Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

Υπουργείο Παιδείας και Επιστημών της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Ομοσπονδιακό κρατικό προϋπολογισμό εκπαιδευτικό ίδρυμα τριτοβάθμιας εκπαίδευσης. Βλαντιμίρ Κρατικό Πανεπιστήμιο που πήρε το όνομά του από τους A.G. και N.G. Stoletovs.

Τμήμα ΦΠΜ.

Περίληψη για το θέμα

«Διάτρηση τρύπας με λέιζερ»

Ολοκληρώθηκε το:

Φοιτητική ομάδα LT - 115

Gordeeva Ekaterina

Βλαντιμίρ, 2016

Εισαγωγή

Ακτίνα λέιζερ ως τρυπάνι

Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε μέταλλα

Διάτρηση μη μεταλλικών υλικών

Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε σκληρές επιφάνειες

διάκριση διάτρησης με λέιζεραυξημένη ευθραυστότητα

συμπέρασμα

Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Επί του παρόντος, το λέιζερ εκτελεί με επιτυχία έναν αριθμό τεχνολογικών εργασιών, κυρίως όπως κοπή, συγκόλληση, διάνοιξη οπών, θερμική επεξεργασία επιφανειών, χάραξη, σήμανση, χάραξη κ.λπ., και σε ορισμένες περιπτώσεις παρέχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων επεξεργασίας. των οπών στο υλικό μπορεί να ολοκληρωθεί γρηγορότερα και η χάραξη ανόμοιων υλικών είναι πιο τέλεια. Επιπλέον, ορισμένοι τύποι λειτουργιών που προηγουμένως ήταν αδύνατο να πραγματοποιηθούν λόγω δύσκολης προσβασιμότητας εκτελούνται με μεγάλη επιτυχία. Για παράδειγμα, η συγκόλληση υλικών και η διάνοιξη οπών μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω γυαλιού σε κενό ή ατμόσφαιρα διαφόρων αερίων.

Η λέξη "λέιζερ" αποτελείται από αρχικά γράμματα Αγγλική φράσηΕνίσχυση φωτός με διεγερμένη εκπομπή ακτινοβολίας, που μεταφράζεται στα ρωσικά σημαίνει: ενίσχυση φωτός μέσω διεγερμένης εκπομπής. Κλασικά, συνέβη ότι κατά την περιγραφή των τεχνολογιών λέιζερ για την επεξεργασία υλικών, η κύρια προσοχή δίνεται μόνο στα ίδια τα λέιζερ, τις αρχές λειτουργίας τους και τις τεχνικές παραμέτρους. Ωστόσο, για την εφαρμογή οποιασδήποτε διαδικασίας επεξεργασίας υλικών διαστάσεων με λέιζερ, εκτός από το λέιζερ, ένα σύστημα εστίασης δέσμης, μια συσκευή για τον έλεγχο της κίνησης της δέσμης κατά μήκος της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας ή μια συσκευή για τη μετακίνηση του προϊόντος σε σχέση με η δέσμη, ένα σύστημα εμφύσησης αερίου, συστήματα οπτικής καθοδήγησης και εντοπισμού θέσης, λογισμικό ελέγχου διαδικασίας κοπής με λέιζερ, χάραξης κ.λπ. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η επιλογή των παραμέτρων για συσκευές και συστήματα που εξυπηρετούν άμεσα το λέιζερ δεν είναι λιγότερο σημαντική από τις παραμέτρους του ίδιου του λέιζερ. Για παράδειγμα, για τη σήμανση ρουλεμάν με διάμετρο μικρότερη από 10 mm ή τη συγκόλληση με λέιζερ ακριβείας, ο χρόνος που δαπανάται για την τοποθέτηση του προϊόντος και την εστίαση υπερβαίνει το χρόνο χάραξης ή συγκόλλησης κατά μία ή δύο τάξεις μεγέθους (ο χρόνος για την εφαρμογή του η σήμανση στο ρουλεμάν είναι περίπου 0,5 s). Επομένως, χωρίς τη χρήση συστημάτων αυτόματης τοποθέτησης και εστίασης, η χρήση συστημάτων λέιζερ σε πολλές περιπτώσεις καθίσταται οικονομικά ακατάλληλη. Η αναλογία των συστημάτων λέιζερ με τα αυτοκίνητα δείχνει ότι το λέιζερ λειτουργεί ως κινητήρας. Όσο καλός κι αν είναι ο κινητήρας, αλλά χωρίς ρόδες και όλα τα άλλα, το αυτοκίνητο δεν θα πάει.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την επιλογή συστημάτων τεχνολογίας λέιζερ είναι η ευκολία συντήρησής τους. Όπως έχει δείξει η πρακτική, οι χειριστές έχουν χαμηλά προσόντα για τη συντήρηση τέτοιου εξοπλισμού. Ένας από τους λόγους για αυτό είναι ότι τα συστήματα λέιζερ εγκαθίστανται στις περισσότερες περιπτώσεις για να αντικαταστήσουν παρωχημένες τεχνολογικές διεργασίες (κρουστική και χημική σήμανση προϊόντων, μηχανική χάραξη, χειροκίνητη συγκόλληση, χειροκίνητη σήμανση κ.λπ.). Οι επικεφαλής των επιχειρήσεων που εκσυγχρονίζουν την παραγωγή τους, κατά κανόνα, για ηθικούς λόγους, αντικαθιστώντας τον παλιό εξοπλισμό με νέο, εγκαταλείπουν το παλιό (κυριολεκτικά και μεταφορικά) προσωπικό εξυπηρέτησης. Επομένως, για την εισαγωγή τεχνολογικών συστημάτων λέιζερ στην παραγωγή με δεδομένο αρχικές συνθήκεςη ανάπτυξή του (στις μετασοβιετικές δημοκρατίες) είναι απαραίτητο να προβλεφθεί το υψηλότερο δυνατό επίπεδο αυτοματοποίησης και ευκολίας μάθησης. Δεν πρέπει να απορρίψουμε το γεγονός ότι ο μισθός του ανειδίκευτου προσωπικού είναι χαμηλότερος από αυτόν ενός εκπαιδευμένου ειδικού. Ως εκ τούτου, είναι πιο οικονομικό να αγοράζετε εξελιγμένο εξοπλισμό με δυνατότητα ευκολίας συντήρησης παρά να προσκαλέσετε υψηλά καταρτισμένο προσωπικό.

