Strauji attīstoties medicīnas, aviācijas, kosmosa, pusvadītāju un enerģētikas jomām, galveno komponentu veiktspējas prasības pastāvīgi pieaug, kas ir veicinājis apstrādes tehnoloģiju un iekārtu progresu. Šajās jomās komponentu griešanas tehnoloģijas izvēle ir ļoti svarīga produkta kvalitātei un veiktspējai. Lai gan plaši tiek izmantotas tradicionālās mehāniskās griešanas un augstspiediena ūdens griešanas tehnoloģijas, lāzergriešana pakāpeniski kļūst par pirmo izvēli, pateicoties tās priekšrocībām apstrādes efektivitātē, precizitātē un videi draudzīgumā. Lāzergriešanas tehnoloģija tieši apstaro materiālu caur augstas enerģijas lāzera staru, lai panāktu augstas precizitātes un augstas efektivitātes griešanu. Tajā pašā laikā tas nerada acīmredzamu fizisku kontaktu griešanas procesā, tādējādi samazinot vides piesārņojumu un atbilstot zaļās ražošanas koncepcijai.
Lāzergriešanas tehnoloģija ir pierādījusi savu pārākumu daudzos lietojumu scenārijos. Piemēram, medicīnas jomā, kad mana valsts sāk novecot sabiedrībā, tirgus pieprasījums pēc intravaskulāriem stentiem ir palielinājies, un tirgus pieauguma temps pēdējos gados ir pārsniedzis 20%. Lāzergriešanas tehnoloģijai ir potenciāls plaši izmantot intravaskulāro stentu apstrādē, pateicoties tās augstajai precizitātei un pielāgošanās spējai. Tomēr tradicionālā lāzergriešana dažos gadījumos var izraisīt materiāla termiskus bojājumus, kas uz materiāla virsmas veidos sīkas putas un siltuma ietekmētu slāni, tādējādi ietekmējot materiāla veiktspēju un kalpošanas laiku. Lai pārvarētu šos ierobežojumus, ar ūdeni vadīta lāzergriešanas tehnoloģija ir kļuvusi par novatorisku griešanas metodi. Ieviešot ūdens plūsmu lāzergriešanas procesa laikā, tas var efektīvi samazināt termiskos bojājumus un uzlabot grieztā materiāla virsmas kvalitāti.
Kas ir ūdens vadīts lāzers
Ar ūdeni vadīta lāzergriešanas tehnoloģija ir novatoriska kompozītmateriālu apstrādes metode, kas izmanto ūdens strūklu, lai vadītu lāzera staru, lai precīzi sagrieztu apstrādājamo priekšmetu. Šīs tehnoloģijas pamatā ir dažādu ūdens un gaisa laušanas koeficienta īpašību izmantošana. Ja lāzera stars ir vērsts uz ūdens-gaisa saskarni noteiktā leņķī, ja krītošais leņķis ir mazāks par kopējās atstarošanās kritisko leņķi, lāzera stars tiks pilnībā atstarots un neiekļūst saskarnē, tādējādi nodrošinot, ka lāzers enerģija tiek efektīvi ierobežota un pārraidīta ūdens kūlī.
Lāzera staru vispirms fokusē ar izliektu lēcu un pēc tam caur kvarca stikla logu nokļūst savienotajā ūdens dobumā. Precīzi noregulējot attālumu starp fokusēšanas lēcu un cauruma sprauslu, var nodrošināt, ka lāzera fokuss ir precīzi novietots sprauslas augšējās virsmas centrā. Pēc tam lāzera stars nonāk stabilā ūdens strūklā, kur refrakcijas koeficienta atšķirības dēļ notiek pilnīga atstarošana, kas ir līdzīgs gaismas izplatībai optiskajā šķiedrā. Apstrādes laikā fokusētais lāzera stars tiek vadīts ar augstspiediena ūdens staru un tiek tieši pārraidīts uz sagataves virsmu, panākot efektīvus un precīzus griešanas rezultātus.
