Zobrazení:60 Autor:Editor webu Čas publikování: 2019-01-18 Původ:Stránky
Vzhled spolehlivých laserových diod způsobil revoluci v technologii vysokovýkonných pevnolátkových laserů několika způsoby.Původní myšlenka, která je téměř tak stará jako diodové lasery a opticky čerpané pevnolátkové lasery a mezi které patří jiné vedly k vývoji vysoce výkonných laserových diod, jmenovitě k jejich použití jako čerpacího zdroje pro pevnolátkové lasery13, se stalo skutečností na konci století: na trhu jsou dostupné diodové tyčové lasery v rozsahu kW místo jako průmyslové výrobky.Kromě toho se však mezitím objevily nové diodově čerpané pevnolátkové lasery, které nemají klasický, tj. lampou čerpaný protějšek.Takové typy laserů, které jsou výhradně (nebo alespoň s výhodou a efektivně pouze) možné při použití laserových diod jako zdroje pumpy, jsou např. diskový laser a vláknový laser, které nyní vstupují na trh zpracování materiálů.Dále má technologie diodového laseru sama o sobě vyvinuty do tak vysokého výkonu a kvality, že pro zpracování materiálů lze použít i přímé diodové lasery.
Laserové působení na GaAs nebo GaAsP laserové diody při kryogenních teplotách bylo prokázáno již v roce 196214. To, co začalo jako fyzikální kuriozita jako základ pro extrémně drahé lasery s velmi krátkou životností, je dnes základ pro velmi dlouhodobé a levné laserové zdroje pokrývající největší trh laserových zdrojů o objemu 3,10 mil.USD v roce 200615: Lví podíl na dnešním trhu s diodovými lasery souvisí s aplikacemi s poměrně nízkým výkonem v telekomunikační a optické úložiště, ale tato technologie má také velmi silný dopad na zpracování materiálů pomocí vysokovýkonných laserů.Pečlivé zkoumání krystalických struktur, podrobné pochopení mechanismů poruch a k tomuto úspěchu vedlo značné zlepšení výrobních procesů.Nicméně, i když sofistikované koncepce chlazení umožňují zvýšení výkonu daleko nad rámec telekomunikačních požadavků, emise jediného emitoru stále zůstávají omezena na několik wattů (při rozumné životnosti).Proto je několik emitorů kombinováno v jednom monolitickém prvku zvaném laserová lišta, který je poté namontován na mikrokanálový chladič pro účinné chlazení16;až 120 W jsou a typický výkon komerční tyče, ale z posledních laboratorních experimentů bylo hlášeno více než 500 W17.Pro kolimaci vysoce divergentního paprsku se používají asférické válcové mikročočky.Brilantnost je však omezená kvůli omezení kvality paprsku jednotlivých zářičů a zejména kvůli jejich nekoherentní vazbě18.
Původním a dodnes nejčastěji používaným tvarem aktivního média ve vysokovýkonném pevnolátkovém laseru (Nd:YAG) je válcová tyč;ve vysokovýkonném laseru má tato tyč obvykle průměr 4 až 8 mm, délku 150 až 200 mm a buzení se provádí kryptonovými obloukovými výbojkami.I když byl tento typ pevnolátkového laseru v posledních letech nejprominentnějším pevnolátkovým laserem, má dvě systémové nevýhody: Za prvé, životnost kryptonového oblouku. žárovky jsou poměrně krátké – pouze několik stovek hodin – a proto vyžadují častou výměnu.Zadruhé a ještě závažnější, jen velmi malý zlomek světla dodávaného z kryptonových obloukových lamp se ve skutečnosti používá k čerpání laserový proces;zbytek generuje teplo a tím plýtvá energií a způsobuje problémy, zejména vytváří efekt tepelné čočky.Diodovým čerpáním se lze těchto problémů zbavit: laserové diody poskytují dlouhou životnost více než 10000 hodin a jejich emisní vlnová délka může být přesně přizpůsobena absorpčnímu vrcholu aktivního materiálu, 808 nm v případě krystalu Nd:YAG.Snížené tepelné zatížení krystalu umožňuje vyšší výkon jedné tyče poskytuje lepší kvalita paprsku: obvykle jsou tyčové lasery s diodovým čerpadlem v (multi-)kilowattovém rozsahu specifikovány s parametrem paprsku productc) 飞12 mm mrad, zatímco tyčové lasery s čerpadlem lampy vykazují přibližně 25 mm mrad.Proto menší průměry vláken (typicky 300 µm).Kromě toho je pro tyto lasery charakteristická účinnost zástrčky 10 % ve srovnání s přibližně 3 % u zařízení s výbojkou.Typický vysoce výkonný diodový tyčový laser je znázorněn na obr. 15. Tento laser je špičkový model v řadě od 500 W do 4 kW a je vybaven osmi laserovými komorami.