Έτσι, το καθήκον της χρήσης τεχνολογιών λέιζερ στη σύγχρονη παραγωγή θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο από την άποψη των τεχνικών παραμέτρων του ίδιου του λέιζερ, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού και του λογισμικού που επιτρέπουν τη χρήση των ειδικών ιδιοτήτων του λέιζερ για την επίλυση ενός συγκεκριμένου τεχνολογικού προβλήματος.

Κάθε σύστημα λέιζερ που έχει σχεδιαστεί για επεξεργασία διαστάσεων υλικών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:

Ταχύτητα επεξεργασίας (κοπή, χάραξη, κ.λπ.).

ανάλυση;

ακρίβεια επεξεργασίας·

Το μέγεθος του πεδίου εργασίας.

Σειρά υλικών επεξεργασίας (σιδηρούχα μέταλλα, μη σιδηρούχα μέταλλα, ξύλο, πλαστικά κ.λπ.).

Το φάσμα των μεγεθών και των βαρών των προϊόντων που προορίζονται για επεξεργασία.

Διαμόρφωση προϊόντος (για παράδειγμα, χάραξη σε επίπεδες, κυλινδρικές, κυματιστές επιφάνειες).

Ο απαιτούμενος χρόνος για την αλλαγή των εργασιών που εκτελούνται (αλλαγή του σχεδίου χάραξης, διαμόρφωση - γραμμές κοπής, αλλαγή υλικού επεξεργασίας κ.λπ.)

Χρόνος εγκατάστασης και τοποθέτησης του προϊόντος.

Παράμετροι περιβαλλοντικών συνθηκών (εύρος θερμοκρασίας, υγρασία, περιεκτικότητα σε σκόνη) σε ---- στις οποίες μπορεί να λειτουργήσει το σύστημα.

Απαιτήσεις για τα προσόντα του προσωπικού εξυπηρέτησης.

Με βάση αυτές τις παραμέτρους, επιλέγεται ο τύπος λέιζερ, η συσκευή σάρωσης δέσμης, αναπτύσσεται ο σχεδιασμός του συνδετήρα για το προϊόν, το επίπεδο αυτοματοποίησης του συστήματος στο σύνολό του, το ζήτημα της ανάγκης εγγραφής εξειδικευμένα προγράμματαγια την προετοιμασία αρχείων σχεδίασης, κοπής γραμμών κ.λπ.

Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη φύση της επεξεργασίας είναι οι ενεργειακές παράμετροι του λέιζερ - ενέργεια, ισχύς, ενεργειακή πυκνότητα, διάρκεια παλμού, χωρική και χρονική δομή της ακτινοβολίας, χωρική κατανομή της πυκνότητας ισχύος ακτινοβολίας στο σημείο εστίασης, συνθήκες εστίασης. φυσικές ιδιότητεςυλικό.

Ακτίνα λέιζερ ως τρυπάνι

Διάνοιξη οπών σε πέτρες ρολογιών - αυτή ήταν η αρχή της εργασιακής δραστηριότητας του λέιζερ. Μιλάμε για ρουμπινιές, οι οποίες χρησιμοποιούνται στα ρολόγια ως απλά ρουλεμάν. Κατά την κατασκευή τέτοιων ρουλεμάν, απαιτείται η διάνοιξη οπών σε ρουμπίνι - ένα πολύ σκληρό και ταυτόχρονα εύθραυστο υλικό - οπές με διάμετρο μόνο 1-0,05 mm. Για πολλά χρόνια, αυτή η λειτουργία κοσμήματος γινόταν με τη συνήθη μηχανική μέθοδο χρησιμοποιώντας τρυπάνια από λεπτό σύρμα πιάνου με διάμετρο 40-50 μικρά. Ένα τέτοιο τρυπάνι έκανε έως και 30 χιλιάδες στροφές ανά λεπτό και ταυτόχρονα εκτελούσε περίπου εκατό παλινδρομικές κινήσεις. Χρειάστηκαν έως και 10-15 λεπτά για να τρυπηθεί μια πέτρα.

Ξεκινώντας το 1964, η αναποτελεσματική μηχανική διάτρηση των λίθων ρολογιών άρχισε να αντικαθίσταται από διάτρηση με λέιζερ παντού. Φυσικά, ο όρος "γεώτρηση με λέιζερ" δεν πρέπει να εκληφθεί κυριολεκτικά. Η δέσμη λέιζερ δεν ανοίγει τρύπα, την τρυπάει προκαλώντας έντονη εξάτμιση του υλικού. Σήμερα, η διάτρηση με λέιζερ πέτρες ρολογιών είναι συνηθισμένη. Για το σκοπό αυτό, ειδικότερα, χρησιμοποιούνται λέιζερ γυαλιού νεοδυμίου. Μια τρύπα στην πέτρα (με πάχος τεμαχίου κατεργασίας 0,5-1 mm) ανοίγει με μια σειρά από πολλούς παλμούς λέιζερ με ενέργεια 0,5-1 J. Η παραγωγικότητα της μηχανής λέιζερ σε αυτόματη λειτουργία είναι μια πέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτό είναι χίλιες φορές υψηλότερο από την παραγωγικότητα της μηχανικής γεώτρησης!

Λίγο μετά τη γέννησή του, το λέιζερ έλαβε την επόμενη εργασία, την οποία αντιμετώπισε εξίσου επιτυχώς - διάνοιξη (τρύπημα) οπών σε μήτρες διαμαντιών. Ίσως δεν γνωρίζουν όλοι ότι για να αποκτήσετε ένα πολύ λεπτό σύρμα από χαλκό, μπρούτζο, βολφράμιο, χρησιμοποιείται η τεχνολογία έλξης του μετάλλου μέσα από μια τρύπα της κατάλληλης διαμέτρου. Τέτοιες οπές ανοίγονται σε υλικά με ιδιαίτερα υψηλή σκληρότητα, επειδή κατά τη διαδικασία τραβήγματος του σύρματος, η διάμετρος της οπής πρέπει να παραμείνει αμετάβλητη. Το διαμάντι είναι γνωστό ότι είναι το πιο σκληρό. Επομένως, είναι καλύτερο να τραβήξετε ένα λεπτό σύρμα μέσα από μια τρύπα στο διαμάντι - μέσω των λεγόμενων διαμαντιών. Μόνο με τη βοήθεια μήτρων διαμαντιού είναι δυνατό να αποκτήσετε ένα εξαιρετικά λεπτό σύρμα με διάμετρο μόνο 10 μικρά. Αλλά πώς μπορείτε να ανοίξετε μια λεπτή τρύπα σε ένα υπερσκληρό υλικό όπως το διαμάντι; Είναι πολύ δύσκολο να το κάνετε αυτό μηχανικά - χρειάζονται έως και δέκα ώρες για να ανοίξετε μηχανικά μια τρύπα σε μια μήτρα διαμαντιού.

