a gradienty tlaku ovlivňující povrch z důvodu odpařování by měly být dostatečně velké, aby překročily bariéry síly povrchového napětí a vytlačily roztavený materiál z otvoru, aby mohlo dojít k vypuzení taveniny.
Jemné i hrubé vypouštění z taveniny lze zajistit jediným systémem, který se označuje jako „nejlepší z obou světů“. Jemné vytlačení z taveniny tvoří materiálové vlastnosti s velkou definicí stěny a malými tepelně ovlivněnými zónami. Zatímco hrubé vytlačení z taveniny je schopné rychle odstraňovat materiály bez větší přesnosti kvality a používá se při trepanování a vrtání s příklepem.
Špičková teplota velmi ovlivňuje funkci síly zpětného rázu. Síly povrchového napětí a zpětného rázu jsou stejné, když se hodnota TCr rovná kritické teplotě v případě vypuzení kapaliny. Například může dojít k vypuzení kapaliny z titanu, když teplota přesáhne 3780 K ve středu otvoru.
Co jsou lasery Nd: YAG?
Nd: YAG (neodymem dopovaný yttrium aluminiový granát) je krystalový lasingový střední krystal používaný běžně v pevnolátkových laserech. Atomy neodymu Nd(III) jsou třikrát ionizovány a působí jako dopant. Nd(III) dopující iont nahrazuje asi 1 % yttriových iontů v krystalové struktuře yttrium-hlinitého granátu (YAG). To je možné, protože tyto dva ionty jsou srovnatelné z hlediska velikosti. Podobně jako ionty červeného chrómu v rubínovém laseru, neodymový Nd(III) iont je zodpovědný za zajištění působení laseru v laseru. Nd: YAG laser.
Jak funguje vyloučení z taveniny?
Vyloučení z taveniny a tok vrstvy taveniny se získají pomocí hydrodynamických rovnic po zjištění tlaku par. Když je tlak páry dodáván na povrch bez kapaliny, dochází k vypuzování taveniny. Tím se roztavený materiál odhání v radiálním směru. Pro získání velmi jemného vypuzování taveniny je třeba přesně vypočítat tok toku taveniny, zejména rychlost toku taveniny na okraji otvoru.
Jaké jsou faktory ovlivňující přední stranu taveniny a absorpci laserové energie?
Koeficient absorpce energie laseru závisí hlavně na:
• Vlnová délka použitého laseru.
• Typ a složení cílového materiálu.
Když je intenzita laseru vysoká a doba trvání pulzu je krátká, je vidět, že stavové proměnné (včetně rychlosti ablace) materiálu na přední straně tavné páry zažívají diskontinuální změny napříč vrstvami materiálu.
Také čtení:
- Laserová fyzika
- Laserové chlazení
- Laserový mikrofon
- Laserové čištění
- Laser
- Vláknové lasery
- Laserové nanášení kovů
- Laserové leptání
- Svařování laserovým paprskem
- Excimerový laser
Ahoj, jsem Sanchari Chakraborty. Vystudoval jsem elektroniku.
Vždy rád zkoumám nové vynálezy v oblasti elektroniky.
Jsem horlivý student, v současné době investuji do oblasti aplikované optiky a fotoniky. Jsem také aktivním členem SPIE (Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku) a OSI (Optical Society of India). Moje články jsou zaměřeny na přiblížení kvalitních vědeckých výzkumných témat jednoduchým, ale informativním způsobem. Věda se vyvíjí od nepaměti. Takže se snažím nahlédnout do evoluce a představit ji čtenářům.
Pojďme se připojit