Kromě skutečnosti, že již existující aplikace jako řezání a svařování měkké oceli a nerezové oceli by mohly být rozšířeny na větší tloušťku materiálu nebo vyšší rychlost, zvýšení hustoty výkonu, kterého lze dosáhnout diodový tyčový Nd:YAG laser vedl také ke schopnosti řezat a svařovat materiály, které byly dříve jen těžko dostupné, jako např. zejména slitiny na bázi hliníku.To je znázorněno na obr. 16, kde jsou svařovací křivky pro AlMg3 (5457) s laserem ROFIN DP 040 (viz obr. 15).
15: ROFIN DP040HP – dioda čerpaná Obr tyčový laser s výstupním výkonem 4 kW Obr. 16: Svařovací křivky pro svařování AlMg3 o tloušťce 8 mm se 4 kW diodovým čerpadlem Nd:YAG laseru
Jako laboratorní prototyp založený na výše popsané řadě ROFIN DP byl použit tyčový diodový pumpovaný Nd:YAG laser s výstupním výkonem max.8 kW byl realizován ve spolupráci s Fraunhofer Institute for Laser Technology v Cáchách, Německo.Cílem projektu je získat lepší porozumění pro zpracování vysoce výkonných materiálů v rozsahu vlnových délek 1 µm.Záření laseru o výkonu 8 kW bylo do pracovních stanic dodáváno vlákny s průměrem jádra 600 µm a délkou až 50 m.
Řezání nerezové oceli bylo provedeno pro materiály o tloušťce mezi 4 a 10 mm.Maximální rychlost, které bylo možné dosáhnout pro řezy bez oxidů, byla 2,5 m/min;dosáhnout této rychlosti s CO2 laserem asi o 20 % vyšší i přes vynikající kvalitu paprsku je vyžadován výkon19.Svařovací pokusy mají byly provedeny na nerezové oceli a měkké oceli v rozsahu tloušťky mezi 6 a 10 mm.V těchto experimentech byl rozpoznán neočekávaně silný oblak páry během svařování.Dostatečné potlačení vlečky by mohlo nelze dosáhnout běžnými standardními tryskami bez narušení svarové lázně.Důležitým úkolem tedy bylo vyvinout speciální trysku, která by dokázala účinně potlačit oblak na jedné straně, ale opustit svarovou lázeň nerušeně na druhé.Ukázalo se, že úspěšná nová konstrukce trysky problém vyřešila: Obr. 17 ukazuje skutečné výsledky svařování pro měkkou ocel a nerezovou ocel.Další zkoumání oblaku páry, zejména interakcemezi oblakem musí být laserové záření a tok procesního plynu dále prozkoumány a dále otevírají potenciál vysokovýkonných pevnolátkových laserů.
Obr. 17: Svařování s 8 kW v pevné fázi
Byl vyvinut vysoce výkonný Q-spínaný Nd:YAG laser (ROFIN DQx80S), který byl spuštěn speciální aplikací, konkrétně odstraňováním kontaminace listí ze železničních tratí20.Znečištění listů vytváří především dva problémy, které ovlivňují bezpečnost vlakového systému: nízká adheze kol způsobující problémy s brzděním a zrychlením a rušení elektrických kolejových obvodů souvisejících s bezpečností.Bylo zjištěno, že laserová ablace je procesem volby účinné odstranění této vrstvy.Jak známo, laserová ablace potřebuje krátké pulzy v rozsahu několika deseti nanosekund.Dosud se tedy používaly především excimerové lasery;laserové systémy pro tuto aplikaci však musí být jezdí ve vlacích, excimerové lasery byly mimo jiné vyloučeny z bezpečnostních důvodů.Byl požadován průměrný výkon asi 1 kW, protože průměrný výkon určuje rychlost odstraňování kontaminantu a minimální průměrný vlak pro ekonomické využití metody je třeba dosáhnout rychlosti cca 70 km/h.Na základě konstrukce diodového pumpovaného tyčového laseru popsaného výše byla realizována jednotka Nd:YAG s Q-switched, která poskytuje průměrný výkon 800 W v režimu Q-switch v pulzy asi 38 ns a při frekvenci opakování od 6 do až 15 kHz.Energie je dodávána přes 800 µm vlákno do speciální pracovní hlavy, která tvoří liniové ohnisko s šířkou stopy a délkou,Proč.ze SPIE sv.6735 67350T-7 který zajišťuje překrývající se impulsy i při nejvyšší rychlosti vlaku, aby bylo možné provést úplné čištění kolejí;pracovní hlavy jsou namontovány pod vagónem 'úklidového vlaku'.Systém byl úspěšně testován a splňuje technické požadavky a ekonomické požadavky.Zde popsaný laser je podle našich nejlepších znalostí nejsilnějším dostupným komerčním laserem s Q-spínačem.Aplikace se mohou objevit v oblasti odstraňování nátěrů, čištění povrchů, vysokorychlostního strukturování, zejména pro solární články a další.