Έτσι φαίνεται σε τομή μια τρύπα σε ένα διαμαντένιο καλούπι. Οι παλμοί λέιζερ τρυπούν ένα τραχύ κανάλι σε ένα διαμάντι. Στη συνέχεια, επεξεργάζοντας το κανάλι με υπερήχους, λείανση και γυάλισμα, του δίνουν το απαραίτητο προφίλ. Το σύρμα που προκύπτει με το τράβηγμα της μήτρας έχει διάμετρο d

Αυτές οι καθαρές οπές, διαμέτρου 0,3 mm, ανοίγονται σε κεραμική πλάκα αλουμίνας πάχους 0,7 mm χρησιμοποιώντας λέιζερ CO2.

Με τη βοήθεια λέιζερ, τρυπούνται πολύ λεπτές τρύπες στα κεραμικά - με διάμετρο μόλις 10 μικρά. Σημειώστε ότι τέτοιες οπές δεν μπορούν να ληφθούν με μηχανική διάτρηση.

Το γεγονός ότι η γεώτρηση είναι το επάγγελμα του λέιζερ, κανείς δεν αμφέβαλλε. Εδώ, το λέιζερ στην πραγματικότητα δεν είχε άξιους ανταγωνιστές, ειδικά όταν επρόκειτο να ανοίξει πολύ λεπτές και πολύ βαθιές τρύπες, όταν έπρεπε να ανοίξουν τρύπες σε πολύ εύθραυστα ή πολύ σκληρά υλικά. Πέρασε σχετικά σύντομος χρόνος και έγινε σαφές ότι η δέσμη λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία όχι μόνο για διάτρηση, αλλά και για πολλές άλλες εργασίες επεξεργασίας υλικού. Έτσι σήμερα μπορούμε να μιλήσουμε για την εμφάνιση και την ανάπτυξη νέα τεχνολογία- λέιζερ.

Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε μέταλλα

Υπάρχουν πλεονεκτήματα στη χρήση λέιζερ ως εργαλείο διάτρησης.

Δεν υπάρχει μηχανική επαφή μεταξύ του εργαλείου διάτρησης και του υλικού, καθώς και σπάσιμο και φθορά των τρυπανιών.

Η ακρίβεια της τοποθέτησης της οπής είναι αυξημένη, αφού τα οπτικά που χρησιμοποιούνται για την εστίαση της δέσμης λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης για να την κατευθύνουν στο επιθυμητό σημείο. Οι τρύπες μπορούν να προσανατολιστούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Επιτεύχθηκε μεγαλύτερη στάσηβάθος έως τη διάμετρο διάτρησης από ό,τι συμβαίνει με άλλες μεθόδους διάτρησης.

Κατά τη διάτρηση, καθώς και κατά την κοπή, οι ιδιότητες του υλικού που υποβάλλεται σε επεξεργασία επηρεάζουν σημαντικά τις παραμέτρους λέιζερ που απαιτούνται για την εκτέλεση της λειτουργίας. Η διάτρηση πραγματοποιείται με παλμικά λέιζερ που λειτουργούν τόσο σε λειτουργία ελεύθερης λειτουργίας με διάρκεια παλμού της τάξης του 1 μs όσο και σε λειτουργία μεταγωγής Q με διάρκεια πολλών δεκάδων νανοδευτερόλεπτων. Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει θερμική επίδραση στο υλικό, η τήξη και η εξάτμισή του. Η τρύπα μεγαλώνει σε βάθος κυρίως λόγω της εξάτμισης, και σε διάμετρο λόγω της τήξης των τοιχωμάτων και της εκροής υγρού υπό την δημιουργούμενη υπερβολική πίεση ατμών.

Τυπικά, οι βαθιές οπές της επιθυμητής διαμέτρου λαμβάνονται χρησιμοποιώντας επαναλαμβανόμενους παλμούς λέιζερ χαμηλής ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται οπές με μικρότερη κωνικότητα και καλύτερη ποιότητα από οπές που λαμβάνονται με μεγαλύτερη ενέργεια ενός μόνο παλμού. Εξαίρεση αποτελούν υλικά που περιέχουν στοιχεία ικανά να δημιουργήσουν υψηλή τάση ατμών. Έτσι, είναι πολύ δύσκολο να συγκολλήσετε ορείχαλκο με λέιζερ παλμική ακτινοβολίαλόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε ψευδάργυρο, ωστόσο, κατά τη διάτρηση, ο ορείχαλκος έχει ορισμένα πλεονεκτήματα, καθώς τα άτομα ψευδαργύρου βελτιώνουν σημαντικά τον μηχανισμό εξάτμισης.

Δεδομένου ότι η λειτουργία πολλαπλών παλμών σάς επιτρέπει να λαμβάνετε τρύπες με την καλύτερη ποιότητα της επιθυμητής γεωμετρίας και με μικρή απόκλιση από τις καθορισμένες διαστάσεις, στην πράξη αυτή η λειτουργία έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη κατά τη διάνοιξη οπών σε λεπτά μέταλλα και μη μεταλλικά υλικά. Ωστόσο, κατά τη διάνοιξη οπών σε χοντρά υλικά, προτιμώνται μόνοι παλμοί υψηλής ενέργειας. Η διάφραγμα της ροής του λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη διαμορφωμένων οπών, αλλά αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα στην επεξεργασία λεπτών μεμβρανών και μη μεταλλικών υλικών. Όταν η διάτρηση με λέιζερ εκτελείται σε λεπτά φύλλα με πάχος μικρότερο από 0,5 mm, υπάρχει κάποια ενοποίηση της διαδικασίας, που συνίσταται στο γεγονός ότι μπορούν να γίνουν οπές με διάμετρο 0,001 έως 0,2 mm σε όλα τα μέταλλα σε σχετικά χαμηλές ισχύς .

