Stroj za lasersko obdelavo z mikro vodnim curkom

Mikro laserski obdelovalni stroj z vodnim curkom, predstavljena slika

Kratek opis:

Ker proizvodnja še naprej zahteva večjo natančnost in produktivnost, tehnologija laserskega rezkanja z vodnim curkom (WJGL) pridobiva na veljavi tako v inženirstvu kot tudi na tržnem potencialu. V visokokakovostnih sektorjih, kot so vesoljska industrija, elektronika, medicinski pripomočki in avtomobilska industrija, so postavljene stroge zahteve glede dimenzijske natančnosti, celovitosti robov, nadzora toplotno prizadetih območij (HAZ) in ohranjanja lastnosti materiala. Konvencionalni postopki – mehanska obdelava, termično rezanje in standardna laserska obdelava – se pogosto spopadajo s prekomernim toplotnim vplivom, mikrorazpokami in omejeno združljivostjo z visoko odbojnimi ali toplotno občutljivimi materiali.

Pošljite nam e-pošto

Značilnosti

Podroben diagram

Uvod

Ker proizvodnja še naprej zahteva večjo natančnost in produktivnost,lasersko vodenje z vodnim curkom (WJGL)Tehnologija pridobiva na veljavi tako v inženirstvu kot tudi na tržnem potencialu. V visokokakovostnih sektorjih, kot so vesoljska industrija, elektronika, medicinski pripomočki in avtomobilska industrija, so postavljene stroge zahteve glede dimenzijske natančnosti, celovitosti robov, nadzora toplotno prizadetih območij (HAZ) in ohranjanja lastnosti materialov. Konvencionalni postopki – mehanska obdelava, termično rezanje in standardna laserska obdelava – se pogosto spopadajo s prekomernim toplotnim vplivom, mikrorazpokami in omejeno združljivostjo z visoko odbojnimi ali toplotno občutljivimi materiali.

Da bi odpravili te omejitve, so raziskovalci v laserski postopek uvedli visokohitrostni mikro vodni curek in ustvarili WJGL. V tej konfiguraciji vodni curek služi hkrati kotmedij za vodenje žarkainučinkovito hladilno sredstvo/medij za odstranjevanje umazanije, kar izboljšuje kakovost reza in širi uporabnost materiala. Konceptualno je WJGL inovativen hibrid tradicionalne laserske obdelave in rezanja z vodnim curkom, ki ponuja visoko gostoto energije, visoko natančnost in izrazito zmanjšano toplotno poškodbo – lastnosti, ki podpirajo širok spekter scenarijev natančne izdelave.

Stroj za lasersko obdelavo z mikro vodnim curkom

Načelo delovanja laserskega vodenja z vodnim curkom

Kot je prikazano na sliki 1, je osrednji koncept WJGL prenos laserske energije skozi neprekinjen vodni curek, ki učinkovito deluje kot »tekoče optično vlakno«. V običajnih optičnih vlaknih svetlobo vodipopolni notranji odboj (TIR)zaradi razlike v lomnem količniku med jedrom in ovojem. WJGL izkorišča isti mehanizem privmesnik voda-zrak: voda ima lomni količnik približno1,33, medtem ko je zrak približno1,00Ko je laser pod ustreznimi pogoji povezan s curkom, TIR omeji žarek znotraj vodnega stolpca, kar omogoča stabilno širjenje žarka z nizko divergenco proti območju obdelave.

Slika 1 Značilnosti obdelave laserja z vodnim curkom (shema)

Zasnova šobe in oblikovanje mikrocurkov

Učinkovita laserska vezava na curek zahteva šobo, ki je sposobna ustvariti stabilen, neprekinjen, skoraj valjast mikro curek, hkrati pa omogoča laserju vstop pod ustreznim kotom za vzdrževanje TIR na meji med vodo in zrakom. Ker stabilnost curka močno vpliva na stabilnost prenosa žarka in doslednost fokusiranja, se sistemi WJGL običajno zanašajo na natančen nadzor tekočine in skrbno zasnovane geometrije šob.

Slika 2 prikazuje reprezentativna stanja curka, ki jih ustvarjajo različne vrste šob (npr. kapilarne in različne stožčaste izvedbe). Geometrija šobe vpliva na krčenje curka, stabilno dolžino, razvoj turbulence in učinkovitost sklopitve – s tem pa na kakovost obdelave in ponovljivost.

Voda kaže tudi absorpcijo in sipanje, odvisno od valovne dolžine. V vidnem in bližnjem infrardečem območju je absorpcija relativno nizka, kar podpira učinkovit prenos. Nasprotno pa se absorpcija poveča v daljnem infrardečem in ultravijoličnem območju, zato večina izvedb WJGL deluje v pasovih od vidnega do bližnjega infrardečega sevanja.

Slika 2 Strukture šob za tvorbo mikrocurkov: (a) shema krčenja; (b) kapilarna šoba; (c) stožčasta šoba; (d) zgornja stožčasta šoba; (e) spodnja stožčasta šoba

Ključne prednosti WJGL

Tradicionalne metode obdelave vključujejo mehansko rezanje, termično rezanje (npr. plazemsko/plamensko) in konvencionalno lasersko rezanje. Mehanska obdelava temelji na stiku; obraba orodja in rezalne sile lahko povzročijo mikropoškodbe in deformacije, kar omejuje dosegljivo natančnost in celovitost površine. Termično rezanje je učinkovito za debele profile, vendar običajno povzroča velike HAZ, preostale napetosti in mikrorazpoke, ki zmanjšujejo mehanske lastnosti. Konvencionalna laserska obdelava, čeprav vsestranska, lahko še vedno trpi zaradi relativno velikih HAZ in nestabilnega delovanja na visoko odbojnih ali toplotno občutljivih materialih.

