Для поиска темы - пользуйтесь СИСТЕМОЙ ПОИСКА


Стоимость дипломной работы


Home Материалы для работы Лазерні технології

Лазерні технології
загрузка...
Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 

Лазерні технології

Лазер - джерело електромагнітного випромінювання, видимої частини червоного й ультрафіолетового діапазонів, заснований на змушеному випромінюванні атомів і молекул. Слово «лазер» складено з початкових букв слів англійської фрази «Light amplification by stimylated Emission of Radiation» - що означає «посилення світла в результаті змушеного випромінювання» [56].
Як активну речовину у твердотілих лазерах використовують кристалічні або аморфні діелектрики, тобто речовини, що не пропускають електричний струм. Найпоширенішим матеріалом робочих тіл лазерів є синтетичний рубін - кристалічний окис алюмінію, у якій частина атомів алюмінію замінена на атоми хрому. Ці атоми хрому і є робочими тілами, які «накачуються» енергією, а потім віддають її, підсилюючи світловий потік.
Під час потужних спалахів, а тим більше, під час безперервної роботи лазера, стрижень активної речовини сильно нагрівається, тому його доводиться охолоджувати.
Для цього стрижень розміщується у кожусі, через який циркулює охолоджуюче середовище
Рубіновий лазер звичайно охолоджується рідким азотом, температура якого дорівнює  - 1960 С.
В 1960 р. в СРСР було успішно випробувано перший лазер, а вже через десять років його застосовували при точному вимірюванні довжини в будівництві, управлінні роботою верстатів, термальній обробці металів, орієнтації й пеленгації в космічному просторі, дослідженні морів і атмосфери, спектроскопії й медицині, оптоелектроніці. Паралельно, з вивченням самого фізичного ефекту досліджують його можливості в техніці [54], [33].
У технології лазерні промені використовують як джерело енергії при термообробці матеріалів. Пучки променів можуть бути дуже щільно сфокусовані (до 1 мкм), причому дають можливість досягти таких високих температур, які дозволяють випаровувати будь-які відомі матеріали.
Лазери застосовують при свердлінні, різанні, фрезеруванні тугоплавких металів і матеріалів, які важко піддаються обробці, кераміки, кварцу, скла, алмазу, слюди та ін. Лазером можна свердлити отвори діаметром від 1 мкм до 2 мм і глибиною до 3 мм, причому глибина може в десять разів перевищувати діаметр. Такі отвори необхідні в годинникових механізмах. Лазер дозволяє здійснювати зварювання та пайки. При цьому лазер успішно виконує в принципі ті самі завдання, що й електронні промені, не вимагаючи створення високого вакууму. Можливості лазера в технологічних процесах розширюються, його використовують при зварюванні і різанні пластмаси, плавленні різноманітних речовин і локальному гартуванні мікрозон поверхонь [38], [58], [54]   .
Лазерне зварювання характеризується істотними перевагами перед звичайно використовуваними технологіями: здійснення процесу з високою швидкістю за один прохід без додаткової обробки країв, мінімальна зона термічного впливу, відсутність напруг і підвищення корозійної стійкості. Експерименти показують, що гранично можлива товщина вуглецевої сталі, що зварюється, приблизно пропорційна середній потужності лазерного випромінювання. Лазерним зварюванням досить просто формуються сполуки з вуглецевих і легованих сталей товщиною звичайно до 10 мм. Найбільше повно переваги цього методу обробки реалізуються при зварюванні тонких виробів (до 1 мм): електроконтактів, корпусів приладів, батарей акумуляторів, сифонів, перемикачів, сердечників трансформаторів. Проводиться високоякісне зварювання ювелірних виробів із золота, платіни -(ланцюжків, кілець), а також зварювання термопар, - вводів струму і т.д. [38].
Технологія лазерного зварювання успішно може бути застосована для зварювання тонкостінних труб ( 1мм) з титанового сплаву для теплообмінників, де потрібно особливо високий ступінь надійності, що особливо актуально для атомної промисловості. Зварювання наскрізних і проплавлених швів на сталях з різним ступенем легування. Зварювання з наскрізним і неповним проплавленням для всіх типів сполук - стикових одне- і двосторонніх, з подваркою кореня шва, кутових, таврових, а також нахлесточних і багатошарових- і різноманітних сталей.
Переваги лазерного зварювання  [38], [58]:
•    Висока продуктивність.
•    Низька трудомісткість.