Η διάνοιξη οπών σε μέταλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις. Έτσι, με τη βοήθεια παλμικών λέιζερ, μπορεί να πραγματοποιηθεί δυναμική εξισορρόπηση εξαρτημάτων που περιστρέφονται με υψηλή ταχύτητα. Η ανισορροπία επιλέγεται με τοπική τήξη συγκεκριμένου όγκου υλικού. Το λέιζερ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είτε με τοπική εξάτμιση του υλικού είτε με γενική θέρμανση. Η υψηλή πυκνότητα ισχύος, το μικρό μέγεθος κηλίδας και η μικρή διάρκεια παλμού καθιστούν το λέιζερ ιδανικό εργαλείο για αυτήν την εφαρμογή.

Τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη οπών σε μέταλλο θα πρέπει να παρέχουν εστιασμένη πυκνότητα ισχύος δέσμης της τάξης των 107 - 108 W/cm2. Η διάνοιξη οπών με μεταλλικά τρυπάνια με διάμετρο μικρότερη από 0,25 mm είναι μια δύσκολη πρακτική εργασία, ενώ η διάτρηση με λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη οπών με διάμετρο ανάλογη με το μήκος κύματος ακτινοβολίας με αρκετά υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης. Οι ειδικοί της εταιρείας "General Electric" (ΗΠΑ) υπολόγισαν ότι η διάνοιξη οπών με λέιζερ σε σύγκριση με την επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων έχει υψηλή οικονομική ανταγωνιστικότητα. Επί του παρόντος, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη διάνοιξη οπών. Παρέχουν ρυθμό επανάληψης παλμών έως και 1000 Hz και ισχύ σε συνεχή λειτουργία από 1 έως 103 W, σε λειτουργία παλμού έως εκατοντάδες κιλοβάτ και σε λειτουργία μεταγωγής Q έως αρκετά μεγαβάτ. Μερικά αποτελέσματα επεξεργασίας από τέτοια λέιζερ δίνονται στον πίνακα.

	Πάχος, mm	Διάμετρος οπής, mm	Διάρκεια γεώτρηση	ενέργεια λέιζερ,
		εισαγωγή	σαββατοκύριακο
Ανοξείδωτο ατσάλι				10 παρορμήσεις
Νικέλιο χάλυβας
Βολφράμιο
Μολυβδαίνιο

Διάτρηση μη μεταλλικών υλικών

Η διάτρηση οπών είναι ένας από τους πρώτους τομείς της τεχνολογίας λέιζερ. Πρώτον, καίγοντας τρύπες σε διάφορα υλικά, οι πειραματιστές τις χρησιμοποίησαν για να υπολογίσουν την ενέργεια ακτινοβολίας των παλμών λέιζερ. Επί του παρόντος, η διαδικασία της διάτρησης με λέιζερ γίνεται μια ανεξάρτητη κατεύθυνση της τεχνολογίας λέιζερ. Τα υλικά που θα τρυπηθούν με δέσμη λέιζερ περιλαμβάνουν αμέταλλα όπως διαμάντια, ρουμπινιές, φερρίτες, κεραμικά κ.λπ., στα οποία η διάνοιξη οπών με συμβατικές μεθόδους είναι δύσκολη ή αναποτελεσματική. Χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ, μπορείτε να ανοίξετε τρύπες διαφορετικών διαμέτρων. Για αυτή τη λειτουργία χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες δύο μέθοδοι. Στην πρώτη μέθοδο, η δέσμη λέιζερ κινείται κατά μήκος ενός δεδομένου περιγράμματος και το σχήμα της οπής καθορίζεται από την τροχιά της σχετικής κίνησής της. Εδώ, λαμβάνει χώρα μια διαδικασία κοπής, κατά την οποία η πηγή θερμότητας κινείται με μια ορισμένη ταχύτητα προς τα μέσα δοθείσα κατεύθυνση: σε αυτή την περίπτωση, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται λέιζερ συνεχών κυμάτων, καθώς και παλμικά λέιζερ που λειτουργούν με αυξημένο ρυθμό επανάληψης παλμών.

Στη δεύτερη μέθοδο, που ονομάζεται μέθοδος προβολής, η επεξεργασμένη οπή επαναλαμβάνει το σχήμα της δέσμης λέιζερ, στην οποία μπορεί να δοθεί οποιοδήποτε τμήμα χρησιμοποιώντας ένα οπτικό σύστημα. Η μέθοδος προβολής της διάνοιξης οπών έχει κάποια πλεονεκτήματα σε σχέση με την πρώτη. Έτσι, εάν τοποθετηθεί ένα διάφραγμα (μάσκα) στη διαδρομή της δοκού, τότε με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατό να αποκοπεί το περιφερειακό τμήμα του και να επιτευχθεί μια σχετικά ομοιόμορφη κατανομή έντασης στη διατομή της δοκού. Λόγω αυτού, το όριο της ακτινοβολούμενης ζώνης είναι πιο ευκρινές, η κωνικότητα της οπής μειώνεται και η ποιότητα βελτιώνεται.

Υπάρχει ένας αριθμός τεχνικών που σας επιτρέπουν να επιλέξετε επιπλέον ένα μέρος του λιωμένου υλικού από την τρύπα που επεξεργάζεται. Ένα από αυτά είναι η δημιουργία υπερπίεσηπεπιεσμένο αέρα ή άλλα αέρια, τα οποία τροφοδοτούνται στη ζώνη γεώτρησης χρησιμοποιώντας ένα ακροφύσιο ομοαξονικό με την ακτινοβολία λέιζερ. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για τη διάνοιξη οπών με διάμετρο 0,05-0,5 mm σε κεραμικές πλάκες πάχους έως 2,5 mm χρησιμοποιώντας λέιζερ CO2 που λειτουργεί σε συνεχή λειτουργία.

Η διάνοιξη οπών σε σκληρά κεραμικά δεν είναι εύκολη υπόθεση: η συμβατική μέθοδος απαιτεί ένα διαμαντένιο εργαλείο, ενώ άλλες υπάρχουσες μέθοδοι είναι δύσκολες λόγω του μεγέθους της οπής σε διάμετρο ίση με τα δέκατα του χιλιοστού. Αυτές οι δυσκολίες είναι ιδιαίτερα αισθητές όταν το πάχος της πλάκας που πρόκειται να κατεργαστεί είναι μεγαλύτερο από τη διάμετρο της οπής. Η αναλογία του βάθους της οπής (πάχος υλικού) προς τη διάμετρό της είναι ένα μέτρο της ποιότητας της απόκτησης λεπτών οπών. είναι 2:1 με συμβατική διάτρηση και περίπου 4:1 με τη μέθοδο υπερήχων που χρησιμοποιείται κατά τη διάτρηση κεραμικών και άλλων πυρίμαχων υλικών.

