Лазер зүсэлт нь лазераар материалыг ууршуулж, ирмэгийг зүсэх технологи юм.Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд ихэвчлэн ашиглагддаг бол одоо сургууль, жижиг бизнес, архитектур, хоббичид ашигладаг.Лазер зүсэх нь өндөр хүчин чадалтай лазерын гаралтыг ихэвчлэн оптикоор дамжуулан чиглүүлдэг.Лазерын туяаг материал руу чиглүүлэхийн тулд лазер оптик ба CNC (компьютерийн тоон удирдлага) ашигладаг.Материалыг огтлох зориулалттай арилжааны лазер нь хөдөлгөөнийг хянах системийг ашиглан CNC эсвэл G кодыг дагаж материал дээр зүсэх загварыг ашигладаг.Төвлөрсөн лазер туяа нь материал руу чиглэгдэж, дараа нь хайлж, шатаж, ууршиж, эсвэл хийн урсгалаар хийсч[1] өндөр чанартай гадаргуутай ирмэгийг үлдээдэг.
Түүх
1965 онд анхны үйлдвэрлэлийн лазер хэрчих машиныг алмаазан хэвэнд цооног өрөмдөхөд ашигласан.Энэ машиныг Баруун цахилгаан инженерийн судалгааны төв хийсэн.[3]1967 онд Британи металлын лазерын тусламжтайгаар хүчилтөрөгчийн тийрэлтэт зүсэлтийг анхлан гаргажээ.[4]1970-аад оны эхээр энэ технологийг сансар огторгуйн хэрэглээнд зориулж титан хайчлах зорилгоор үйлдвэрлэлд нэвтрүүлсэн.Үүний зэрэгцээ CO2 лазер нь нэхмэл эдлэл зэрэг металл бус металлыг огтлоход тохирсон байсан, учир нь тухайн үед CO2 лазер нь металлын дулаан дамжуулалтыг даван туулах хангалттай хүч чадалгүй байв.[5]
Үйл явц
CNC интерфэйсээр програмчлагдсан хайчлах заавар бүхий гангийн үйлдвэрлэлийн лазер зүсэлт
Лазер туяа нь ерөнхийдөө ажлын бүсэд өндөр чанартай линз ашиглан төвлөрдөг.Цацрагийн чанар нь төвлөрсөн цэгийн хэмжээнд шууд нөлөөлдөг.Төвлөрсөн цацрагийн хамгийн нарийн хэсэг нь ерөнхийдөө 0.0125 инч (0.32 мм) диаметрээс бага байдаг.Материалын зузаанаас хамааран 0.004 инч (0.10 мм) хүртэл жижиг эргийн өргөн боломжтой.[6]Ирмэгээс өөр газраас зүсэж эхлэхийн тулд зүсэлт бүрийн өмнө цоолбор хийдэг.Цоолох нь ихэвчлэн өндөр хүчин чадалтай импульсийн лазер туяаг хамардаг бөгөөд жишээлбэл, 0.5 инч (13 мм) зузаантай зэвэрдэггүй гангаар 5-15 секундын дотор аажмаар нүх гаргадаг.
Лазерын эх үүсвэрээс гарч буй уялдаатай гэрлийн зэрэгцээ туяа нь ихэвчлэн 0.06-0.08 инч (1.5-2.0 мм) диаметртэй байдаг.Энэ туяа нь ихэвчлэн линз эсвэл толины тусламжтайгаар 0.001 инч (0.025 мм) маш жижиг цэг рүү чиглэж, эрчимжүүлж, маш хүчтэй лазер туяа үүсгэдэг.Контур хайчлах явцад аль болох гөлгөр өнгөлгөөнд хүрэхийн тулд контуртай бэлдэцийн захын дагуу дам нурууны туйлшралын чиглэлийг эргүүлэх шаардлагатай.Хуудас хайчлахад фокусын урт нь ихэвчлэн 1.5–3 инч (38–76 мм) байдаг.[7]
Механик зүсэлттэй харьцуулахад лазер зүсэлтийн давуу тал нь ажлын хялбар барих, ажлын хэсгийн бохирдлыг багасгах (материалаар бохирдох эсвэл материалыг бохирдуулах зүсэх ирмэг байхгүй тул).Процессын явцад лазер туяа элэгддэггүй тул нарийвчлал нь илүү сайн байж магадгүй юм.Мөн лазерын систем нь бага зэрэг халуунд өртдөг бүстэй тул зүсэж буй материалыг мушгих магадлал багасдаг.[8]Зарим материалыг уламжлалт аргаар огтлох нь маш хэцүү эсвэл боломжгүй байдаг.
