Лазерная резка

Лазерная резка

 Не так давно в Германии жил граф, которого все считали сумасшед­шим, поскольку он обещал перенести сотню человек по воздуху. Граф Цеппелин заявил об этом в 1902 г. Другой не менее знаменитый сегодня человек описал в 1865 г. старт ракеты с восточного берега Флориды на Луну. Все были восхищены фантазией французского писателя - автора книги "Путешествие на Луну". Его имя Жюль Верн.

Мечтатели и фантасты неоднократно предсказывали возможность изоб­ретения других невероятных вещей, в частности луча, отличающегося не­обычайными свойствами.

И вот, в 1960 г. первый лазерный луч был получен при накачке малень­кого кубического кристалла рубина вспышками света. Четверо ученых получили Нобелевскую премию за теоретическое предсказание этого явления, а человек, которому впервые удалось получить лазерный луч, - доктор Г. Мейман.

Несколько лет спустя некоторые физики проводили испытания по сварке, бурению, гравированию, скрайбированию, сверлению, синтезу, закаливанию, маркированию, плавлению и формированию структур с по­мощью лазерного луча без контакта с материалом.

Лазерные системы делятся на три основные группы: твердотельные лазеры; газовые, среди которых особое место занимает С02-лазер; и полу­проводниковые лазеры. В последние годы появились такие новые системы, как перестраиваемые лазеры на красителях, твердотельные лазеры на крис­талле иттрий-литиевого флюорита, легированного эрбием (ИЛФ, Er: YLF), длина волны излучения которого 1,73 мкм. Кристалл был впервые получен в лаборатории "Сандерс", штат Флорида. Достоинство кристаллов ИЛФ заключается в том, что лазеры на ИЛФ излучают не столь опасную для че­ловека длину волны, как, например, лазеры на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом (ИАГ, Nd: YAG).

Первый перестраиваемый аргоновый лазер с электронно-лучевой на­качкой испускает излучение длиной волны 0,25-0,4 нм и имеет мощность около 1,7 кВт. Следующая новая разработка - первая лазерная система, которая работает на двух различных длинах волн, - изготовлена в Японии фирмой НИИК (NIIC). В этой установке используется излучение двух лазе­ров : на ИАГ и (или) на газе С02.

Третью, самую многочисленную группу, составляют полупроводнико­вые лазеры. Они в основном применяются в волоконной оптике, детекто­рах огня, дыма, робототехнике и т.д.

Основными изготовителями промышленных лазеров являются США, Великобритания и Япония, далее следуют ФРГ, Франция и Италия.

Твердотельные активные элементы состоят из несущего материала, в который внедрены ионы, испускающие излучение. Известны три чаще всего используемых кристалла: окись алюминия, легированная ионами хрома (рубин)1; стекло с неодимом (Nd: glass) и ИАГ. Основные свойства лазеров определяются легирующими ионами, в то время как многие из практичес­ких свойств зависят от материала носителя. Рубин излучает в видимой об­ласти спектра на длине волны 694 нм, неодимовые активные элементы работают в области 1060 нм, точнее длина волны определяется в зависи­мости от материала носителя.

ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ

Существует несколько смесей газов, которые могут испускать вы­нужденное излучение. Один из газов - двуокись углерода - применяется в С02 -лазерах мощностью до 15 кВт. Примером использования этого лазера может служить металлорежущий станок, изготовленный американской фирмой АВКО (AVCO). Рассмотрим некоторые возможности использо­вания газовых лазеров в промышленных установках.

Известна термическая обработка материалов и деталей обычными сред­ствами. Предварительный подогрев с использованием газовых лазеров поз­воляет обрабатывать материалы высокой твердости. Прямолинейные участ­ки многокомпонентных деталей легко свариваются газовыми лазерами, в то время как непрямолинейные участки свариваются с использованием специальных поворотных оптических устройств. Фирмы автомобильной промышленности, за исключением военных концернов, а также фирмы, выпускающие тяжелые тракторы, вагоны, краны широко используют газовые лазеры больших мощностей.

С02-ЛАЗЕР

В течение последних, нескольких лет на заводах фирмы "Форд" в г. Колон листовые металлические части автомобилей вырезаются С02-ла­зером. Первым автомобилем, собранным из предвари­тельно разрезанных лазером деталей, был автомобиль "Капри 11".

Установки на основе С02 -лазеров мощностью 500 Вт успешно приме­няются для лазерного резания по шаблонам и раскройки сталей или пласт­масс. Широко известны станки с лазерным оборудованием, изготовленные фирмой "Трумпф" г. Штутгарт. Станки могут использоваться для лазерной резки материала и для пробивания отверстий, если их диаметр не слиш­ком мал. Режимы меняются в течение нескольких секунд автоматичес­ки или полуавтоматически. В общем случае толщина разрезаемого материа­ла зависит от мощности излучения.

В течение последних десятилетий стоимость С02-лазеров снизилась. Стоимость газов, применяемых в С02-лазерах, невысока и сравнима со стоимостью энергии, потребляемой станками, предназначенными для про­бивания отверстий. Характеристики С02 -лазеров стабильны. Лазеры легки в управлении и безопасны при соблюдении правил эксплуатации.