Kot je povzeto na sliki 3, WJGL uporablja vodo kot prenosni medij in hkrati hladilno sredstvo, kar znatno zmanjša HAZ ter preprečuje popačenja in mikrorazpoke, s čimer se izboljša natančnost in kakovost robov/površine (glej sliko 4). Njegove prednosti lahko povzamemo takole:

Nizka toplotna škoda in izboljšana kakovostVisoka specifična toplotna kapaciteta in neprekinjen pretok vode hitro odvajata toploto, kar omejuje kopičenje toplote in pomaga ohranjati mikrostrukturo in lastnosti.
Izboljšana stabilnost ostrenja in izkoriščenost energijeZaprtje znotraj curka zmanjša razprševanje in izgubo energije v primerjavi s širjenjem v prostem prostoru, kar omogoča večjo gostoto energije in bolj dosledno obdelavo – zelo primerno za fino rezanje, mikrovrtanje in kompleksne geometrije.
Čistejše in varnejše delovanjeVodni medij zajema in odstranjuje hlape, delce in ostanke, s čimer zmanjšuje onesnaženost zraka in izboljšuje varnost pri delu.

Slika 3 Primerjava med konvencionalno lasersko obdelavo in WJGL
Slika 4 Primerjava tipičnih tehnologij rezanja in vrtanja

Področja uporabe

1) Letalstvo in vesolje

Letalske in vesoljske komponente pogosto uporabljajo visokozmogljive materiale, kot so titanove zlitine, zlitine na osnovi niklja, CFRP, CMC in keramika, ki jih je težko obdelovati ob hkratnem ohranjanju natančnosti in učinkovitosti. WJGL s svojo kombinacijo visoke gostote energije in učinkovitega hlajenja omogoča natančno rezanje z zmanjšano HAZ, kar zmanjšuje deformacije in poslabšanje lastnosti ter podpira dele, ki so kritični za zanesljivost.

2) Medicinski pripomočki

Proizvodnja medicinskih pripomočkov zahteva izjemno natančnost, čistočo in celovitost površine za izdelke, kot so minimalno invazivni instrumenti, vsadki in diagnostične/terapevtske naprave. Z ohlajanjem in čiščenjem obdelovalnega območja z vodnim tokom WJGL zmanjšuje toplotne poškodbe in kontaminacijo površine, izboljšuje konsistenco in podpira biokompatibilnost. Omogoča tudi natančno izdelavo kompleksnih geometrij za prilagojene naprave.

3) Elektronika

V mikroelektroniki in proizvodnji polprevodnikov se WJGL zaradi visoke natančnosti in nizkega toplotnega vpliva pogosto uporablja za rezanje rezin, pakiranje čipov in mikrostrukturiranje. Vodno hlajenje zmanjšuje poškodbe občutljivih komponent zaradi toplote, kar izboljšuje zanesljivost in stabilnost delovanja.

4) Diamantna obdelava

Za diamantne in druge ultra trde materiale WJGL ponuja visoko precizno rezanje in vrtanje z nizkim toplotnim vplivom, minimalnimi mehanskimi obremenitvami, visoko učinkovitostjo in vrhunsko kakovostjo robov/površine. V primerjavi s konvencionalnimi mehanskimi metodami in nekaterimi laserskimi tehnikami je WJGL pogosto učinkovitejši pri ohranjanju celovitosti materiala in odpravljanju napak.

Pogosta vprašanja o laserskem rezkanju z vodnim curkom (WJGL)

1) Kaj je obdelava z laserjem z vodnim curkom (WJGL)?

WJGL je laserska metoda obdelave, pri kateri se laserski žarek združi v mikro vodni curek. Vodni curek deluje tako kot medij za vodenje žarka kot tudi kot medij za hlajenje/odstranjevanje odpadkov, kar omogoča visoko natančnost z manjšo toplotno škodo.

2) Kako deluje WJGL?

WJGL se zanaša na popolni notranji odboj na vmesniku voda-zrak. Ker imata voda in zrak različna lomna količnika, je mogoče laser omejiti in voditi znotraj vodnega stolpca – podobno kot »tekoče optično vlakno« – in ga stabilno dovajati v območje obdelave.

3) Zakaj WJGL zmanjšuje območje vpliva toplote (HAZ)?

Neprekinjeno tekoča voda zaradi svoje visoke toplotne kapacitete učinkovito odvaja toploto. To zavira kopičenje toplote, zmanjšuje HAZ, deformacije in mikrorazpoke.

4) Katere so glavne prednosti v primerjavi s konvencionalno lasersko obdelavo?

Ključne prednosti običajno vključujejo:

Zmanjšane ali brez zahtev po ponovnem ostrenju; primerno za neravninsko/3D rezanje
Bolj enakomerne, vzporedne stene reza in izboljšana kakovost reza
Bistveno manjši toplotni vpliv (manjša HAZ)
Čistejša obdelava: voda ujame delce in pomaga preprečevati odlaganje/kontaminacijo
Manj nastajanja ostružkov: curek pomaga izmetati staljeni material iz reže

O nas

XKH je specializirano za visokotehnološki razvoj, proizvodnjo in prodajo posebnega optičnega stekla in novih kristalnih materialov. Naši izdelki so namenjeni optični elektroniki, potrošniški elektroniki in vojski. Ponujamo safirne optične komponente, pokrove za leče mobilnih telefonov, keramiko, LT, silicijev karbid SIC, kremen in polprevodniške kristalne rezine. Z strokovnim znanjem in najsodobnejšo opremo se odlikujemo v obdelavi nestandardnih izdelkov in si prizadevamo postati vodilno visokotehnološko podjetje na področju optoelektronskih materialov.