Импульсная технология лазерной обработки материалов

Когда речь заходит о лазерных технологиях, в первую очередь вспоминают об их применении в автомобилестроении и машиностроении. В этих сферах в дело идут CO2 лазеры непрерывного режима. Но набирают популярность и волоконные. Кроме того, есть менее популярные системы с импульсивными лазерами, которые немного уступают по количеству использований перед другими.

Системы с импульсивными лазерами имеют широкий спектр применения: атомная, авиационная, космическая и судостроительная промышленности, оборонное производства, медицина и др. Кроме энергетических особенностей, в данных системах использую другие свойства излучения: возможность распределения энергии во времени, спектральную селективность и многое другое. Средняя мощность лазеров в таких установках - 500 ватт, пиковатт - до десятков мегаватт. Излучение может быть сгенерировано в ближнем инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Свой лазер для каждой операции

Импульсные агрегаты применяются во многих отраслях: резка, сварка, маркировка, наплавка, гравировка, обработка особо твердых материалов, прошивка отверстий, скрайбирование и прочее. Это обусловлено тем, что при данной технологии вся энергия уходит на взаимодействие с обрабатываемым материалом, а не на привычный нагрев объекта - то есть тепло не успевает уйти из зоны работы. Изменяя длительность воздействия, можно добиться многого: изменение структуры материала, расплав, разрыв межмолекулярных связей и т.д.

Область изменения рабочих параметров лазеров довольно широкая (см. таблицу). Не следует забывать, что при решении различных задач необходимо использовать различные системы для позиционирования луча на поверхности детали. К примеру, для сварки достаточным будет использование точности позиционирования 50 - 100 мкм, а для микрообработки 1-3 мкм. Таким образом, для различных задач следует использовать различные лазеры, кинематические системы и модули, которые обладают оптимальными для их решения параметрами.

На рынке в России представлена продукция зарубежных и импортных компаний. При этом лидируют по продажам именно отечественные устройства, так как они имеют высокий технический уровень и низкую стоимость, которая значительно ниже западных аналогов.

Типовые параметры лазерного излучения, необходимые для выполнения различных технологических задач

Параметры

Сварка

Резка, Гравировка

Маркировка

Микрообработка

Длина волны излучения, мкм

1

1

1

0,2 – 1

Средняя мощность, Вт

10 – 500

100 – 500

до 50

до 50

Энергия импульса, Дж

до 100

до 2

до 0,01

до 0,2

Длительность импульса, сек.

10 – 2

10 – 3

10 – 8

10 – 2 / 10 - 15

Частота повторения импульсов, Гц

1 – 50

50 – 1000

1000 – 50000

102 / 108

Диаметр пятна, мм

0,3 – 2

0,1 – 0,4

0,05 – 0,1

0,01 – 0,05

Почти у всех моделей, предлагаемых на нашем рынке, для резки и сварки используют Nd:YAG-лазеры с ламповой накачкой. Вариаций множество: от ручного сварщика до машины с огромным количеством опций. В ЛТК для маркировки используют три типа Nd:YAG – с диодной накачкой, с ламповой накачкой и волоконные. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества, то есть они не заменяют друг друга, а дополняют. Лазерные технологии позволяют осуществить большой спектр задач: сверление сверхмалых отверстий, формообразование, размерная обработка, фрезерование и др.

Для решения широкого спектра задач уже недостаточно традиционных лазерных комплексов. Необходимо создавать комплексы с лазерами нового поколения, которые генерируют световые импульсы в ИК (повышенной яркости), УФ и видимых диапазонах. Также важна разработка технологии микрообработки. Идеальным решением будет точное машиностроение и современная техника. В современных комплексах используется успешный опыт различных отраслей промышленности. Исходя из этого можно понять, что в любой стране темпы роста лазерных технологий отражают статус, технологическое положение и мощь страны в современном мире, и является показателем успешного развития её экономики.