Са брзим развојем области медицине, ваздухопловства, ваздухопловства, полупроводника и енергетике, захтеви за перформансе за кључне компоненте се стално повећавају, што је промовисало напредак технологије обраде и опреме. У овим областима, избор технологије сечења компоненти је кључан за квалитет производа и перформансе. Иако се традиционално механичко сечење и технологије резања водом под високим притиском широко користе, ласерско сечење постепено постаје први избор због својих предности у ефикасности обраде, прецизности и еколошкој прихватљивости. Технологија ласерског сечења директно зрачи материјал кроз ласерски зрак високе енергије како би се постигло високо прецизно и високо ефикасно сечење. Истовремено, не производи очигледан физички контакт током процеса сечења, чиме се смањује загађење животне средине и усклађује се са концептом зелене производње.
Технологија ласерског сечења је показала своју супериорност у многим сценаријима примене. На пример, у области медицине, како моја земља улази у старење друштва, потражња на тржишту за интраваскуларним стентовима је порасла, а стопа раста тржишта је премашила 20% последњих година. Технологија ласерског сечења има потенцијал да се широко користи у интраваскуларној обради стента због своје високе прецизности и прилагодљивости. Међутим, традиционално ласерско сечење може у неким случајевима да изазове термичко оштећење материјала, које ће формирати сићушни шљам и слој под утицајем топлоте на површини материјала, што утиче на перформансе и век трајања материјала. Да би се превазишла ова ограничења, технологија ласерског сечења вођена водом се појавила као иновативна метода резања. Увођењем протока воде током процеса ласерског резања, може ефикасно смањити термичко оштећење и побољшати квалитет површине резаног материјала.
Шта је ласер вођен водом
Технологија ласерског сечења вођена водом је иновативна метода обраде композита која користи водени млаз за усмеравање ласерског зрака за прецизно сечење радног предмета. Срж ове технологије је коришћење различитих карактеристика индекса преламања воде и ваздуха. Када је ласерски зрак усмерен на интерфејс вода-ваздух под одређеним углом, ако је упадни угао мањи од критичног угла укупне рефлексије, ласерски зрак ће се потпуно рефлектовати и неће продрети у интерфејс, чиме се обезбеђује да ласер енергија је ефективно ограничена и преноси се у воденом снопу.
Ласерски зрак се прво фокусира помоћу конвексног сочива, а затим пролази кроз прозор од кварцног стакла у спојену водену шупљину. Финим подешавањем растојања између сочива за фокусирање и отвора млазнице, може се осигурати да ласерски фокус буде прецизно позициониран у центру горње површине млазнице. Након тога, ласерски зрак улази у стабилан водени млаз, где долази до тоталне рефлексије због разлике у индексу преламања, што је процес сличан простирању светлости у оптичком влакну. Током обраде, фокусирани ласерски зрак се води снопом воде под високим притиском и директно се преноси на површину радног предмета, постижући ефикасне и прецизне резултате резања.
Предности воденог ласера
Технологија ласерског сечења воденим млазом је иновативна метода обраде која комбинује водене млазнице и ласерске зраке. Широко се користи у областима прецизне производње и микро-машинске обраде. У поређењу са традиционалним ласерским сечењем, ласерско сечење вођено водом има неколико јединствених предности које га чине посебно добрим у одређеним сценаријима примене.
Пре свега, карактеристична карактеристика ласерског сечења вођеног водом је да избегава термичка оштећења. Због високе температуре, традиционално ласерско сечење може лако изазвати термичку деформацију материјала и оштећење микроструктуре. Код ласерског сечења вођеног водом, избачени ток воде ефикасно хлади материјал током ласерског пулсног јаза, што у великој мери смањује термички стрес материјала и омогућава му да задржи своје оригиналне физичке и хемијске особине.
Друго, водено влакно има велику радну удаљеност током рада и не захтева прецизно фокусирање ласерског зрака као традиционално ласерско сечење, што пружа већу флексибилност за обраду материјала сложене геометрије. Штавише, проток воде не само да делује као расхладно средство током процеса сечења, већ и одузима растопљени материјал који настаје током процеса сечења, чиме се значајно смањује таложење загађујућих материја у области обраде, што је посебно важно за окружења за прераду са високим захтеви за чистоћом.
Поред тога, пошто ласерско сечење вођено водом може постићи високо прецизно уклањање материјала, ова технологија је посебно погодна за обраду делова са танким зидовима и супериорна је у односу на традиционалне методе ласерске обраде у смислу прецизности и квалитета површине. Уз континуирани напредак технологије, очекује се да ће ласерско сечење вођено водом заменити традиционално ласерско сечење у више поља и постати ефикаснији и еколошки прихватљивији метод обраде.
Техничке потешкоће и трендови развоја воденог ласерског сечења
1. Слабљење ласера у воденом снопу: Као напредна метода обраде која комбинује водени млаз и ласер, технологија ласерског сечења вођена водом показала је јединствен потенцијал у прецизној производњи. Међутим, због великог слабљења енергије ласера у води, ово ограничава његову ефикасност у апликацијама велике снаге. Конкретно, ласер велике густине у воденом снопу има велико слабљење енергије због вишеструког расејања и апсорпције, што резултира смањењем брзине обраде. На пример, када се сече композитни материјали од угљеничних влакана дебљине 18 мм, брзина је само 5 мм у минути, што у великој мери ограничава примену ове технологије у обради дебелих материјала. Иако су тренутна истраживања открила основне принципе ласерског преноса у води, како ефикасно смањити ово слабљење је и даље технички проблем који треба решити. У будућности, диелектрични материјали са бољим својствима вођења светлости могу бити развијени да замене водене зраке, чиме се побољшава ефикасност резања и применљивост процеса.
2. Изазов минијатуризације воденог млаза: У технологији ласерског резања вођеном водом, пречник воденог млаза директно утиче на прецизност и ширину сечења. Развојем технологије микро машинске обраде, пречник млазнице се може смањити на 30 микрона, чиме се постиже високо прецизно сечење. Међутим, даља минијатуризација водених млаза суочава се са низом техничких изазова, укључујући стабилност воденог снопа, ефективну дужину и контролу пречника ласерске тачке. Ова питања не утичу само на ефекат сечења, већ постављају и веће захтеве за пројектовање и производњу опреме. Будућа истраживања могу се фокусирати на оптимизацију дизајна млазнице и динамике флуида како би се додатно побољшала тачност сечења уз одржавање стабилности воденог млаза.
3. Технички захтеви за обраду рупа млазнице: Да би се обезбедио висок квалитет ласерског сечења вођеног водом, дизајн и тачност производње рупе млазнице су од кључне важности. Отвор за млазницу мора имати изузетно танку дебљину зида уз задржавање заобљености високе прецизности и без сужавања да би се одупрло удару воде. Поред тога, храпавост унутрашње површине рупе треба контролисати на изузетно ниском нивоу како би се осигурала стабилност и конзистентност воденог снопа. Ови захтевни стандарди дизајна чине обраду рупа млазница изузетно тешком, посебно у масовној производњи. Како одржати доследност и тачност је кључни изазов са којим се суочава производна индустрија.
4. Сложеност система контроле поравнања спојнице: У систему ласерског резања вођеном водом, тачност спајања и поравнања ласерског зрака и воденог зрака директно утиче на квалитет сечења. Тренутно, иако су усвојени механизми управљања високо прецизним серво погоном, проблем брзог и прецизног спајања ласерског и воденог зрака није у потпуности решен. Да би се побољшала тачност спајања, неопходно је увести напредније системе за детекцију и калибрацију, као што су систем за детекцију спојница са воденим снопом и ласерским фокусирањем, систем за позиционирање радног комада итд. Интеграција и оптимизација ових система су кључ за постизање високо прецизно ласерско сечење вођено водом.
5. Недовољно систематско истраживање процеса: Иако је ласерска технологија вођена водом показала многе предности у теорији, контрола процеса се и даље суочава са многим изазовима у практичним применама. Тренутно, индустрији недостаје комплетна технологија обраде и систем евалуације, што отежава одржавање кључних индикатора као што су ефикасност обраде, тачност и интегритет површине материјала. Недостатак истраживања овог процеса чини прилагодљивост технологије ласерског резања вођеном водом лошом под различитим материјалима и условима дебљине. Због тога је у будућности потребно систематичније истраживање процеса како би се успоставила свеобухватна библиотека процесних параметара и стандарди евалуације, како би се побољшао потенцијал индустријске примене ласерске технологије навођене водом.
