Prihláste sa na odber našich sociálnych médií a získajte rýchle príspevky
Úvod do laserového spracovania vo výrobe
Technológia laserového obrábania zaznamenala rýchly rozvoj a je široko používaná v rôznych oblastiach, ako je letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel, elektronika a ďalšie. Zohráva významnú úlohu pri zlepšovaní kvality výrobkov, produktivity práce a automatizácie a zároveň znižuje znečistenie a spotrebu materiálu (Gong, 2012).
Laserové spracovanie kovových a nekovových materiálov
Primárne využitie laserového spracovania v poslednom desaťročí bolo v kovových materiáloch vrátane rezania, zvárania a oplášťovania. Táto oblasť sa však rozširuje aj do nekovových materiálov, ako sú textílie, sklo, plasty, polyméry a keramika. Každý z týchto materiálov otvára príležitosti v rôznych odvetviach, hoci už majú zavedené techniky spracovania (Yumoto a kol., 2017).
Výzvy a inovácie v laserovom spracovaní skla
Sklo so širokým uplatnením v odvetviach ako automobilový priemysel, stavebníctvo a elektronika predstavuje významnú oblasť pre laserové spracovanie. Tradičné metódy rezania skla, ktoré zahŕňajú nástroje z tvrdých zliatin alebo diamantov, sú obmedzené nízkou účinnosťou a drsnými hranami. Naproti tomu laserové rezanie ponúka efektívnejšiu a presnejšiu alternatívu. To je obzvlášť zrejmé v odvetviach, ako je výroba smartfónov, kde sa laserové rezanie používa na kryty objektívov fotoaparátov a veľké obrazovky displejov (Ding a kol., 2019).
Laserové spracovanie vysokohodnotných druhov skla
Rôzne typy skla, ako napríklad optické sklo, kremenné sklo a zafírové sklo, predstavujú jedinečné výzvy kvôli svojej krehkej povahe. Pokročilé laserové techniky, ako napríklad femtosekundové laserové leptanie, však umožnili presné spracovanie týchto materiálov (Sun & Flores, 2010).
Vplyv vlnovej dĺžky na laserové technologické procesy
Vlnová dĺžka laseru významne ovplyvňuje proces, najmä pri materiáloch ako je konštrukčná oceľ. Lasery vyžarujúce v ultrafialovej, viditeľnej, blízkej a vzdialenej infračervenej oblasti boli analyzované z hľadiska ich kritickej hustoty výkonu pre tavenie a odparovanie (Lazov, Angelov a Teirumnieks, 2019).
Rôzne aplikácie založené na vlnových dĺžkach
Výber vlnovej dĺžky laseru nie je ľubovoľný, ale vo veľkej miere závisí od vlastností materiálu a požadovaného výsledku. Napríklad UV lasery (s kratšími vlnovými dĺžkami) sú vynikajúce na presné gravírovanie a mikroobrábanie, pretože dokážu vytvárať jemnejšie detaily. Vďaka tomu sú ideálne pre polovodičový a mikroelektronický priemysel. Naproti tomu infračervené lasery sú účinnejšie na spracovanie hrubších materiálov vďaka svojej schopnosti hlbšieho prenikania, vďaka čomu sú vhodné pre ťažké priemyselné aplikácie. (Majumdar & Manna, 2013). Podobne aj zelené lasery, ktoré zvyčajne pracujú s vlnovou dĺžkou 532 nm, nachádzajú svoje uplatnenie v aplikáciách vyžadujúcich vysokú presnosť s minimálnym tepelným vplyvom. Sú obzvlášť účinné v mikroelektronike pri úlohách, ako je vytváranie obvodov, v medicínskych aplikáciách pri postupoch, ako je fotokoagulácia, a v sektore obnoviteľných zdrojov energie pri výrobe solárnych článkov. Jedinečná vlnová dĺžka zelených laserov ich tiež robí vhodnými na značenie a gravírovanie rôznych materiálov vrátane plastov a kovov, kde je požadovaný vysoký kontrast a minimálne poškodenie povrchu. Táto prispôsobivosť zelených laserov podčiarkuje dôležitosť výberu vlnovej dĺžky v laserovej technológii, čím sa zabezpečujú optimálne výsledky pre špecifické materiály a aplikácie.
Ten/Tá/To525nm zelený laserje špecifický typ laserovej technológie, ktorý sa vyznačuje výraznou emisiou zeleného svetla s vlnovou dĺžkou 525 nanometrov. Zelené lasery s touto vlnovou dĺžkou nachádzajú uplatnenie pri fotokoagulácii sietnice, kde je ich vysoký výkon a presnosť výhodou. Sú tiež potenciálne užitočné pri spracovaní materiálov, najmä v oblastiach, ktoré vyžadujú presné spracovanie s minimálnym tepelným dopadom..Vývoj zelených laserových diód na substráte GaN v rovine c smerom k dlhším vlnovým dĺžkam v rozsahu 524 – 532 nm predstavuje významný pokrok v laserovej technológii. Tento vývoj je kľúčový pre aplikácie vyžadujúce špecifické vlnové charakteristiky.
Zdroje kontinuálnej vlny a laserové zdroje synchronizované s modelom
Pre solárne články so selektívnym emitorom s laserovým dopovaním sa zvažujú laserové zdroje s kontinuálnou vlnou (CW) a kvázi-CW laserové zdroje s synchronizovaným modelom na rôznych vlnových dĺžkach, ako je blízke infračervené žiarenie (NIR) pri 1064 nm, zelené žiarenie pri 532 nm a ultrafialové žiarenie (UV) pri 355 nm. Rôzne vlnové dĺžky majú vplyv na prispôsobivosť a účinnosť výroby (Patel a kol., 2011).