V podélně (nebo na konci) čerpaných laserech v pevné fázi je záření čerpadla poskytováno podél optického rezonátoru přes koncové zrcadlo laseru.Čerpání v této geometrii je samozřejmě možné pouze při kvalitě paprsku čerpadla zdroj je dostatečně dobrý, takže světlo pumpy může být účinně připojeno k laserové tyči.Koncept je tedy proveditelný pouze s (diodovým) laserovým čerpáním;pravoúhlé vysoce astigmatické vyzařování diodových tyčí musí být přeskupeno zapadají do kruhového tvaru tyče.Na rozdíl od konceptu bočního čerpání v takové konfiguraci může být čerpaná oblast přizpůsobena modálnímu objemu rezonátoru, a tak může být velmi účinný laserový zdroj s vysokou kvalitou paprsku být realizován.Diodové čerpání kvalifikuje i jiné laserové aktivní materiály než dobře známý Nd:YAG krystal pro lasery: koncové čerpané lasery často používají Nd:YVO4 (Yttrium-Vanadate), který má mimo jiné širší absorpční pásmo pro 808 nm záření diod a tím je méně citlivé na teplotní posun nebo stárnutí diod.Kvalita dálkového paprsku (základní režim) a konfigurace krátkého rezonátoru koncepce koncového čerpání, jakož i krátké fluorescenční životnost Nd:YVO4 činí z této sestavy preferovanou kombinaci pro generování krátkých pulzů Q-spínače a také pro konverzi frekvence.
Typické aplikace pro takové lasery jsou v oblasti vysoce přesného značení a vysoce přesného obrábění.Typickým a velmi reprezentativním příkladem aplikace značení tímto laserem je generace čipových karet, znázorněná v Obr. 18: Vysoký špičkový výkon pulsu a vysoká opakovací frekvence laseru zkracuje dobu tisku pro mnoho aplikací.Lasery ROFIN pro tuto aplikaci využívají inovativní software ve stupních šedi umožňující různé intenzity pro jednotlivé laserové pulsy.Zobrazování ve stupních šedi umožňuje snížit počet bitů v daném obrázku, což výrazně zkracuje dobu označení ve srovnání s konvenčními černobílými obrázky a poskytuje vysoce kvalitní fotografie. tisk.
Příkladem odstraňování tenkého filmu je strukturování materiálu solárních článků: Průhledná elektroda, typicky vyrobená z oxidu india a cínu, musí být strukturována do pruhů s co nejužšími oddělovacími čarami, jako je jejich plocha. vedení se ztrácí pro přeměnu energie a tím ovlivňuje účinnost solárního článku.Řádky o šířce pouhých 10 µm a lze je psát rychlostí až 1000 mm/s.Pro další aplikaci úplné odstranění řed fólie na solárních článcích.Laser může provádět tento úkol rychlostí 5 cm²/s.
