Станки ПЕРГАМ Станки - каталог станков ведущих мировых производителей
станки не поставляются, актуальный список оборудования на сайте pergam.ru

Компания Пергам не занимается поставкой станков с 2011 года, информация на сайте носит справочный характер.





Главная

Применение диодных лазеров в современной металлообработке

Состояние развития промышленности любой цивилизованной страны оценивается по тому, как используются в ней последние достижения науки и техники. Хотя с того времени, как советским и американским учёным удалось получить стимулированное когерентное излучение, прошло более 50 лет, лазеры относятся к наиболее современным устройствам, с помощью которых решаются задачи во многих отраслях и сферах деятельности. На начальном этапе разработки и применения оптических генераторов в промышленности получили твёрдотельные, а также газовые лазеры, например, для термообработки, резки и сварки материалов, которые генерировали достаточный уровень энергии для реализации технологических процессов. Сегодня многие современные станки оснащены подобными лазерами. В восьмидесятых годах прошлого столетия усилиями спецов научных и научно-производственных центров Москвы, Омска, Новосибирска, Минска удалось сократить разрыв в разработке пром-технологий между Советским Союзом и Штатами и существенно обогнать европейские страны. По существу, в 80-х годах ушедшего столетия были разработаны теплофизические основы взаимодействия лазерного излучения с поверхностями металла с выработкой оптимальных характеристик процессов: резки, сварки, термической обработки и наплавки. Выявленные зависимости и закономерности получили подтверждение при разработке технологий лазерного термического воздействия (упрочнения) и лазерной наплавки и испытаний десятков деталей, например, коленчатых и распределительных валов с внедрением технологий в промышленность.

Перестройка девяностых годов ушедшего столетия отрицательно сказалась на развитии науки и техники, что привело к значительному отставанию России от ведущих стан в разработке новейших лазерных систем и их использовании в промышленности, в частности, для металлообработки. Поэтому в настоящей статье рассматривается состояние разработок лазерных систем в Америке и их использование в промышленности для решения ряда технологических задач. Причём, исследуется и обсуждается применение тех лазеров, чей принцип действия основан на использовании полупроводников. Эти же типы лазеров известны ещё в 60-70-х годах прошлого столетия и, если не рассматривать и не принимать во внимание принцип действия, то в качестве их основного преимущества рассматривался более высокий коэффициент полезного действия. Однако излучаемой такими устройствами энергии было не достаточно для проведения исследований по разработке технологий металлообработки. В обзоре приводятся данные по разработке и использованию полупроводниковых лазеров для термической обработки в США, наплавки, сварки и пайки.

Потребность в мощных лазерах на основе диодов с прямым переходом в настоящий момент быстро растёт, особеннo в таких областях, как термообработка (поверхностное упрочнение), наплавка, сварка и пайка, фрезерные станки оснащенные лазерными системами на порядок превосходят своих конкурентов. Важнейшим элементом каждого твёрдотельного лазера – стержневого, дискового или световодного – является диодная система накачки, трансформирующая электрическую энергию в оптическую. Теоретически довольно давно известно, что использование выходного излучения лазерных диодов напрямую для обработки материалов может упростить лазерную систему и быть конструктивным с точки зрения стоимости и размеров лазера. В прошлом диодные лазеры не были способны генерировать такую же мощность или плотность мощности как «рабочие лошадки» – промышленные лазеры на углекислом газе или иттрий-алюминиевом гранате. По счастливому стечению обстоятельств, в последние годы существенный прогресс произошёл в технологии производства диодов с прямым переходом, в том числе в таких важнейших областях, как технологии получения полупроводников, методов пакетирования, оптических системах и создании прогрессивной системы водяного охлаждения. С выходным излучением мощностью в несколько киловатт лазерные диоды с прямым переходом (DDL) оказались оптимальным решением для нескольких приложений.

В простейшем диодном лазере, называемом одиночным излучателем, излучение генерируется в очень небольшом объёме и выходит через микроскопическую излучающую площадку. Такие диоды применяются в CD/DVD проигрывателях, телекоммуникациях и для накачки маломощных твёрдотельных лазеров. Следующий уровень сложности диодных лазеров – создание монолитной линейки лазерных диодов (до 50 диодно-лазерных излучателей). Более высокую мощность получают стыкуя диоды в двумерную матрицу или стопку. В подобных конфигурациях выходное излучение может быть реструктурировано и сфокусировано традиционной оптикой или путём присоединения к световоду или пучку световодов. Имеется несколько промышленных применений с использованием обоих оптических форматов. Более того, в коммерческих применениях использованы конфигурации, включающие в себя несколько стопок диодов, сопряжённых с подобной оптикой. Одиночные диоды способны излучать энергию до 100 ватт, что позволяет конструировать матрицы диодов с многокиловатной мощностью излучения. Современные лазеры на полупроводниках генерируют излучение с гораздо более высокой плотностью энергии, чем их предшественники; сфокусированное излучение достигает плотности потока энергии порядка 800 кВт/см. Кроме того, это мощное излучение легко может быть промодулировано с частотой до 10 кГц, упрощая процесс контроля параметров пучка. Подобный уровень генерируемого излучения более чем достаточен для многих процессов металлообработки.

В то же самое время требования к коммуникациям, лазерной накачке и военного применения инициировали стремительный прогресс в надёжности и долговечности, приблизив долговечность типичной многокиловатной диодной системы к 20000 часам. В результате лазерные диоды с прямым переходом на сегодня предлагают самую компактную упаковку и наивысшее отношение мощность/стоимость при выходной мощности и плотности потока энергии, удовлетворяющих требованиям многих традиционных промышленных процессов с экономически оправданной производительностью.

© ћеталлообрабатывающие станки
статьи