Η μέθοδος λέιζερ διάτρησης αυτής της κατηγορίας υλικών καθιστά δυνατή την απόκτηση καλύτερη στάσημε πολύ υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης οπών και σχετικά λιγότερο χρόνο. Έτσι, για τη διάτρηση με λέιζερ κεραμικών πολυκρυσταλλικής αλουμίνας υψηλής πυκνότητας, χρησιμοποιήθηκε ένα λέιζερ ρουμπίνι με ενέργεια παλμού 1,4 J, ένας εστιασμένος φακός με εστιακή απόσταση 25 mm στην επιφάνεια του δίσκου και παρέχοντας πυκνότητα ισχύος περίπου 4 -106 W/cm2. Κατά μέσο όρο, απαιτήθηκαν 40 παλμοί με ρυθμό επανάληψης 1 Hz για διάτρηση ενός κεραμικού δίσκου πάχους 3,2 mm. Η διάρκεια του παλμού λέιζερ ήταν 0,5 ms. Οι οπές που προέκυψαν είχαν μια κωνικότητα με διάμετρο περίπου 0,5 mm στην είσοδο και 0,1 mm στην έξοδο. Μπορεί να φανεί ότι η αναλογία του βάθους προς τη μέση διάμετρο της οπής είναι περίπου 11:1, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από την παρόμοια αναλογία για άλλες μεθόδους διάνοιξης οπών. Για απλά υλικά, αυτή η αναλογία για διάτρηση με λέιζερ μπορεί να είναι 50:1.

Για την απομάκρυνση των προϊόντων καύσης και της υγρής φάσης από τη ζώνη γεώτρησης, χρησιμοποιείται εμφύσηση με αέρα ή άλλα αέρια. Η πιο αποτελεσματική εμφύσηση των προϊόντων γίνεται με συνδυασμό εμφύσησης από την μπροστινή πλευρά και κενού από την πίσω πλευρά του δείγματος. Ένα παρόμοιο σχέδιο χρησιμοποιήθηκε για τη διάνοιξη οπών σε κεραμικά πάχους έως 5 mm. Ωστόσο, η αποτελεσματική αφαίρεση της υγρής φάσης σε αυτή την περίπτωση συμβαίνει μόνο μετά το σχηματισμό μιας διαμπερούς οπής.

Στον πίνακα. Το σχήμα 7 δείχνει τις παραμέτρους των οπών σε ορισμένα μη μεταλλικά υλικά και τους τρόπους επεξεργασίας τους.

Υλικό	Επιλογές τρύπας	Λειτουργία επεξεργασίας
	Διάμετρος, mm	Βάθος, mm	Αναλογία βάθους προς διάμετρο	Ενέργεια, Τζ	Διάρκεια παλμού	Πυκνότητα ροής, W/cm2	Αριθμός παλμών ανά οπή
Κεραμικά

Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε σκληρές επιφάνειες

Η διάτρηση οπών με λέιζερ χαρακτηρίζεται από τέτοια φυσικές διεργασίεςόπως η θέρμανση, η εξάτμιση και η τήξη του υλικού. Υποτίθεται ότι η οπή αυξάνεται σε βάθος ως αποτέλεσμα της εξάτμισης και σε διάμετρο - ως αποτέλεσμα της τήξης των τοιχωμάτων και της μετατόπισης του υγρού από υπερβολική πίεση ατμών.

Για τη λήψη οπών ακριβείας με ανοχή περίπου 2 μm, χρησιμοποιούνται λέιζερ με πολύ βραχείς παλμούς στην περιοχή ns και ps. Σας επιτρέπει να ελέγχετε τη διάμετρο της οπής σε ένα δεδομένο επίπεδο, π.χ. δεν οδηγεί σε θέρμανση και τήξη των τοιχωμάτων που είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη της διαμέτρου της οπής, αλλά οδηγεί σε εξάτμιση του υλικού από τη στερεά φάση. Επίσης, η χρήση λέιζερ με εύρη παλμών ns και ps μπορεί να μειώσει σημαντικά την παρουσία στερεοποιημένης υγρής φάσης στις πλευρικές επιφάνειες της οπής.

ΣΕ αυτή τη στιγμήΥπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την υλοποίηση της διάτρησης οπών με λέιζερ: η διάτρηση ενός παλμού χρησιμοποιεί έναν μόνο παλμό ως αποτέλεσμα του οποίου ανοίγεται μια τρύπα. Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι η ταχύτητα. Μειονεκτήματα υψηλή παλμική ενέργεια, χαμηλό πάχος και κανονική μορφήτρύπες μειώνοντας τη μεταφορά θερμικής ενέργειας με την αύξηση του βάθους των οπών.

Στην κρουστική διάτρηση δημιουργείται μια οπή από αρκετούς παλμούς λέιζερ μικρής διάρκειας και ενέργειας.

Πλεονεκτήματα: δυνατότητα δημιουργίας βαθύτερης οπής (περίπου 100 mm), για λήψη οπών μικρής διαμέτρου. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η μεγαλύτερη διαδικασία διάτρησης.

Η διάνοιξη οπών πραγματοποιείται υπό τη δράση πολλών παλμών λέιζερ. Πρώτα, το σφυρί λέιζερ ανοίγει την αρχική τρύπα. Στη συνέχεια, διευρύνει την αρχική οπή μετακινώντας πολλές φορές κατά μήκος της αυξανόμενης κυκλικής διαδρομής στο τεμάχιο εργασίας. Το μεγαλύτερο μέρος του λιωμένου υλικού εξαναγκάζεται να βγει από την τρύπα με κατεύθυνση προς τα κάτω. Η στριφτή διάτρηση, σε αντίθεση με τη διάτρηση πυρήνα, δεν περιλαμβάνει τη δημιουργία οπής εκκίνησης. Το λέιζερ ήδη από τους πρώτους παλμούς κινείται κατά μήκος μιας κυκλικής διαδρομής μέσω του υλικού. Με μια τέτοια κίνηση ένας μεγάλος αριθμός απόβγαίνει υλικό. Κινούμενο σαν σπειροειδής σκάλα, το λέιζερ βαθαίνει την τρύπα. Αφού περάσει το λέιζερ μέσα από το υλικό, μπορούν να γίνουν μερικοί ακόμα γύροι. Έχουν σχεδιαστεί για να διευρύνουν την κάτω πλευρά της οπής και να λειαίνουν τις άκρες. Η στριφτή διάτρηση δημιουργεί πολύ μεγάλες και βαθιές τρύπες Υψηλή ποιότητα. Πλεονεκτήματα: απόκτηση μεγάλων και βαθιών οπών υψηλής ποιότητας.