Jedním z omezujících faktorů pro lasery tyčového typu z hlediska kvality paprsku, i když je použito čerpání diod, je 'efekt tepelné čočky'.Jeden nápad, jak obejít, který byl publikován v roce 1994 A.Giesen et.al.21, který navrhl použít tenk disk (o tloušťce asi 150 až 300 µm a průměru asi 7 mm) jako laserové médium.Tento tenký kotouč je namontován na chladič svou zadní stranou a tím je chlazen v axiálním směru, čímž se zabrání radiálnímu teplotnímu gradientu.Tak jako v tomto případě je použit aktivní materiál Yb:YAG, který mimo jiné umožňuje mnohem vyšší úrovně dopingu (až 30 %) než Nd-doping;vysoké úrovně dopingu jsou pro tuto technologii důležité jako objem, kde je extrahováno laserové světlo je mnohem menší než v případě tyčového typu.Čerpání je samozřejmě prováděno diodami, jejichž vlnová délka je naladěna na hlavní absorpci krystalu Yb:YAG (940 nm);protože ne všechno světlo čerpadla může být absorbováno jednou cestou a je realizována konfigurace více průchodů.Navíc je kvantový defekt v systému Yb:YAG mnohem menší než v případě Nd:YAG, což vede k dalšímu snížení tepelné zátěže.Z těchto důvodů došlo k dalšímu zlepšení oproti Očekává se, že diodové tyčové lasery s čerpadlem a ve skutečnosti lze dosáhnout 7 mm mrad v typickém nastavení kotoučového laseru.Na současně je dosaženo vyšší účinnosti, která je až 50 % z optiky na optiku, což vede k účinnosti zástrčky kolem 20 %!
V dnešní době jsou vysokovýkonné diskové lasery dodávány od 750 W (ROFIN DSx75HQ) z jednoho disku se 150 µm vláknem až do výkonu 3 kW (ROFIN DS030HQ) ze dvou disků a 200 µm vlákna (použité NA=0,12).Svařovací křivky pro laser 1,5 kW a pro dva různé průměry ohniska (100 µm a 300 µm) jsou znázorněny na obr. 19 pro svařování nerezové oceli ve srovnání s CO2-deskovým laserem (ROFIN DC015, viz kapitola 2.1).Výhoda kotoučového laseru pro tenký materiál je jednoznačná viditelné.
Příkladem pro průmyslové použití je svařování pouzdra baterie z nerezové oceli 1.4301 (obr. 20);s příkonem 700 W a bodovým průměrem 100 µm lze díl perfektně svařovat rychlostí 5 m/min pod He atmosférou.
Kotoučový laser je samozřejmě také vhodný pro řezání: 0,5 mm (4 mm) silné nerezové fólie byly řezány výkonem 1,5 kW při rychlosti 40 m/min (2 m/min);řezání měkké oceli za pomoci kyslíku bylo provedeno při 1 mm a 10 mm tlustý materiál s 10 m/min a 1 m/min.
Obr. 19: Svařovací křivky pro svařování nerezové oceli kotoučovým laserem 1,5 kW (DS015) ve srovnání s deskovým CO2 laserem (ROFIN DC015): jasně viditelná je výhoda kotoučového laseru pro tenký materiál.Účinky plazmy, CO2 laser je výhodný pro silnější materiály.
Obr. 20: Pouzdro baterie (1.4301) svařené 750W tenkým kotoučovým laserem (ROFIN DSx75HQ) velikost bodu 100 µm, rychlost svařování 5 m/min
Kvalita vysokého paprsku kotoučového laseru, odvozená od dobře zavedeného nastavení pro aplikace značení, umožňuje vysokorychlostní polohování paprsku systémem dvou galvanicky poháněných zrcadel (obr. 21, vlevo).Speciální takzvané 'ploché pole čočka' poskytuje ostření v ploché pracovní rovině, navzdory poloze. Dodání paprsku optickým vláknem s typickým průměrem jádra 150 až 200 µm umožňuje snadno kombinovat takovou jednotku pro vychylování paprsku s robotem, jak je znázorněno na Obr. 21 (vpravo).
Toto nastavení vede k velmi flexibilnímu nástroji: zatímco robot provádí plynulý pohyb snímací hlavy po hlavním směru švu, galvanická zrcadla vychylují paprsek do jeho přesné polohy a provádějí přímý pohyb. stehy, kruhy, vlny nebo jakýkoli jiný požadovaný tvar.Pokud jsou například pro svařování vyžadovány pouze rovné stehy s 50% délkou svařování a 50% intervaly, pohyb paprsku konstantní rychlostí by vedl k 50% využití laseru;implementací svařovacího systému robotického skeneru lze rychlost (pohybu robota) téměř zdvojnásobit, protože skener dokáže velmi rychle navádět bod přes intervaly (tj. v milisekundovém rozsahu).