Excimerové lasery pre materiály so širokopásmovou medzerou
Excimerové lasery, pracujúce s UV vlnovou dĺžkou, sú vhodné na spracovanie materiálov so širokým zakázaným pásmom, ako je sklo a polymér vystužený uhlíkovými vláknami (CFRP), pričom ponúkajú vysokú presnosť a minimálny tepelný vplyv (Kobayashi a kol., 2017).
Nd:YAG lasery pre priemyselné aplikácie
Nd:YAG lasery sa vďaka svojej prispôsobivosti z hľadiska ladenia vlnovej dĺžky používajú v širokej škále aplikácií. Ich schopnosť pracovať pri vlnových dĺžkach 1064 nm aj 532 nm umožňuje flexibilitu pri spracovaní rôznych materiálov. Napríklad vlnová dĺžka 1064 nm je ideálna na hlboké gravírovanie kovov, zatiaľ čo vlnová dĺžka 532 nm poskytuje vysoko kvalitné povrchové gravírovanie plastov a potiahnutých kovov (Moon a kol., 1999).
→Súvisiace produkty：CW diódovo čerpaný laser v pevnej fáze s vlnovou dĺžkou 1064 nm
Vysokovýkonné zváranie vláknovým laserom
Pri zváraní kovov kľúčovým laserom sa používajú lasery s vlnovými dĺžkami blízkymi 1000 nm, ktoré majú dobrú kvalitu lúča a vysoký výkon. Tieto lasery efektívne odparujú a tavia materiály, čím vytvárajú vysoko kvalitné zvary (Salminen, Piili a Purtonen, 2010).
Integrácia laserového spracovania s inými technológiami
Integrácia laserového obrábania s inými výrobnými technológiami, ako je napríklad plátovanie a frézovanie, viedla k efektívnejším a všestrannejším výrobným systémom. Táto integrácia je obzvlášť prospešná v odvetviach, ako je výroba nástrojov a foriem a opravy motorov (Nowotny a kol., 2010).
Laserové spracovanie v rozvíjajúcich sa oblastiach
Aplikácia laserovej technológie sa rozširuje do rozvíjajúcich sa oblastí, ako je polovodičový, displejový a tenkovrstvový priemysel, pričom ponúka nové možnosti a zlepšuje vlastnosti materiálov, presnosť produktov a výkon zariadení (Hwang a kol., 2022).
Budúce trendy v laserovom spracovaní
Budúci vývoj v technológii laserového spracovania sa zameriava na nové výrobné techniky, zlepšovanie kvality výrobkov, výrobu integrovaných viacmateriálových komponentov a zvyšovanie ekonomických a procesných výhod. Patria sem rýchla laserová výroba štruktúr s kontrolovanou pórovitosťou, hybridné zváranie a laserové profilové rezanie plechov (Kukreja a kol., 2013).
Technológia laserového obrábania so svojimi rozmanitými aplikáciami a neustálymi inováciami formuje budúcnosť výroby a spracovania materiálov. Vďaka svojej všestrannosti a presnosti je nepostrádateľným nástrojom v rôznych odvetviach a posúva hranice tradičných výrobných metód.
Lazov, L., Angelov, N. a Teirumnieks, E. (2019). METÓDA PREDBEŽNÉHO ODHADU KRITICKEJ HUSTOTY VÝKONU V LASEROVÝCH TECHNOLOGICKÝCH PROCESOCH.ŽIVOTNÉ PROSTREDIE. TECHNOLÓGIE. ZDROJE. Zborník z medzinárodnej vedecko-praktickej konferencie. Odkaz
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A. a Bovatsek, J. (2011). Vysokorýchlostná výroba solárnych článkov so selektívnym emitorom a dopovaním laserom s použitím 532 nm kontinuálnych vĺn (CW) a modelovo synchronizovaných kvázi-CW laserových zdrojov.Odkaz
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017). DUV vysokovýkonné laserové spracovanie skla a CFRP.Odkaz
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J. a Kim, K.-S. (1999). Efektívne zdvojnásobenie frekvencie v dutine z difúzneho reflektorového diódového Nd:YAG laseru s bočným čerpaním a použitím KTP kryštálu.Odkaz
Salminen, A., Piili, H., & Purtonen, T. (2010). Charakteristika vysokovýkonného vláknového laserového zvárania.Zborník Inštitúcie strojných inžinierov, časť C: Časopis pre vedu o strojárstve, 224, 1019-1029.Odkaz
Majumdar, J. a Manna, I. (2013). Úvod do laserovej výroby materiálov.Odkaz
Gong, S. (2012). Výskum a aplikácie pokročilej technológie laserového spracovania.Odkaz
Yumoto, J., Torizuka, K. a Kuroda, R. (2017). Vývoj testovacieho zariadenia a databázy pre laserové spracovanie materiálov.Prehľad laserového inžinierstva, 45, 565-570.Odkaz
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j., & Hong, M. (2019). Pokroky v technológii monitorovania in-situ pre laserové spracovanie.SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica. Odkaz
Sun, H. a Flores, K. (2010). Mikroštrukturálna analýza laserom spracovaného objemového kovového skla na báze Zr.Hutnícke a materiálové transakcie A. Odkaz
Nowotny, S., Muenster, R., Scharek, S. a Beyer, E. (2010). Integrovaná laserová bunka pre kombinované laserové oplášťovanie a frézovanie.Automatizácia montáže, 30(1), 36 – 38.Odkaz
Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P. a Rao, BT (2013). Nové techniky laserového spracovania materiálov pre budúce priemyselné aplikácie.Odkaz
Hwang, E., Choi, J. a Hong, S. (2022). Nové laserové vákuové procesy pre ultrapresnú výrobu s vysokým výťažkom.Nanorozmery. Odkaz
Čas uverejnenia: 18. januára 2024