Πλεονεκτήματα της διάτρησης με λέιζερ: δυνατότητα απόκτησης μικρών οπών (λιγότερο από 100 μικρά), ανάγκη διάνοιξης οπής υπό γωνία, διάνοιξη οπής σε πολύ σκληρά υλικά, δυνατότητα λήψης οπών που δεν είναι στρογγυλές, υψηλή παραγωγικότητα διαδικασίας, χαμηλή θερμική επίδραση στο υλικό (η θέρμανση μειώνεται με τη μείωση του υλικού διάρκειας παλμού), μια μέθοδος χωρίς επαφή που επιτρέπει τη διάτρηση εύθραυστων υλικών (διαμάντι, πορσελάνη, φερρίτης, κρύσταλλο ζαφείρι, γυαλί), υψηλός αυτοματισμός της διαδικασίας, μακροχρόνια εξυπηρέτηση διάρκεια ζωής και σταθερότητα της διαδικασίας.

Αυτή η εργασία είναι αφιερωμένη στην αναζήτηση βέλτιστων τρόπων διάνοιξης οπών με λέιζερ σε διάφορες σκληρές επιφάνειες.

Για τα πειράματα, χρησιμοποιήθηκε ένα υπέρυθρο παλμικό λέιζερ Nd:YAG με μήκος κύματος 1064 nm. Με μέγιστη ισχύ λέιζερ 110 W, ρυθμό επανάληψης παλμού 10 kHz και διάρκεια παλμού 84 ns, οι οπές σε αυτό το έργο προέκυψαν με κρουστική διάτρηση. Κατά τη διάτρηση με λέιζερ, η ισχύς της ακτινοβολίας λέιζερ κυμαινόταν από 3,7 W έως 61,4 W, η διάμετρος της κηλίδας λέιζερ στην επιφάνεια του δείγματος κυμαινόταν από 2 mm έως 4 mm.

Η διάνοιξη οπών με λέιζερ πραγματοποιήθηκε στις ακόλουθες στερεές επιφάνειες: πλαστικό (κίτρινο), ανθρακονήματα, αλουμίνιο, πάχους 1,22,3 mm, αντίστοιχα. μεταλλική τρύπα διάτρησης λέιζερ

Η ποιότητα της διάτρησης με λέιζερ μιας επιφάνειας επηρεάζεται σημαντικά από τις ακόλουθες παραμέτρους: μέση ισχύς ακτινοβολίας λέιζερ, διάμετρος της κηλίδας λέιζερ στην επιφάνεια του δείγματος, φυσικές ιδιότητες του υλικού (συντελεστής απορρόφησης ακτινοβολίας λέιζερ από την επιφάνεια, θερμοκρασία τήξης) μήκος κύματος ακτινοβολίας λέιζερ, διάρκεια παλμού και μέθοδος διάτρησης με λέιζερ (μονός παλμός, κρουστική διάτρηση κ.λπ.).

Ο Πίνακας 1 δείχνει τους τρόπους διάτρησης με λέιζερ σε διάφορες σκληρές επιφάνειες.

Τρόποι διάνοιξης οπών με λέιζερ σε διάφορες επιφάνειες

Διάτρηση με λέιζερ που χαρακτηρίζεται από αυξημένη ευθραυστότητα

διάτρηση με λέιζερχρησιμοποιούνται ευρέως για τη δημιουργία οπών όχι μόνο σε σκληρά και υπερσκληρά υλικά, αλλά και σε υλικά που χαρακτηρίζονται από αυξημένη ευθραυστότητα.

Για διάτρηση λέιζερ οπώνΕπί του παρόντος, χρησιμοποιούν την εγκατάσταση Kvant-11, που δημιουργήθηκε με βάση ένα παλμικό λέιζερ YAG-Nd. Η συγκόλληση με λέιζερ βασίζεται επίσης στη δράση της εστιασμένης παλμικής ακτινοβολίας λέιζερ. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται τόσο συγκόλληση ραφής όσο και σημειακής συγκόλλησης.

Οι κύριες διαδικασίες σε λέιζερ Η διάτρηση των μη μεταλλικών υλικών, καθώς και κατά την κοπή, είναι η θέρμανση, η τήξη και η εξάτμιση από τη ζώνη ακτινοβολίας λέιζερ. Για να εξασφαλιστούν αυτές οι διαδικασίες, είναι απαραίτητο να έχουμε πυκνότητες ισχύος 106 - 107 W / cm2, που δημιουργούνται από το οπτικό σύστημα στο εστιακό σημείο. Σε αυτή την περίπτωση, η τρύπα μεγαλώνει σε βάθος λόγω της εξάτμισης των υλικών. υπάρχει επίσης ένα λιώσιμο των τοίχων και η εκτόξευση του υγρού κλάσματος που δημιουργείται από την υπερβολική πίεση ατμών.Η τρέχουσα βιομηχανία αυτή τη στιγμή χρησιμοποιεί ευρέως διάνοιξη οπών με λέιζερ σε διαμάντια, παρέχοντας υψηλή ακρίβεια και έλεγχο του σχηματισμού οπών στη διαδικασία διάνοιξης.

Η διάνοιξη οπών με μεταλλικά τρυπάνια με διάμετρο μικρότερη από 0,25 mm είναι μια δύσκολη πρακτική εργασία, ενώ διάτρηση με λέιζερεπιτρέπει τη λήψη οπών με διάμετρο ανάλογη με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, με επαρκώς υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης.