•    Висока якість зварених сполук (механічні властивості швів - рівні властивості основного матеріалу при підвищеній корозійній стійкості й стійкості до утворення гарячих і холодних тріщин, малій зоні термічного впливу, дрібнозернистїй й дрібнодисперсній  структурі самого шва. Зниження температури попереднього й супутнього підігрівів, а також скорочення (або виключення) циклу післязварочної термічної обробки.
•    Мінімальні зварювальні деформації ( в 3-5 разів нижче, ніж при дугових способах зварювання, що особливо ефективно й важливо в суднобудуванні);
•    Можливість вирішувати унікальні технологічні завдання - зварювати матеріали самого широкого спектра - від високолегованих і високовуглецевих сталей до сплавів на основі міді й титану, пластмас, кераміки, скла й різноманітних сполук, у т.ч. у важкодоступних місцях і різних просторових положеннях з кутом нахилу лазерного пучка до поверхні деталі до 300С., можливість виконувати сполуки різних типів, коли застосування традиційних способів зварювання просто виключено.
Сутність лазерного наплавлення - це нанесення на поверхню оброблюваної деталі шар за шаром речовини, що має необхідні експлуатаційні характеристики.
З існуючих на сьогодні способів лазерне маркування - найбільш сучасний і технологічний метод, що володіє винятково високою гнучкістю, оскільки лазерним променем можна управляти в часі й у просторі, а також точно дозувати й регулювати енергію випромінювання. Використання лазерів з різною довжиною хвилі - 10,6 мкм, 1,06 мкм, 0,51 мкм й ін. - визначає широке коло матеріалів, що маркіруються. Таким чином, цей спосіб дозволяє безпосередньо маркувати метали, пластики, напівпровідники, пофарбовані матеріали, різного роду гуму, шкіру, тверді й спеціальні сплави, дерево та інше, з високою точністю, швидкістю і якістю. Сутність процесу лазерного маркірування складається в модифікації поверхні матеріалу, що маркірується під впливом лазерного випромінювання. Зміна його оптичних, хімічних або геометричних властивостей внаслідок локального розігріву, плавлення й часткового випаровування забезпечує високий ступінь можливостей лазерного маркування при мінімальному термомеханічному впливі на виріб, що маркірується. Сучасний лазерний комплекс для маркірування містить, основні елементи: джерело випромінювання, систему транспортування й переміщення променів, систему контролю параметрів випромінювання, комп'ютер, що управляє процесом.
Метод лазерного маркірування має ряд переваг, що сприяють його широкому застосуванню в промисловості:
•    широкий спектр матеріалів, що маркіруються;
•    відсутність механічного впливу на вироби при мінімальному термічному впливі;
•    прецизійність, висока контрастність й стійкість зображень, що наносяться;
•    високою швидкістю й продуктивністю нанесення інформації;
•    можливістю маркірування у важко доступних місцях.
Лазерне різання й прошивання отворів. Сфальцьоване лазерне випромінювання дозволяє різати практично будь-які метали й сплави, незалежно від їх теплофізичних властивостей. При лазерному різанні відсутнє механічний вплив на оброблюваний матеріал і виникають незначні деформації. Внаслідок цього можна здійснювати лазерне різання з високою точністю, у тому числі й нежорстких деталей, які легко деформуються. Завдяки великій потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу різання. При цьому досягається така висока якість різання, що в отриманих отворах можна нарізати різьблення.
Стереолітографія [38] — технологія прискореного виробництва прототипів, моделей шляхом пошарової полімеризації лазерним випромінюванням рідкого фотополімеру. Це найбільш точний спосіб швидкого моделювання.
Стереолітографічні моделі дозволяють:
- оцінювати конструкцію й зовнішній вигляд розроблювальних виробів;
- перевіряти збирання й працездатність конструкцій;
- проводити аеродинамічні й гідравлічні випробування;
- одержувати металеві деталі й прес-форми литтям по моделях, що згодом вижигаються (Quick Cast-технологія);
- виготовляти оснащення для дослідних зразків і малих серій (еластичні силіконові й форми з композитних матеріалів, а також із застосуванням гальванопластики).
Стереолитография має ряд істотних переваг:
- висока швидкість виготовлення;
- висока точність;
- висока якість поверхонь.