Металлын лазер зүсэлт нь плазмын зүсэлтээс илүү нарийвчлалтай[9], хуудас металл зүсэх үед бага эрчим хүч зарцуулдаг давуу талтай;Гэсэн хэдий ч ихэнх үйлдвэрлэлийн лазерууд нь плазмаас илүү их металлын зузааныг огтолж чаддаггүй.Илүү өндөр хүчээр ажилладаг шинэ лазер машинууд (6000 ватт, эрт үеийн лазер зүсэгч машинуудын 1500 ваттын хүчин чадалтай харьцуулахад) зузаан материалыг зүсэх чадвараараа плазмын машинд ойртож байгаа боловч ийм машинуудын хөрөнгийн өртөг нь плазмынхаас хамаагүй өндөр байдаг. ган хавтан зэрэг зузаан материалыг огтлох чадвартай зүсэх машин.[10]
Төрөл
4000 ваттын CO2 лазер таслагч
Лазер огтлоход ашигладаг гурван үндсэн төрлийн лазер байдаг.CO2 лазер нь зүсэх, цоолох, сийлбэр хийхэд тохиромжтой.Неодим (Nd) ба неодим иттриум-хөнгөн цагаан анар (Nd:YAG) лазерууд нь загвараараа ижил бөгөөд зөвхөн хэрэглээний хувьд ялгаатай.Nd нь уйтгартай, эрчим хүч ихтэй боловч давталт багатай үед ашиглагддаг.Nd:YAG лазерыг маш өндөр хүч шаардлагатай газар, уйтгартай, сийлбэр хийхэд ашигладаг.CO2 болон Nd/Nd:YAG лазерыг гагнуурын ажилд ашиглаж болно.[11]
CO2 лазерыг ихэвчлэн хийн хольцоор гүйдэл дамжуулах (Тогтмол гүйдлийн өдөөлттэй) эсвэл радио давтамжийн энерги (RF-өөр өдөөгдсөн) ашиглан "шахдаг".RF арга нь шинэ бөгөөд илүү алдартай болсон.Тогтмол гүйдлийн загвар нь хөндий дотор электрод шаарддаг тул шилэн эдлэл, оптик дээр электродын элэгдэл, электродын материалыг бүрэх боломжтой.RF-ийн резонаторууд нь гадаад электродтой тул тэдгээр нь ийм асуудалд өртөмтгий байдаггүй.CO2 лазер нь титан, зэвэрдэггүй ган, зөөлөн ган, хөнгөн цагаан, хуванцар, мод, инженерийн мод, лав, даавуу, цаас зэрэг олон материалыг үйлдвэрлэлийн зүсэлт хийхэд ашигладаг.YAG лазерыг голчлон металл болон керамик эдлэлийг зүсэх, зурахад ашигладаг.[12]
Эрчим хүчний эх үүсвэрээс гадна хийн урсгалын төрөл нь гүйцэтгэлд нөлөөлдөг.CO2 лазерын нийтлэг хувилбарууд нь хурдан тэнхлэгийн урсгал, удаан тэнхлэгийн урсгал, хөндлөн урсгал, хавтан юм.Хурдан тэнхлэгийн урсгалын резонаторт нүүрстөрөгчийн давхар исэл, гели, азотын холимог нь турбин эсвэл үлээгчээр өндөр хурдтайгаар эргэлддэг.Хөндлөн урсгалтай лазерууд нь хийн хольцыг бага хурдтайгаар эргэлдүүлдэг тул илүү энгийн үлээгч шаардлагатай.Хавтан эсвэл диффузийн хөргөлттэй резонаторууд нь даралт ихсэх, шилэн эдлэл шаарддаггүй статик хийн талбайтай байдаг бөгөөд энэ нь турбин болон шилэн савыг солиход хэмнэлт гаргахад хүргэдэг.