Είναι γνωστό από πειράματα ότι τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τα χαρακτηριστικά της κοπής με λέιζερ ακριβείας λεπτών μεταλλικών πλακών γενικά καθορίζονται από τους ίδιους όρους και παράγοντες με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των διεργασιών. διάτρηση με λέιζερ πολλαπλών παλμών . Το μέσο πλάτος μιας διαμπερούς κοπής σε λεπτές μεταλλικές πλάκες είναι συνήθως 30 - 50 μικρά σε όλο το μήκος του δείγματος, τα τοιχώματά τους είναι σχεδόν παράλληλα, η επιφάνεια δεν περιέχει μεγάλα ελαττώματα και ξένα εγκλείσματα. Ένα από τα χαρακτηριστικά της κοπής με παλμική ακτινοβολία είναι η πιθανότητα του λεγόμενου φαινομένου της διοχέτευσης. Αυτό το φαινόμενο εκφράζεται με την εισαγωγή μιας ποιοτικής (διάθλασης) δέσμης στο κανάλι που σχηματίστηκε από προηγούμενους παλμούς μέσω της ανάκλασης από το τοίχωμά του. Ο σχηματισμός ενός νέου καναλιού ξεκινά μετά τη μετατόπιση ολόκληρης της δέσμης περίθλασης πέρα ​​από τα περιγράμματα του προηγούμενου. Αυτή η διαδικασία καθορίζει την περιοριστική τραχύτητα του τοιχώματος κοπής και μπορεί να σταθεροποιήσει την ακρίβεια της κοπής αντισταθμίζοντας την αστάθεια του κατευθυντικού σχεδίου κατά τη διάρκεια της κατεργασίας πολλαπλών περασμάτων. Σε αυτή την περίπτωση, η τραχύτητα των κομμένων άκρων συνήθως δεν ξεπερνούσε τα 4–5 μm, κάτι που μπορεί να θεωρηθεί αρκετά ικανοποιητικό.

Τα λέιζερ εκτελούν επίσης μια τέτοια λειτουργία όπως η χονδροποίηση εξαντλημένων μήτρων στην επόμενη μεγαλύτερη διάμετρο σύμφωνα με το πρότυπο. Εάν κατά τη διάρκεια της μηχανικής γεώτρησης αυτή η λειτουργία κράτησε περίπου 20 ώρες, τότε με Η διάτρηση με λέιζερ απαιτεί μόνο μερικές δεκάδες παλμούς. Το συνολικό χρονικό διάστημα είναι περίπου 15 λεπτά για την χονδροποίηση ενός καλουπιού.

Η διάτρηση οπών είναι ίσως ένας από τους πρώτους τομείς της τεχνολογίας λέιζερ. Η διαδικασία είναι αυτή τη στιγμή Η διάτρηση με λέιζερ γίνεται μια ανεξάρτητη κατεύθυνση της τεχνολογίας λέιζερ και καταλαμβάνει σημαντικό μερίδιο στην εγχώρια και ξένη βιομηχανία. Τα υλικά που θα τρυπηθούν με δέσμη λέιζερ περιλαμβάνουν αμέταλλα όπως διαμάντια, ρουμπινιές, φερρίτες, κεραμικά κ.λπ., στα οποία η διάνοιξη οπών με συμβατικές μεθόδους είναι δύσκολη ή αναποτελεσματική.

Ωστόσο, κατά τη διάνοιξη οπών σε χοντρά υλικά, προτιμώνται μόνοι παλμοί υψηλής ενέργειας. Η διάφραγμα της ροής του λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη διαμορφωμένων οπών, αλλά αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα στην επεξεργασία λεπτών μεμβρανών και μη μεταλλικών υλικών. Σε αυτή την περίπτωση, Προς τηνπότε μεγάλοδιάτρηση με λέιζερ παράγεται σε λεπτά φύλλα πάχους μικρότερου από 0,5 mm, υπάρχει κάποια ενοποίηση της διαδικασίας, που συνίσταται στο γεγονός ότι μπορούν να γίνουν οπές με διάμετρο από 0,001 έως 0,2 mm σε όλα τα μέταλλα σε σχετικά χαμηλές δυνάμεις. Σε μεγάλα πάχη, σύμφωνα με το Σχ. 83, εμφανίζεται μια μη γραμμικότητα λόγω του εφέ διαλογής.

Ακόμη νωρίτερα, σημειώθηκε ότι η χρήση εύκαμπτων PCB αυξάνει την αξιοπιστία τους, μειώνει τον χρόνο συναρμολόγησης των συσκευών κατά εκατοντάδες ώρες και δίνει κέρδος σε όγκο και μάζα κατά 2–4 σε σύγκριση με τη χρήση άκαμπτων PCB σε το ΜΕΑ. Τώρα η προϋπάρχουσα τροχοπέδη στην ανάπτυξη ευέλικτου λογισμικού, δηλαδή ο γνωστός συντηρητισμός των σχεδιαστών που έχουν συνηθίσει να δουλεύουν με συμβατικό λογισμικό, μπορεί να θεωρηθεί ως περασμένο στάδιο. Σε αυτή την περίπτωση, το έργο της μείωσης των μηχανικών τάσεων μεταξύ του PCB και του LSI που είναι εγκατεστημένο σε αυτό στη θήκη κρυστάλλου διευκολύνεται και καθίσταται επίσης δυνατή η απόκτηση διάνοιξη λέιζερ υπομικροσκοπικών οπών με διάμετρο 125 microns (αντί για 800 microns στα συμβατικά PCB) για εναλλαγή μεταξύ των στρωμάτων με συνεχή πλήρωσή τους με χαλκό. Τέλος, το εύκαμπτο πολυϊμιδικό PCB είναι διαφανές, επιτρέποντας οπτική επιθεώρηση όλων των αρμών συγκόλλησης σε κάθε στρώμα κάτω από προσεκτικά επιλεγμένες συνθήκες φωτισμού.

συμπέρασμα

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να επισημάνω μερικά γενικά ζητήματαεφαρμογή τεχνολογιών λέιζερ στη σύγχρονη παραγωγή.

Το πρώτο στάδιο στη δημιουργία μιας τεχνολογικής εγκατάστασης λέιζερ είναι η ανάπτυξη μιας τεχνικής εργασίας. Σε πολλές περιπτώσεις, οι πελάτες προσπαθούν να το παίξουν με ασφάλεια και να του βάλουν χαρακτηριστικά που ξεπερνούν κατά πολύ τις πραγματικές ανάγκες της παραγωγής. Ως αποτέλεσμα, το κόστος του εξοπλισμού αυξάνεται κατά 30-50%. Παραδόξως, ο λόγος για αυτό είναι, κατά κανόνα, το σχετικά υψηλό κόστος των συστημάτων λέιζερ. Πολλοί επιχειρηματίες σκέφτονται ως εξής:

"... αν αγοράσω νέο ακριβό εξοπλισμό, τότε όσον αφορά τα χαρακτηριστικά θα πρέπει να υπερβαίνει τα πρότυπα που απαιτούνται αυτή τη στιγμή, "ίσως", κάποια μέρα θα μου φανεί χρήσιμο ...". Ως αποτέλεσμα, οι πιθανές δυνατότητες του εξοπλισμού δεν χρησιμοποιούνται ποτέ και ο χρόνος απόσβεσης αυξάνεται.

