Sparčiai tobulėjant medicinos, aviacijos, kosmoso, puslaidininkių ir energetikos sritims, pagrindinių komponentų našumo reikalavimai nuolat didėja, o tai paskatino apdorojimo technologijų ir įrangos pažangą. Šiose srityse komponentų pjovimo technologijos pasirinkimas yra labai svarbus gaminio kokybei ir našumui. Nors plačiai naudojamos tradicinės mechaninio pjovimo ir aukšto slėgio vandens pjovimo technologijos, pjovimas lazeriu pamažu tampa pirmuoju pasirinkimu dėl savo pranašumų apdorojimo efektyvumo, tikslumo ir ekologiškumo. Pjovimo lazeriu technologija tiesiogiai apšvitina medžiagą per didelės energijos lazerio spindulį, kad būtų pasiektas didelio tikslumo ir didelio efektyvumo pjovimas. Tuo pačiu metu jis nesukelia akivaizdaus fizinio kontakto pjovimo proceso metu, taip sumažindamas aplinkos taršą ir atitikdamas ekologiškos gamybos koncepciją.
Pjovimo lazeriu technologija įrodė savo pranašumą daugelyje taikymo scenarijų. Pavyzdžiui, medicinos srityje, mano šaliai žengiant į senstančią visuomenę, intravaskulinių stentų paklausa rinkoje išaugo, o rinkos augimo tempas pastaraisiais metais viršijo 20 %. Pjovimo lazeriu technologija gali būti plačiai naudojama intravaskulinių stentų apdorojimui dėl savo didelio tikslumo ir pritaikomumo. Tačiau tradicinis pjovimas lazeriu kai kuriais atvejais gali sukelti šiluminę žalą medžiagai, dėl kurios susidarys nedidelis nuosėdos ir šilumos paveiktas sluoksnis ant medžiagos paviršiaus, todėl pablogės medžiagos eksploatacinės savybės ir tarnavimo laikas. Siekiant įveikti šiuos apribojimus, vandeniu valdoma lazerinio pjovimo technologija tapo novatorišku pjovimo metodu. Įvedant vandens srautą pjovimo lazeriu metu, jis gali veiksmingai sumažinti šiluminę žalą ir pagerinti pjaustomos medžiagos paviršiaus kokybę.
Kas yra vandeniu valdomas lazeris
Vandeniu valdoma lazerinio pjovimo technologija yra novatoriškas kompozicinis apdorojimo metodas, kurio metu lazerio spindulys nukreipiamas vandens srove, kad būtų tiksliai nupjautas ruošinys. Šios technologijos esmė – naudoti skirtingas vandens ir oro lūžio rodiklio charakteristikas. Kai lazerio spindulys nukreipiamas į vandens ir oro sąsają tam tikru kampu, jei kritimo kampas yra mažesnis už kritinį viso atspindžio kampą, lazerio spindulys visiškai atsispindės ir neprasiskverbs į sąsają, taip užtikrinant, kad lazeris energija efektyviai ribojama ir perduodama vandens pluoštu.
Lazerio spindulys pirmiausia sufokusuojamas išgaubtu lęšiu, o tada pro kvarcinį stiklą patenka į sujungtą vandens ertmę. Tiksliai sureguliavus atstumą tarp fokusavimo lęšio ir skylutės antgalio, galima užtikrinti, kad lazerio fokusas būtų tiksliai nustatytas viršutinio antgalio paviršiaus centre. Vėliau lazerio spindulys patenka į stabilų vandens srovę, kur dėl lūžio rodiklio skirtumo atsiranda visiškas atspindys – procesas panašus į šviesos sklidimą optiniame pluošte. Apdorojimo metu fokusuotas lazerio spindulys yra nukreipiamas aukšto slėgio vandens spinduliu ir tiesiogiai perduodamas ruošinio paviršiui, todėl pasiekiami efektyvūs ir tikslūs pjovimo rezultatai.
Vandeniu valdomo lazerio privalumai
Vandens srove lazerinio pjovimo technologija – tai novatoriškas apdorojimo būdas, apjungiantis vandens čiurkšles ir lazerio spindulius. Jis buvo plačiai naudojamas tikslios gamybos ir mikroapdirbimo srityse. Palyginti su tradiciniu pjovimu lazeriu, vandens valdomas lazerinis pjovimas turi keletą unikalių pranašumų, dėl kurių jis ypač geras tam tikrais taikymo atvejais.
Visų pirma, vandens lazerinio pjovimo išskirtinis bruožas yra tai, kad išvengiama šiluminės žalos. Dėl aukštos temperatūros tradicinis pjovimas lazeriu gali lengvai sukelti šiluminę medžiagų deformaciją ir pažeisti mikrostruktūrą. Vandeniu valdomo pjovimo lazeriu metu išstumiamas vandens srautas efektyviai atvėsina medžiagą lazerio impulso tarpo metu, o tai labai sumažina medžiagos šiluminį įtempį ir leidžia išlaikyti pirmines fizines ir chemines savybes.
Antra, vandens pluoštas turi didelį veikimo atstumą veikimo metu ir nereikalauja tikslaus lazerio spindulio fokusavimo, kaip tradicinis lazerinis pjovimas, o tai suteikia daugiau lankstumo apdorojant sudėtingos geometrijos medžiagas. Be to, vandens srautas ne tik veikia kaip aušinimo skystis pjovimo proceso metu, bet ir pašalina pjovimo proceso metu susidariusią išlydytą medžiagą, taip žymiai sumažindamas teršalų nusėdimą apdirbimo zonoje, o tai ypač svarbu apdorojimo aplinkoje, kurioje švaros reikalavimai.