Лазер генератор ба гадаад оптик (фокус линзийг оруулаад) хөргөх шаардлагатай.Системийн хэмжээ, тохиргооноос хамааран хаягдал дулааныг хөргөлтийн шингэнээр эсвэл шууд агаарт шилжүүлж болно.Ус нь ихэвчлэн хөргөгч эсвэл дулаан дамжуулах системээр дамжин эргэлддэг түгээмэл хэрэглэгддэг хөргөлтийн шингэн юм.
laser microjet нь импульсийн лазер туяаг нам даралтын усны тийрэлтэт онгоцонд холбосон усан тийрэлтэт чиглүүлэгч лазер юм.Энэ нь лазер туяаг бүхэлд нь дотоод тусгалаар дамжуулахын тулд оптик шилэн шиг усны тийрэлтэт туяаг ашиглах үед лазер зүсэх функцийг гүйцэтгэхэд ашиглагддаг.Үүний давуу тал нь ус нь хог хаягдлыг арилгаж, материалыг хөргөдөг.Уламжлалт "хуурай" лазер зүсэлттэй харьцуулахад нэмэлт давуу тал нь шоо зүсэх өндөр хурд, зэрэгцээ зүсэлт, бүх чиглэлтэй зүсэлт юм.[13]
Шилэн лазер нь металл хайчлах салбарт хурдацтай хөгжиж буй хатуу төлөвт лазерын төрөл юм.CO2-аас ялгаатай нь Fiber технологи нь хий эсвэл шингэнээс ялгаатай нь хатуу орцыг ашигладаг."Үрийн лазер" нь лазер туяа үүсгэдэг бөгөөд дараа нь шилэн шилэн дотор олшруулдаг.Зөвхөн 1064 нанометр долгионы урттай шилэн лазер нь маш жижиг толбо үүсгэдэг (CO2-тай харьцуулахад 100 дахин бага) нь цацруулагч металл материалыг огтлоход тохиромжтой.Энэ нь СО2-той харьцуулахад Fiber-ийн гол давуу талуудын нэг юм.[14]
Шилэн лазер таслагчийн давуу талууд нь: -
Хурдан боловсруулах хугацаа.
Эрчим хүчний зарцуулалт, төлбөр багассан - үр ашгийг нэмэгдүүлснээр.
Илүү найдвартай, гүйцэтгэлтэй - тохируулах, тохируулах оптик байхгүй, солих чийдэн байхгүй.
Хамгийн бага засвар үйлчилгээ.
Зэс, гууль зэрэг өндөр тусгалтай материалыг боловсруулах чадвартай
Өндөр бүтээмж – үйл ажиллагааны зардал багасах нь таны хөрөнгө оруулалтаас илүү их өгөөж өгдөг.[15]
Арга зүй
Лазер ашиглан огтлох олон янзын аргууд байдаг бөгөөд өөр өөр төрлийн материалыг огтлоход ашигладаг.Зарим аргууд нь ууршуулах, хайлуулж, үлээлгэх, хайлмалаар цохих ба шатаах, дулааны стрессийн хагарал, зураас, хүйтэн зүсэх, шатаах тогтворжуулсан лазер зүсэлт юм.
Ууржуулах зүсэлт
Ууршилтыг огтлох үед төвлөрсөн цацраг нь материалын гадаргууг галын цэг хүртэл халааж, гол нүх үүсгэдэг.Түлхүүрийн нүх нь шингээх чадварыг огцом нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд нүхийг хурдан гүнзгийрүүлдэг.Нүх гүнзгийрч, материал буцалгах тусам үүссэн уур нь хайлсан ханыг элэгдэн гадагшлуулж, нүхийг улам томруулдаг.Мод, нүүрстөрөгч, термосет хуванцар гэх мэт хайлдаггүй материалыг ихэвчлэн энэ аргаар зүсдэг.
Хайлж, үлээлгэ
Хайлуулж үлээлгэх буюу хайлуулж зүсэх нь хайлсан материалыг зүсэх хэсгээс үлээхийн тулд өндөр даралтын хий ашигладаг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний хэрэгцээг ихээхэн бууруулдаг.Эхлээд материалыг хайлах цэг хүртэл халааж, дараа нь хийн тийрэлтэт бодис нь хайлсан материалыг ирмэгээс гадагшлуулж, материалын температурыг цаашид нэмэгдүүлэх шаардлагагүй болно.Энэ процессоор зүсэгдсэн материал нь ихэвчлэн металл байдаг.