Ūdens vadītā lāzera priekšrocības
Ūdens strūklas lāzergriešanas tehnoloģija ir inovatīva apstrādes metode, kas apvieno ūdens strūklu un lāzera starus. Tas ir plaši izmantots precīzās ražošanas un mikroapstrādes jomās. Salīdzinot ar tradicionālo lāzergriešanu, ar ūdeni vadītai lāzergriešanai ir vairākas unikālas priekšrocības, kas padara to īpaši labu noteiktos pielietojuma scenārijos.
Pirmkārt, ar ūdeni vadītās lāzergriešanas atšķirīgā iezīme ir tā, ka tā novērš termiskus bojājumus. Augstās temperatūras dēļ tradicionālā lāzergriešana var viegli izraisīt materiālu termisko deformāciju un mikrostruktūras bojājumus. Ar ūdens vadītu lāzergriešanu izplūstošā ūdens plūsma efektīvi atdzesē materiālu lāzera impulsa spraugas laikā, kas ievērojami samazina materiāla termisko spriegumu un ļauj tam saglabāt sākotnējās fizikālās un ķīmiskās īpašības.
Otrkārt, ūdens šķiedrai darbības laikā ir liels darba attālums, un tai nav nepieciešama precīza lāzera stara fokusēšana kā tradicionālā lāzergriešana, kas nodrošina lielāku elastību sarežģītu ģeometriju materiālu apstrādē. Turklāt ūdens plūsma ne tikai darbojas kā dzesēšanas šķidrums griešanas procesā, bet arī atdala griešanas procesā radušos izkusušo materiālu, tādējādi ievērojami samazinot piesārņojošo vielu nogulsnēšanos apstrādes zonā, kas ir īpaši svarīgi apstrādes vidē ar augstu tīrības prasības.
Turklāt, tā kā ar ūdens vadītu lāzergriešanu var panākt augstas precizitātes materiāla noņemšanu, šī tehnoloģija ir īpaši piemērota plānsienu detaļu apstrādei un ir pārāka par tradicionālajām lāzera apstrādes metodēm precizitātes un virsmas kvalitātes ziņā. Paredzams, ka, nepārtraukti attīstoties tehnoloģijām, ar ūdeni vadīta lāzergriešana aizstās tradicionālo lāzergriešanu vairākos laukos un kļūs par efektīvāku un videi draudzīgāku apstrādes metodi.
Ūdens vadītās lāzergriešanas tehniskās grūtības un attīstības tendences
1. Lāzera vājināšanās ūdens starā: kā uzlabota apstrādes metode, kas apvieno ūdens strūklu un lāzeru, ar ūdeni vadīta lāzergriešanas tehnoloģija ir parādījusi unikālu potenciālu precīzas ražošanas jomā. Tomēr, ņemot vērā lāzera lielo enerģijas pavājināšanos ūdenī, tas ierobežo tā efektivitāti lieljaudas lietojumos. Konkrēti, lieljaudas blīvuma lāzeram ūdens starā ir liels enerģijas vājinājums daudzkārtējas izkliedes un absorbcijas dēļ, kā rezultātā samazinās apstrādes ātrums. Piemēram, griežot 18 mm biezus oglekļa šķiedras kompozītmateriālus, ātrums ir tikai 5 mm minūtē, kas ļoti ierobežo šīs tehnoloģijas pielietojumu biezu materiālu apstrādē. Lai gan pašreizējie pētījumi ir atklājuši lāzera pārraides ūdenī pamatprincipus, kā efektīvi samazināt šo vājinājumu, joprojām ir tehniska problēma, kas jāatrisina. Nākotnē var tikt izstrādāti dielektriski materiāli ar labākām gaismu vadošām īpašībām, lai aizstātu ūdens starus, tādējādi uzlabojot griešanas efektivitāti un procesa pielietojamību.