Toto uspořádání je tedy velmi zajímavou možností pro svařování např. karoserie v bílé barvě, která nahrazuje elektrické bodové svařování.
Obr. 21: Vlevo: náčrt galvanického zrcadlového systému s plochou čočkou pro polohování rychlého paprsku22.Vpravo: kombinace s robotem Vláknový laser
Další možností, jak se vyhnout efektu tepelné čočky, je zmenšit průměr a zvětšit délku tyče, takže nakonec aktivní médium degenerovalo na optické vlákno a ani radiální chlazení nezpůsobilo teplotní gradient na průřezu vlákna.Ve skutečnosti může být průměr aktivního jádra tak tenký, že se zesílí pouze jeden jediný mód a tak může být generováno jednovidové záření ve vysoké kvalitě paprsku.Čerpání je typicky prováděné použitím takzvaného dvojitě plátovaného vlákna: světlo pumpy je spojeno s vnitřním pláštěm obklopujícím jádro aktivního vlákna a postupně absorbováno z jádra aktivního vlákna po celé délce vlákna. vlákno.Jsou dva obecné Proč.ze SPIE sv.6735 67350T-9 možnosti připojení světla čerpadla do jádra čerpadla: (a) koncepce s koncovým čerpadlem, která vyžaduje sestavu diod s poměrně vysokou kvalitou paprsku, aby se vešla do pláště čerpadla a vlákna, a (b) ' Y'-spojka konfigurace, která vyžaduje vysoký počet vláknově vázaných diod, které musí být přiváděny do jádra čerpadla poměrně složitými metodami,např. spojování vláken nebo Braggovy mřížky.
Maximální hustotou výkonu v aktivním jádru ve vláknu je omezen výkon, který lze získat z jednoho vlákna (ne nutně jednoho režimu!).V komerčních systémech je tento limit v současné době asi 800 W asi 1 až 2krát difrakčně omezená kvalita paprsku, zatímco v laboratoři byly demonstrovány 3 kW23 s paprskem, který je 'téměř difrakčně omezen'.Škálování výkonu se provádí 'side-by-side' kombinací několika vláken a tím dochází ke ztrátě kvality paprsku.
Vláknové lasery v oblasti vysokého výkonu jsou v současné době ve fázi hodnocení pro průmyslové aplikace.Poskytují technologii s vysokým potenciálem, pokud je lze vyrobit za rozumné náklady a mohou poskytnout totéž výkon jako kotoučový laser, zejména v rozsahu vysokého výkonu.Prominentní aplikací těchto laserů díky jejich vynikající kvalitě paprsku v rozsahu nízkého výkonu je značení;Obr. 22 ukazuje vláknový laserový značkovací systém s galvo skener před vláknovým laserem.
Namísto použití diodového laseru pro čerpání vysoce výkonných pevnolátkových laserů je lze použít také pro přímé zpracování.Takové jednotky zaujmou extrémně malými rozměry i při vysokém výkonu: 3 kW laserová hlava zobrazená na obr. 23 je malá jako 555 (včetně optického tubusu) x 260 x 200 [mm] a hmotnost je pouhých 25 kg.K dokončení celého laserového systému je třeba přidat řídicí jednotku a chladič o velikosti cca 600 x 800 x 1000 [mm].Vysoce výkonné diodové lasery, nemohou však poskytnout tak vysokou kvalitu paprsku jako lasery s diodovým čerpadlem popsané výše.Je to důsledek nekoherentní vazby jednotlivých emitorů tyčí diodového laseru18.S rostoucím výkonem P je kvalita paprsku se snižuje o faktor ,/P, dokud se nezmění jas jednotlivých zářičů.Používá se polarizační vazba a vazba vlnové délky zlepšit situaci16, 18: Typické jsou vysoce výkonné diodové lasery
23: Hlava vysoce výkonného diodového laseru Obr.3,1 kW (ROFIN DL031Q) nepolarizované a vyzařují na dvou nebo třech vlnových délkách.Bod je obdélníkový (1,3 x 0,8 [mm] při ohniskové vzdálenosti 66 mm pro 3 kW systém znázorněný na obr. 23 s profilem cylindru v jednom směru a gaussovským ve druhém.