С елективне лазерне спікання порошкових матеріалів дозволяє переходити безпосередньо від файлу СА - до довговічних функціональних пластикових і металевих деталей або оснащення за значно менший проміжок часу, чим при традиційній механічній обробці.
Mодели створюються з порошкових матеріалів шляхом спікання енергією лазерного променя.
Лазерний промінь є в цьому випадку не джерелом світла, а джерелом тепла. Потрапляючи на тонкий шар порошку, лазерний промінь зпікає його частки й формує тверду масу, відповідно до геометрії деталі.
В якості робочого матеріалу використовуються: поліамід (нейлон), гумоподібний еластомер, що не іржавіє й конструкційна сталь.
Поліамід Dura Form (PA) і Dura Form (GF), зі скляним наповнювачем  — покоління нейлонових матеріалів, розроблених для побудови високоякісних функціональних деталей з підвищеною твердістю, термостійкістю до 135 °С и хімічною стійкістю.
Eластомірний матеріал SOMOS-201 призначений для створення гнучких функціональних деталей з технічними характеристиками гумоподібних виробів, що дозволяє робити тестування перед етапом виготовлення дорогого оснащення. Матеріал може бути використаний для:
- гнучких, гумоподібних прототипів і деталей;
- прокладок, шлангів й інших водонепроникних деталей;
- демонстраційних моделей;
- виробництва невеликих партій деталей.
Матеріал Laser Form ST-100 (нержавіюча сталь 60% і бронза 40%) призначений для створення функціональних довговічних прототипів деталей, а також формотворних елементів оснащення для термопластавтоматів зі стійкістю не менш 100 000 циклів.
Laser Form А-6 - сталевий матеріал - новітнє доповнення до сімейства порошкових матеріалів для селективного спікання. Може піддаватися термообробці із забезпечення твердості HRC 39. Призначений для створення оснащення лиття під тиском, термоформування, зі стійкістю не менш 1 000 000 циклів.
3D-сканування предназначенo для:
- виміру складних об'єктів з метою контролю якості виготовлення шляхом порівняння фактичної геометричної форми з її 3D СаD-моделью;
- об'ємного сканування об'єктів (реверсивний інжиніринг);
- вимір різних промислових і художніх об'єктів.
Переваги [32],  [38], [66]:
- висока швидкість виміру,
- мобільність,
- високі можливості,
- отримане об'ємне зображення може бути відтворене на системах швидкого прототипувания (SLA 5000 або SLS Vanguard HS) у будь-якому масштабі;
Твердотільні лазери ріжуть неметалічні матеріали значно гірше газових, однак мають переваги при різанні металів - з тієї причини, що хвиля довжиною 1 мкм відбивається гірше, ніж хвиля довжиною 10 мкм. Мідь й алюміній для хвилі довжиною 10 мкм - майже що ідеально відбиває середовище. Але, з іншого боку, зробити CО2-лазер простіше й дешевше, ніж твердотільний.
Точність лазерного різання досягає 0,1 мм при повторюваності + 0,05 мм, причому якість різання стабільно висока, оскільки залежить тільки від сталості швидкості переміщення лазерного променя, параметри якого залишаються незмінними.
Коротка характеристика різання: окалина звичайно відсутня, невелика конусність (залежить від товщини), одержувані отвори круглі й чисті, можливе одержання зовсім невеликих деталей, ширина різання 0,2-0,375 мм, прижоги непомітні, тепловий вплив дуже малий, є можливість різання неметалічних матеріалів.
Прошивання отворів. Немаловажним фактором для різання є прошивання первісного отвору. У деяких лазерних установок є можливість за допомогою процесу так називаного «літаючого» прошивання в холоднокатаній сталі товщиною 2 мм одержувати до 4 отворів у секунду. Одержання одного отвору в більше товсті (до 19,1 мм) аркушах з горячекатаної стали при лазерному різанні здійснюють за допомогою силового прошивання приблизно за 2 с. Застосування обох цих методів дозволяє збільшити продуктивність лазерного різання до рівня, що досягається на вирубних пресах зі ЧПУ.
Пробивання отворів. За допомогою цього методу можна одержувати отвори діаметром 0,2-1,2 мм при товщині матеріалу до 3 мм. При співвідношенні висоти отворів до їхнього діаметра 16:1 лазерне пробивання перевершує по економічності майже всі інші методи. Об'єктами застосування цієї технології є: сита, вушка голок, форсунки, фільтри, ювелірні вироби (підвіски, чіткі, камені). У промисловості за допомогою лазерів здійснюється пробивання отворів у годинникових каменях й у волочильних філ'єрах, причому продуктивність досягає 700 тис. отворів у зміну.