2. Ūdens strūklas miniaturizācijas izaicinājums: ar ūdeni vadītā lāzergriešanas tehnoloģijā ūdens strūklas diametrs tieši ietekmē griešanas precizitāti un platumu. Attīstoties mikroapstrādes tehnoloģijai, uzgaļa diametru var samazināt līdz 30 mikroniem, tādējādi panākot augstas precizitātes griešanu. Tomēr turpmāka ūdens strūklu miniaturizācija saskaras ar virkni tehnisku izaicinājumu, tostarp ūdens stara stabilitāte, efektīvais garums un lāzera vietas diametra kontrole. Šie jautājumi ne tikai ietekmē griešanas efektu, bet arī izvirza augstākas prasības iekārtu projektēšanai un ražošanai. Turpmākie pētījumi var koncentrēties uz sprauslas dizaina un šķidruma dinamikas optimizēšanu, lai vēl vairāk uzlabotu griešanas precizitāti, vienlaikus saglabājot ūdens strūklas stabilitāti.
3. Tehniskās prasības sprauslas caurumu apstrādei: Lai nodrošinātu augstu ūdens vadītas lāzergriešanas kvalitāti, sprauslas cauruma konstrukcijai un izgatavošanas precizitātei ir izšķiroša nozīme. Sprauslas caurumam jābūt ar īpaši plānu sieniņu biezumu, vienlaikus saglabājot augstas precizitātes apaļumu un bez konusa, lai izturētu ūdens plūsmas ietekmi. Turklāt urbuma iekšējās virsmas raupjums ir jākontrolē ārkārtīgi zemā līmenī, lai nodrošinātu ūdens stara stabilitāti un konsistenci. Šie augstās prasības dizaina standarti padara sprauslu caurumu apstrādi ārkārtīgi sarežģītu, īpaši masveida ražošanā. Konsekvences un precizitātes saglabāšana ir galvenais ražošanas nozares izaicinājums.
4. Savienojuma izlīdzināšanas kontroles sistēmas sarežģītība: ar ūdeni vadītā lāzergriešanas sistēmā lāzera stara un ūdens stara savienojuma un izlīdzināšanas precizitāte tieši ietekmē griešanas kvalitāti. Patlaban, lai gan ir pieņemti augstas precizitātes servopiedziņas vadības mehānismi, lāzera un ūdens stara ātras un precīzas savienošanas problēma nav pilnībā atrisināta. Lai uzlabotu savienojuma precizitāti, ir jāievieš progresīvākas noteikšanas un kalibrēšanas sistēmas, piemēram, ūdens stara šķiedras un lāzera fokusēšanas sakabes noteikšanas sistēma, sagataves pozicionēšanas sistēma utt. Šo sistēmu integrācija un optimizācija ir galvenais, lai sasniegtu augstas precizitātes ūdens vadīta lāzergriešana.
5. Nepietiekama sistemātiska procesu izpēte. Lai gan ar ūdeni vadītā lāzera tehnoloģija teorētiski ir parādījusi daudzas priekšrocības, procesa kontrole joprojām saskaras ar daudzām problēmām praktiskā pielietojumā. Šobrīd nozarē trūkst pilnīgas apstrādes tehnoloģijas un novērtēšanas sistēmas, kas apgrūtina tādu galveno rādītāju kā apstrādes efektivitāte, precizitāte un materiāla virsmas integritāte uzturēšanu. Šī procesa izpētes trūkums padara ar ūdeni vadītas lāzergriešanas tehnoloģijas pielāgošanās spēju vāju dažādu materiālu un biezuma apstākļos. Tāpēc nākotnē ir nepieciešama sistemātiskāka procesu izpēte, lai izveidotu visaptverošu procesa parametru bibliotēku un novērtēšanas standartus, lai uzlabotu ar ūdeni vadītās lāzertehnoloģijas rūpnieciskā pielietojuma potenciālu.