V důsledku poměrně nízké kvality paprsku v oblasti vysokého výkonu nejsou tradiční laserové aplikace, jako je řezání a vysokorychlostní svařování s hlubokým průvarem, skutečně otevřené jako trh pro vysoce výkonné diodové lasery (viz kapitola 4, Obr. 27).Obrázek však také ukazuje, že existují aplikace s vysokým potenciálem pro vysoce výkonné diodové lasery: Některé z aplikací vhodných pro vysoce výkonné diodové lasery byly před lety demonstrovány s Nd:YAG nebo CO2. lasery, ale nemohly s těmito lasery proniknout do průmyslové výroby z technologických nebo - zejména - nákladových důvodů.Investiční náklady dnešních vysoce výkonných diodových laserových systémů jsou podstatně nižší než u Nd:YAG, diskové nebo vláknové lasery, které vyzařují na téměř stejné nebo mírně kratší vlnové délce;provozní náklady jsou mnohem nižší než u jiných laserů kvůli jejich vysoké účinnosti (obvykle se účinnost zástrčky pohybuje v rozmezí resp. i nad 30 %) a protože jsou po dlouhou životnost diod téměř bezúdržbové.Další snížení provozních nákladů se očekává se zvýšením životnosti diodových laserových tyčí, protože jednoduché kalkulace nákladů ukazují, že kromě amortizace představuje výměna diod lví podíl na provozních nákladech.V neposlední řadě malé rozměry nejen diodové laserové hlavy, ale - na základě vysoké elektrické až optické účinnost - také napájecího zdroje a chladiče, z nich činí velmi atraktivní nástroj pro mnoho z těch aplikací, kde kvalita paprsku konvenčního laseru prostě není nutná.
Možnost vyrobit opticky dokonalé svary tepelně vodivým svařováním vedla k vůbec prvnímu průmyslovému použití vysoce výkonných diodových laserů, ke svařování kuchyňských dřezů.Průřez svarem je znázorněno na obr. 24. Použití diodového laseru namísto konvenčního svařování TIG umožnilo značné snížení následných prací: je nutné pouze leštění, ale téměř žádné broušení nebo oprava!Tato skutečnost vedla k cenovému přínosu, i když investice do 2,5 kW diodového laseru je vyšší než do svařovacího stroje TIG24.
Pájení se stává stále více atraktivní spojovací technologií při výrobě karoserií automobilů a také při utěsňování vysokofrekvenčních těsných krytů štítů pro elektronické součástky.Experimenty v aplikačních laboratořích ROFIN-SINAR ukázaly úspěšné pájení oceli potažené Zn (0,9 mm) tvrdou pájkou CuSi vedenou jako drát o průměru 1 mm.Pokusy vedly k velmi hladkým švům (obr. 25).Rychlost pájení byla 2-4 m/min s výkonem 2,5 kW, ale to silně závisí na individuální požadavky na vyplnění mezer tvrdým pájecím materiálem.Minimálně stejné výsledky jako s Nd:YAG laserem lze dosáhnout s vysoce výkonným diodovým laserem, ale za podstatně nižší náklady!
Díky svému obdélníkovému tvaru s cylindrickým profilem v jednom směru a Gaussovským jako v druhém směru je vysoce výkonný diodový laserový paprsek obzvláště vhodný pro aplikace povrchového kalení.Navíc ve srovnání s CO2 laser, vlnová délka emise těchto laserů je krátká, což vede k vyšší absorpci a tím vylučuje nutnost jakéhokoli povlaku pro zvýšení absorpce.Vyšší účinnost diodových laserů spolu s Díky výše uvedeným výhodám je vysoce výkonný diodový laser velmi účinným, spolehlivým a nákladově efektivním nástrojem pro kalení.Velmi prominentním příkladem výrobní aplikace vysoce výkonných diodových laserů je kalení torzních pružin, které se používají u pantů dveří automobilů (obr. 26).Vysoce výkonný diodový laser poskytuje nejen ideální geometrii paprsku a rozložení intenzity, ale je také cenově nejefektivnějším způsobem transformace. kalení.Zkrutná pružina o průměru 8 mm, znázorněná na obr. 26 musí být kaleno pod úhlem >170°, na délku cca.10 mm a do hloubky 0,2 až 0,4 mm ve vyznačené oblasti, aby se snížilo opotřebení pružiny upínacími válečky, které drží vrata v určité poloze.V nastavení, které používá dva lasery pod úhlem asi Vložka: průřez pružiny: tvrzená zóna 120°, lze tuto geometrii homogenně kalit, pokud lasery skenují přes délku 10 mm.Aktivní řízení procesu, které využívá dva pyrometry pro záznam teploty, zajišťuje kvalitu procesu pro každý jednotlivý díl25.