Дулааны стрессийн хагарал
Хэврэг материал нь дулааны хугаралд онцгой мэдрэмтгий байдаг бөгөөд энэ онцлог нь дулааны хүчдэлийн хагаралд ашиглагддаг.Цацраг нь гадаргуу дээр төвлөрч, орон нутгийн халаалт, дулааны тэлэлт үүсгэдэг.Үүний үр дүнд хагарал үүсч, дараа нь цацрагийг хөдөлгөж чиглүүлж болно.Хагарлыг м/с-ийн дарааллаар хөдөлгөж болно.Энэ нь ихэвчлэн шил огтлоход хэрэглэгддэг.
Цахиур ялтсуудыг нууцаар зүсэх
Нэмэлт мэдээлэл: Өрөөн зүслэг
Хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд бэлтгэсэн микроэлектрон чипийг цахиур хавтанцараас салгах нь долгионы урт (1064 нм) нь электроникийн долгионд сайн зохицсон импульсийн Nd:YAG лазераар ажилладаг үл үзэгдэх шоо дөрвөлжингийн процессоор хийгдэж болно. цахиурын зурвасын завсар (1.11 эВ буюу 1117 нм).
Реактив зүсэлт
Мөн "шатаах тогтворжуулсан лазер хийн хайчлах", "дөл огтлох" гэж нэрлэдэг.Реактив зүсэлт нь хүчилтөрөгчийн бамбар огтлохтой адил боловч гал асаах эх үүсвэр нь лазер туяатай байдаг.Ихэвчлэн 1 мм-ээс дээш зузаантай нүүрстөрөгчийн ганг огтлоход ашигладаг.Энэ процессыг харьцангуй бага лазерын хүчээр маш зузаан ган хавтанг огтлоход ашиглаж болно.
Хүлцэл ба гадаргуугийн өнгөлгөө
Лазер зүсэгч нь 10 микрометрийн байршлын нарийвчлал, 5 микрометрийн давтагдах чадвартай.[ишлэл шаардлагатай]
Стандарт барзгар байдал Rz нь хуудасны зузаан нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, харин лазерын хүч болон зүсэх хурдаар буурдаг.800 Вт лазерын чадалтай бага нүүрстөрөгчийн ган зүсэх үед стандарт барзгар байдал Rz нь хуудасны зузаан нь 1 мм-ийн хувьд 10 мкм, 3 мм-ийн хувьд 20 мкм, 6 мм-ийн хувьд 25 мкм байна.
{\ displaystyle Rz = {\ frac {12.528 \ cdot S ^ {0.542} {P ^ {0.528} \ cdot V ^ {0.322}}}} {\ displaystyle Rz = {\ frac {12.528 \ cdot S ^ {0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Үүнд: {\displaystyle S=}S= ган хуудасны зузаан мм;{\displaystyle P=}P= кВт дахь лазерын хүч (зарим шинэ лазер таслагч нь 4 кВт лазерын чадалтай);{\displaystyle V=}V= минутанд метрээр зүсэх хурд.[16]
Энэ процесс нь ихэвчлэн 0.001 инч (0.025 мм) хүртэл маш ойрхон хүлцлийг барих чадвартай.Хэсгийн геометр болон машины механик бат бөх байдал нь хүлцэх чадвараас ихээхэн хамаардаг.Лазер туяагаар зүссэний үр дүнд үүссэн ердийн гадаргуугийн өнгөлгөө нь 125-аас 250 микроинч (0.003 мм-ээс 0.006 мм) хооронд хэлбэлзэж болно.[11]
Машины тохиргоо
Хос тавиуртай нисдэг оптик лазер
Нисдэг оптик лазер толгой
Аж үйлдвэрийн лазер хайчлах машин нь ерөнхийдөө гурван өөр тохиргоотой байдаг: хөдөлгөөнт материал, эрлийз, нисдэг оптик систем.Эдгээр нь лазер туяаг зүсэх эсвэл боловсруулах материал дээр шилжүүлэх арга замыг хэлнэ.Энэ бүхний хувьд хөдөлгөөний тэнхлэгүүдийг ихэвчлэн X ба Y тэнхлэгээр тодорхойлдог.Хэрэв зүсэх толгойг удирдах боломжтой бол түүнийг Z тэнхлэг гэж тэмдэглэнэ.
Хөдөлгөөнт материалын лазерууд нь хөдөлгөөнгүй зүсэх толгойтой бөгөөд доор нь материалыг хөдөлгөдөг.Энэ арга нь лазер үүсгэгчээс ажлын хэсэг хүртэлх тогтмол зайг хангаж, зүсэх хаягдал усыг зайлуулах нэг цэгийг өгдөг.Энэ нь цөөн тооны оптик шаарддаг боловч ажлын хэсгийг хөдөлгөхийг шаарддаг.Энэ загварын машин нь хамгийн бага цацраг дамжуулах оптиктай байдаг ч хамгийн удаан байдаг.
Гибрид лазерууд нь нэг тэнхлэгт (ихэвчлэн X-тэнхлэг) хөдөлж, толгойг богино (Y) тэнхлэгийн дагуу хөдөлгөдөг хүснэгтийг өгдөг.Энэ нь нисдэг оптик машинаас илүү тогтмол цацраг дамжуулах замын уртыг бий болгодог бөгөөд туяа дамжуулах системийг илүү хялбар болгох боломжийг олгодог.Энэ нь дамжуулах систем дэх эрчим хүчний алдагдлыг бууруулж, нисдэг оптик машинтай харьцуулахад ватт тутамд илүү хүчин чадалтай болно.
Нисдэг оптик лазерууд нь суурин ширээ, зүсэх толгойтой (лазер туяатай) бөгөөд энэ нь ажлын хэсэг дээр хэвтээ хэмжээсээр хөдөлдөг.Нисдэг оптик таслагч нь боловсруулалтын явцад ажлын хэсгийг хөдөлгөөнгүй байлгадаг бөгөөд ихэвчлэн материалыг хавчих шаардлагагүй байдаг.Хөдөлгөөнт масс нь тогтмол байдаг тул ажлын хэсгийн янз бүрийн хэмжээ нь динамик байдалд нөлөөлдөггүй.Нисдэг оптик машинууд нь хамгийн хурдан төрөл бөгөөд нимгэн бэлдэцийг огтлоход давуу талтай.[17]
Нисдэг оптик машинууд нь ойрын талбайн (резонаторын ойролцоо) огтлолтоос алслагдсан талбайн (резонатороос алслагдсан) зүсэлт хүртэлх туяаны уртын өөрчлөлтийг харгалзан үзэхийн тулд зарим аргыг ашиглах ёстой.Үүнийг хянах нийтлэг аргууд нь коллимац, дасан зохицох оптик эсвэл тогтмол урттай тэнхлэгийг ашиглах явдал юм.
Таван ба зургаан тэнхлэгтэй машинууд нь үүссэн ажлын хэсгүүдийг огтлохыг зөвшөөрдөг.Нэмж дурдахад лазер туяаг хэлбэрийн ажлын хэсэг рүү чиглүүлэх, фокусын зөв зай, хошууны зөрүүг хадгалах гэх мэт янз бүрийн аргууд байдаг.
Судасны цохилт
Богино хугацаанд өндөр чадалтай эрчим хүчийг өгдөг импульсийн лазерууд нь лазер зүсэх зарим процессуудад, ялангуяа цоолоход эсвэл маш жижиг нүх эсвэл маш бага зүсэх хурд шаардлагатай үед маш үр дүнтэй байдаг, учир нь хэрэв тогтмол лазер туяа ашигласан бол дулаан нь огтолж буй хэсгийг бүхэлд нь хайлах цэгт хүрч болно.
Ихэнх аж үйлдвэрийн лазерууд нь NC (тоон удирдлага) программын удирдлага дор CW (тасралтгүй долгион) импульс эсвэл таслах чадвартай байдаг.
Давхар импульсийн лазер нь материалыг зайлуулах хурд болон нүхний чанарыг сайжруулахын тулд хэд хэдэн импульсийн хосыг ашигладаг.Үндсэндээ эхний импульс нь гадаргуугаас материалыг зайлуулж, хоёр дахь нь гадагшлуулах бодисыг нүхний хажуу эсвэл зүслэгт наалдахаас сэргийлдэг.[18]
Шуудангийн цаг: 2022 оны 6-р сарын 16