Вся серія має унікальне співвідношення ціна – якість для машин такого рівня. Лазерні машини призначені для роботи з такими матеріалами як пластик, оргскло, тканина, дерево, шкіра, скло, латекс, акріл, і іншими не металевими матеріалами. Лазерні машини, виконані на базі CO2 лазера, повністю відповідають сучасним вимогам по різанню й гравіруванню продукції рекламного, виробничо-технічного призначення. Як випромінювач у комплексах використовується  відпаяна газова трубка потужністю 60 Вт, ресурс роботи якої становить не менш 3000 годин.
Програмне забезпечення “GJ-L”, вбудовуючись в інтерфейс програм CAD й Corel Draw (11 або 12 версії), дозволяє виконувати різноманітні завдання по різанню й гравіруванню, управляти параметрами лазера для одержання різних візуальних результатів (варіювати потужністю, швидкістю різання й гравірування, міняти заливання й т.д.).
Лазерні машини “GJ-L” мають розмір робочого стола 900×600 мм, що дозволяє виконувати різання й гравірування виробів великої площі. Вартість комплексу GJLC-90 з вентиляційною установкою й програмним забезпеченням становить близько 70 800 грн. У вартість входить навчання фахівця, а також пусконаладочні роботи. На устаткування надається гарантія 12 місяців.
Отже, у підсумку перелічимо основні переваги лазерної обробки матеріалів:
1) розмаїтість можливих процесів обробки й розмаїтість оброблюваних матеріалів (включаючи матеріали, які взагалі не піддаються механічній обробці);
2) висока швидкість виконання операцій по обробці матеріалу;
3) можливість автоматизації операцій й, як наслідок (з урахуванням попереднього пункту), істотне підвищення продуктивності праці;
4) висока якість обробки (міцність зварених швів, гладкість зрізів, відсутність забруднень оброблюваної поверхні);
5) можливість прецизійної (високоточної) обробки;
6) селективність (вибірковість) впливу, коли обробляються лише певні ділянки поверхні, а сусідні ділянки не піддаються при цьому будь яким впливам;
7) можливість здійснення дистанційної (на відстані) обробки матеріалу;
8) можливість виконання ряду унікальних операцій.
Однак, говорячи про перспективність лазерної технології, варто звернути увагу не тільки на переваги, але й на недоліки лазерних технологій. Головними з них є
1) порівняно низький коефіцієнт корисної дії;
2)  усе ще недостатня надійність потужних лазерів,
3) висока вартість лазерних установок.
Подальший розвиток лазерної технології в значному ступені залежить від того, наскільки швидко вдасться перебороти ці недоліки.


Более старые статьи:

 
загрузка...

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить