01 Технички принципи и карактеристике
Основни принцип -воденог ласера је да споји ласерски зрак у микро водени млаз високог{1}}притиска и усмери ласер на површину материјала кроз водени млаз. У овом систему, ласер који генерише ласерски извор прво пролази кроз низ оптичких компоненти (као што су сочива и огледала) за колимацију и фокусирање, а затим се комбинује са млазом воде под високим{3}}притиском кроз специјалну млазницу. Водени млаз формира мали канал у млазници, а ласерски зрак се води кроз овај канал до површине радног предмета, као што је приказано на слици 1. Пошто је индекс преламања воде другачији од индекса ваздуха, путања ширења ласера у води се мења, тако да је потребан прецизан оптички дизајн да би се обезбедила стабилност и енергетски фокус ласерског зрака.
Слика 1. Технички принцип ласера{1}}вођених водом.
Висока прецизност: Ласерска технологија{0}}вођена водом може да постигне субмилиметарску или чак микрометарску{1}}тачност обраде. Пошто је пречник воденог млаза веома мали, обично само десетине до стотине микрометара, ласерски зрак се може прецизно усмерити до одређених позиција на радном комаду за фино сечење, бушење или гравирање. Висока ефикасност: Током ласерске обраде-вођене водом, ласерски зрак се преноси директно на површину радног комада кроз водени млаз, смањујући губитак енергије и расипање у ваздуху. Поред тога, водени млаз такође пружа ефекте хлађења и испирања, ефикасно снижавајући температуру површине радног предмета и смањујући зону{6}}захваћену топлотом, чиме се побољшава ефикасност и квалитет обраде. Смањено термичко оштећење: Због ефекта хлађења воденог млаза, зона-захваћена топлотом (ХАЗ) у ласерској обради-вођеној водом је веома мала. Зона{11}}захваћена топлотом се односи на област на површини и унутар радног предмета где долази до термичке деформације, оштећења или промене фазе услед провођења топлоте и зрачења током ласерске обраде. Брзо хлађење воденог млаза у ласерској обради-вођеном водом брзо уклања топлоту са површине радног комада, смањујући на тај начин величину и дубину зоне{14}}захваћене топлотом и спречавајући термичку деформацију и оштећење материјала.
Слика 2. (а) СЕМ слике пресека од легуре титанијума исечених 'конвенционалним сувим ласером' и ласерским резањем-вођеним водом, (б) поређење површина реза ЦФРП добијених ласером навођеним водом- и резањем 'конвенционалним сувим ласером'.
02 Поља примене
Ваздухопловство: Ваздухопловство има веома високе захтеве за прецизност и квалитет обраде материјала, а ласерска технологија{0}}вођена водом се широко користи у овој области. Може да се користи за обраду кључних компоненти ваздухопловних мотора као што су лопатице, турбински дискови и коморе за сагоревање, које се обично праве од-тешких-материјала за обраду као што су суперлегуре и легуре титанијума. Ласери{5}}вођени водом могу ефикасно да секу и гравирају ове материјале истовремено обезбеђујући прецизност обраде и квалитет површине, чиме се побољшавају перформансе и поузданост компоненти. Поред тога, ласери{7}}навођени водом се такође могу користити за обраду структурних делова ваздухопловних возила, као што су крила и труп, омогућавајући машинску обраду сложених облика и лаких дизајна.
Поље полупроводника: У производњи полупроводника, ласери{0}}вођени водом могу да се користе за сечење полупроводничких материјала као што су силицијумске плочице, као и за паковање и тестирање чипова. Пошто полупроводнички материјали захтевају изузетно високу прецизност обраде и квалитет површине, висока прецизност и ниске карактеристике термичког оштећења ласера-вођених водом чине их идеалним алатом за обраду. Они могу постићи фино сечење силицијумских плочица, избегавајући пукотине и оштећења, чиме се побољшава принос и перформансе чипова. Поред тога, ласери{5}}вођени водом могу да се користе за микро-обраду полупроводничких уређаја, као што је производња микроелектронских компоненти и гравирање микро кола, обезбеђујући прецизност обраде на микрометарском или чак нанометарском нивоу.
Ново енергетско поље: У новом енергетском сектору, ласери{0}}вођени водом могу да се користе за обраду кључних компоненти нових енергетских уређаја као што су соларни панели и горивне ћелије. На пример, у производњи соларних панела, ласери-навођени водом могу да се користе за сечење силицијумских плочица и нагризање узорака електрода на површини соларних ћелија, побољшавајући ефикасност фотонапонске конверзије и перформансе панела. У производњи горивих ћелија, ласери{4}}вођени водом могу да обрађују компоненте као што су склопови мембранских електрода и биполарне плоче, омогућавајући високо{5}}прецизно сечење и гравирање, чиме се побољшавају перформансе и животни век горивих ћелија.
Слика 3. Примене ласера{1}}вођених водом.
03 Изазови и проблеми са којима се суочавају ласери{1}}навођени водом
Стабилност воденог млаза: Током ласерске обраде{0}}вођене водом,-млаз воде који тече великом брзином може постати нестабилан, што може утицати на квалитет обраде. На пример, током сечења, флуктуације у млазу воде могу изазвати одступања у линији сечења или повећати храпавост површине, утичући и на тачност обраде и на квалитет површине. Да би се обезбедила стабилност воденог млаза, неопходно је оптимизовати систем управљања млазом воде тако да може да одржава стабилно стање током целе обраде.
Ласер-Ефикасност спајања воде: Ефикасност спајања између ласерског зрака и воденог млаза директно утиче на резултате обраде. Ако је ефикасност спајања ниска, губитак ласерске енергије у млазу воде ће се повећати, смањујући и ефикасност обраде и квалитет.
Технички захтеви за отворе за млазнице: Да би се обезбедила ласерска обрада високог квалитета-водом{1}}навођена водом, прецизност дизајна и производње отвора за млазнице су критичне. Отвор за млазницу треба да има изузетно танке зидове уз одржавање високе прецизности заобљености и нулте конусности да би издржао утицај протока воде. Поред тога, храпавост унутрашње површине рупе мора бити изузетно ниска да би се обезбедила стабилност и конзистентност воденог млаза.
Прилагодљивост према животној средини: Опрема за ласерску обраду{0}}вођена водом има високе еколошке захтеве. На пример, рад опреме захтева стабилно напајање, чисту воду и константну температуру и влажност окружења. У окружењима са лошим условима, као што су велике температурне флуктуације, висока влажност или нестабилно напајање, перформансе опреме могу се погоршати или чак отказати. Поред тога, фактори као што су прашина и вибрације у окружењу могу да ометају обраду, утичући на тачност и квалитет обраде. Због тога је у практичним применама неопходна строга контрола и управљање радним окружењем опреме.
04 Тренутно стање развоја индустрије у земљи и иностранству
Уз континуирано унапређење технологије ласерске прецизне обраде и све већу потражњу на тржишту, технологија ласерске обраде{0}}вођене водом се такође континуирано развија и побољшава. Међународно признати водећи произвођачи-ласерске опреме навођене водом углавном укључују две компаније: швајцарску Синова и Авонисис. Тренутно, међу компанијама за опрему за ласерску обраду{4}}водом за домаћинство, оне које се релативно брзо развијају укључују Вот Интеллигент Мануфацтуринг, Цоссет и Схангхаи Ленгцхен Тецхнологи, између осталих. Неке друге компаније усвајају приступ директног увођења сродних страних технологија, а затим их склапају и производе у земљи уз оптимизацију својих производа. Иако ово може брзо попунити технолошке празнине и смањити трошкове и време истраживања и развоја у кратком року, и даље постоје одређени проблеми на дуги рок, као што су зависност од страних основних технологија, неуравнотежена улагања у истраживање и развој и ризици преливања у индустријском ланцу. Аутор сматра да треба успоставити позитиван циклус 'увођења-апсорпције-превазилажења. Добра вест је да сада постоје домаће компаније способне да обезбеде комерцијалну опрему са 100% локално произведеним компонентама. Са трансформацијом и надоградњом кинеске производне индустрије,-технологија ласерске обраде навођена водом ће играти важнију улогу у врхунској{14}производњи, посебно у производњи нових енергетских возила, ваздухопловству и{15}}опреми врхунске класе. Примена ласерске технологије{17}}вођене водом подстаћи ће технолошке иновације и унапређење производа у овим индустријама.