Plátování vysoce výkonnými diodovými lasery je předmětem zkoumání, protože pro tuto laserovou aplikaci, která se dnes také provádí CO2 nebo Nd:YAG lasery, nejsou nutné vysoké hustoty výkonu;krmení práškem však potřebuje určité pracovní vzdálenost a tím i určitou kvalitu paprsku, kterou však dokážou splnit nejmodernější diodové lasery.
Kromě toho jsou diodové lasery perfektním nástrojem pro laserové svařování polymerů, což je podrobně popsáno jinde26, 27.
KRÁTKÉ POROVNÁNÍ RŮZNÝCH LASEROVÝCH TECHNOLOGIÍ
Konečné rozhodnutí, jaký laser zvolit pro určitou aplikaci, závisí na mnoha aspektech.Samozřejmě, nejprve musí studie proveditelnosti objasnit, jaký nejlepší laser k dosažení požadovaného výsledku.Nicméně typická klasifikace jak navrhuje P. Loosen28, může poskytnout nápovědu pro vhodnou laserovou technologii (obr. 27), stejně jako umožňuje srovnání nejlepší dosažitelné kvality paprsku pro každý typ laseru.
Obr. 27: Součin parametrů paprsku vs. výkon laseru pro několik typů laserů a typické režimy pro průmyslové aplikace28 Obr.
Tradičně nejdůležitější aplikace, které poskytují největší množství trhu (viz kap. 1), jmenovitě řezání a svařování, vyžadují také nejlepší kvalitu paprsku.Této kvality paprsku lze dosáhnout pomocí CO2 laseru a pomocí diodami čerpané pevnolátkové lasery.Svařování lze také provádět pomocí YAG laseru čerpaného lampou, jak bylo prokázáno v mnoha aplikacích v průmyslu.Zde je však nutné zmínit, že CO2 laser, zejména v deskové konfiguraci (viz kap. 2.1) stále dodává nejlevnější fotony pro aplikace zpracování materiálů a také nejlepší kvalitu paprsku, tj. nejlepší zaostřitelnost ve výkonovém rozsahu více kW.Ekonomické 'náklady na vlastnictví' – úvahy, Pokud experimenty prokázaly, že různé lasery mohou vykonávat práci stejně dobře, bude zohledněn i dopad každé technologie na náklady na díly.Ilustrace na obr. 27 také ukazuje, že i přes zmenšený paprsek kvalitní, vysoce výkonný diodový laser může být atraktivním zdrojem fotonů pro mnoho laserových aplikací díky své vysoké účinnosti kolem 30 %.diskový a vláknový laser se tomu přibližují přibližně o 20 %, zatímco CO2 laser využívá přibližně 10 % energie spotřebované v konečném výstupu laserového paprsku.
Plynový CO2 laser po dlouhou dobu dominoval v oblasti zpracování vysoce výkonných materiálů a stále si drží zdaleka největší podíl na trhu (41,1 %) na trhu zpracování laserových materiálů4 (1,69 miliardy USD za laserové zdroje).Podle vzhled spolehlivých a výkonných laserových diod jako čerpacího zdroje pro pevnolátkové lasery, tento obrázek se mírně změnil a pevnolátkové lasery každým rokem dohánějí;přesto v roce 2006 stále nejvyšší množství pevného skupenství lasery byly pokryty systémy čerpanými lampami (20,4 %), následovaly vláknové lasery (8,5 %, nárůst ze 6 % v roce 2005) a systémy čerpané diodami (tyčové / kotoučové) (6,4 %).Přímé diodové lasery pokrývají stále pouze 1 % trhu.Očekává se, že diskový laser i vláknový laser porostou, a to především na úkor jednotek s čerpadlem;trojrozměrné a vzdálené aplikace budou samozřejmě těžit ze zlepšené kvality paprsku těchto laserů a poskytnou nové příležitosti.Vysoký výkonové diodové lasery jsou v současnosti napájeny výklenky jako povrchová úprava a tepelně vodivé svařování;tedy více než jiné lasery vysoce výkonné diodové lasery konkurují konvenčním technologiím.CO2 laser však ano zůstat v nadcházejících letech pracovním koněm pro aplikace zpracování laserových materiálů, zejména pro všechny dvourozměrné úkoly.
Česky
Pусский