Be to, kadangi naudojant vandens valdomą lazerinį pjovimą galima pasiekti didelio tikslumo medžiagos pašalinimą, ši technologija ypač tinka plonasienių dalių apdirbimui ir yra pranašesnė už tradicinius lazerinio apdorojimo metodus tikslumu ir paviršiaus kokybe. Nuolat tobulėjant technologijoms, tikimasi, kad vandens valdomas lazerinis pjovimas pakeis tradicinį pjovimą lazeriu daugiau laukų ir taps efektyvesniu bei ekologiškesniu apdorojimo metodu.
Vandeninio lazerinio pjovimo techniniai sunkumai ir plėtros tendencijos
1. Lazerio slopinimas vandens spindulyje: kaip pažangus apdorojimo metodas, jungiantis vandens srovę ir lazerį, vandeniu valdoma lazerinio pjovimo technologija parodė unikalų tikslios gamybos potencialą. Tačiau dėl didelio lazerio energijos slopinimo vandenyje tai riboja jo efektyvumą didelės galios įrenginiuose. Konkrečiai, didelės galios tankio lazeris vandens pluošte turi didelį energijos susilpnėjimą dėl daugybinio sklaidos ir absorbcijos, todėl sumažėja apdorojimo greitis. Pavyzdžiui, pjaunant 18 mm storio anglies pluošto kompozitines medžiagas, greitis siekia vos 5 mm per minutę, o tai labai riboja šios technologijos pritaikymą storų medžiagų apdirbimui. Nors dabartiniai tyrimai atskleidė pagrindinius lazerio perdavimo vandenyje principus, kaip efektyviai sumažinti šį slopinimą, tebėra techninė problema, kurią reikia išspręsti. Ateityje gali būti sukurtos dielektrinės medžiagos, pasižyminčios geresnėmis šviesą vedančiomis savybėmis, kad pakeistų vandens pluoštus, taip pagerinant pjovimo efektyvumą ir procesų pritaikymą.
2. Vandens srovės miniatiūrizavimo iššūkis: naudojant vandens valdomo pjovimo lazeriu technologiją, vandens srovės skersmuo tiesiogiai veikia pjovimo tikslumą ir plotį. Tobulėjant mikroapdirbimo technologijai, antgalio skersmuo gali būti sumažintas iki 30 mikronų, taip pasiekiamas didelis pjovimo tikslumas. Tačiau tolesnis vandens purkštukų miniatiūravimas susiduria su daugybe techninių iššūkių, įskaitant vandens pluošto stabilumą, efektyvų ilgį ir lazerio taško skersmens valdymą. Šios problemos turi įtakos ne tik pjovimo efektui, bet ir kelia aukštesnius reikalavimus įrangos projektavimui ir gamybai. Būsimi tyrimai gali būti skirti optimizuoti purkštukų dizainą ir skysčių dinamiką, siekiant dar labiau pagerinti pjovimo tikslumą, išlaikant vandens srovės stabilumą.
3. Purkštuko angos apdorojimo techniniai reikalavimai: Siekiant užtikrinti aukštą vandens valdomo lazerinio pjovimo kokybę, labai svarbus purkštuko angos projektavimas ir gamybos tikslumas. Purkštuko anga turi būti itin plonos sienelės storio, išlaikant didelio tikslumo apvalumą ir be kūgio, kad būtų atsparus vandens srauto poveikiui. Be to, norint užtikrinti vandens pluošto stabilumą ir nuoseklumą, angos vidinio paviršiaus šiurkštumą reikia kontroliuoti itin žemai. Dėl šių didelių projektavimo standartų labai sunku apdoroti purkštukų angas, ypač masinėje gamyboje. Kaip išlaikyti nuoseklumą ir tikslumą – pagrindinis iššūkis, su kuriuo susiduria gamybos pramonė.
4. Movos išlyginimo valdymo sistemos sudėtingumas: Vandeniu valdomoje lazerinio pjovimo sistemoje lazerio spindulio ir vandens pluošto sujungimo ir išlyginimo tikslumas tiesiogiai veikia pjovimo kokybę. Šiuo metu, nors buvo priimti didelio tikslumo servo pavaros valdymo mechanizmai, greito ir tikslaus lazerio ir vandens pluošto sujungimo problema nėra iki galo išspręsta. Siekiant pagerinti sukabinimo tikslumą, būtina įdiegti pažangesnes aptikimo ir kalibravimo sistemas, tokias kaip vandens pluošto pluošto ir lazerinio fokusavimo jungties aptikimo sistema, ruošinio padėties nustatymo sistema ir kt. Šių sistemų integravimas ir optimizavimas yra esminis veiksnys. didelio tikslumo vandeniu valdomas lazerinis pjovimas.
5. Nepakankamas sistemingas procesų tyrimas: nors teoriškai vandens valdoma lazerinė technologija parodė daug pranašumų, procesų valdymas vis dar susiduria su daugybe iššūkių praktiškai taikant. Šiuo metu pramonėje trūksta visos apdirbimo technologijos ir vertinimo sistemos, todėl sunku išlaikyti tokius pagrindinius rodiklius kaip apdorojimo efektyvumas, tikslumas ir medžiagos paviršiaus vientisumas. Dėl šio proceso tyrimo trūkumo vandens valdomos lazerinio pjovimo technologijos pritaikomumas skirtingomis medžiagomis ir storio sąlygomis yra prastas. Todėl ateityje reikia sistemingesnių procesų tyrimų, siekiant sukurti išsamią proceso parametrų biblioteką ir vertinimo standartus, kad būtų padidintas vandeniu valdomos lazerinės technologijos pramoninio pritaikymo potencialas.