Ένα παράδειγμα μιας τέτοιας προσέγγισης είναι η μετάβαση από τη μηχανική σήμανση των εξαρτημάτων στη σήμανση με λέιζερ. Τα κύρια κριτήρια σήμανσης είναι η αντίθεση της επιγραφής και η αντοχή στην τριβή. Η αντίθεση καθορίζεται από την αναλογία του πλάτους και του βάθους της γραμμής χάραξης. Το ελάχιστο πλάτος γραμμής για μηχανική χάραξη είναι περίπου 0,3 mm. Για να αποκτήσετε μια αντίθετη επιγραφή, το βάθος της πρέπει να είναι περίπου 0,5 mm. Επομένως, σε πολλές περιπτώσεις, κατά τη σύνταξη των όρων αναφοράς για μια εγκατάσταση λέιζερ, λαμβάνονται υπόψη αυτές οι παράμετροι. Αλλά το πλάτος γραμμής κατά τη χάραξη με λέιζερ είναι 0,01-0,03 mm, αντίστοιχα, το βάθος της επιγραφής μπορεί να γίνει 0,05 mm, δηλ. τάξη μεγέθους μικρότερη από ό,τι με μια μηχανική. Επομένως, η σχέση μεταξύ ισχύος λέιζερ και χρόνου σήμανσης μπορεί να βελτιστοποιηθεί σε σχέση με το κόστος του συστήματος. Ως αποτέλεσμα, μειώνεται η τιμή της εγκατάστασης λέιζερ και ως αποτέλεσμα ο χρόνος απόσβεσης της.

Η εισαγωγή τεχνολογιών λέιζερ σε πολλές περιπτώσεις καθιστά δυνατή την επίλυση «παλαιών» προβλημάτων με θεμελιωδώς νέες μεθόδους. Κλασικό παράδειγμα αυτού είναι η εφαρμογή προστατευτικών επιγραφών, εμπορικών σημάτων κ.λπ. σε προϊόντα για προστασία από την παραχάραξη. Οι δυνατότητες της τεχνολογίας λέιζερ καθιστούν δυνατή την αναγνώριση μιας επιγραφής ασφαλείας με μία μόνο γραμμή στην επιγραφή. Η δυνατότητα χρήσης κρυπτογραφικών μεθόδων σάς επιτρέπει να εφαρμόζετε «δυναμική» προστασία από πλαστογραφία, π.χ. ενώ αποθηκεύετε το γενικό σχέδιο, μετά από ορισμένο χρόνο αλλάζουν κάποια στοιχεία που είναι αναγνωρίσιμα μόνο από ειδικούς ή ειδικό εξοπλισμό. Ανέφικτο για τις μηχανικές μεθόδους παραχάραξης είναι η δυνατότητα δημιουργίας μιας μικρής προεξοχής (3-10 microns) από εκπομπές μετάλλων στις άκρες της γραμμής χάραξης με λέιζερ. Η πολύπλοκη χρήση τέτοιων τεχνικών ελαχιστοποιεί την πιθανότητα παραποίησης και την καθιστά οικονομικά ασύμφορη.

Εφαρμογή τεχνολογιών laser σε αυτό το στάδιοΗ τεχνολογική ανάπτυξη (η μετάβαση από τον «άγριο» καπιταλισμό στην κανονική παραγωγή) είναι μόνο μία από τις επιλογές για την έναρξη της διαμόρφωσης αυτού που ονομάζεται παραγωγή υψηλής τεχνολογίας. Αυτές οι μικρές επιχειρήσεις που χρησιμοποιούν πολλά από αυτού του είδους τα συστήματα λέιζερ έχουν επιβεβαιώσει το νόμο της διαλεκτικής της μετάβασης από την ποσότητα στην ποιότητα. Ο νέος εξοπλισμός απαιτεί θεμελιωδώς νέες μεθόδους συντήρησής του, κατά κανόνα, που περιλαμβάνουν αυξημένη προσοχή του προσωπικού και διατήρηση της "καθαριότητας" στο δωμάτιο όπου βρίσκεται. Εκείνοι. υπάρχει μια μετάβαση στην ποιότητα νέο επίπεδοπαραγωγική κουλτούρα. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των εργαζομένων συνήθως μειώνεται και οι διευθυντές επιχειρήσεων αρχίζουν να επιλύουν τα ζητήματα της οργάνωσης της εργασίας όχι μιας «ομάδας εργασίας», αλλά της βελτιστοποίησης της εργασίας μιας επιχείρησης στην οποία οι εργαζόμενοι αποτελούν μόνο αναπόσπαστο μέρος της τεχνολογικής επεξεργάζομαι, διαδικασία. Ανεξάρτητα από το αν αυτή η παραγωγή θα συνεχίσει να χρησιμοποιείται τεχνολογία λέιζερή όχι, η εμπειρία που αποκτήθηκε και η κουλτούρα που έχει διαμορφωθεί δεν θα εξαφανιστεί πουθενά. Αυτό είναι που οι εξωτερικοί παρατηρητές αποκαλούν συνήθως τεχνολογική ή επιστημονική και τεχνολογική επανάσταση, αν και στην πραγματικότητα είναι μια φυσιολογική εξελικτική διαδικασία. Η ιστορία της ανάπτυξης πολλών μεγάλων εταιρειών τεχνολογίας δείχνει ότι σε κάποια χρονική στιγμή αρχικά στάδιαανάπτυξη, όλα είχαν παρόμοιο στάδιο μετάβασης. Μπορεί να συμβεί αυτή τη στιγμή να βρισκόμαστε σε ένα στάδιο τεχνολογικής ανάπτυξης όπου οι σχετικά μικρές επενδύσεις σε νέες τεχνολογίες τώρα θα οδηγήσουν σε μεγάλες αποδόσεις στο μέλλον. Στη συνεργεία, την επιστήμη των αυτοοργάνωσων συστημάτων, μια τέτοια κατάσταση υπόκειται στον νόμο της «πεταλούδας» (R. Bradbury «And thunder roared ...»), ο οποίος περιγράφει τη διαδικασία όταν μικρές αλλαγές στο παρελθόν ή το παρόν οδηγούν σε παγκόσμιες επιπτώσειςστο μέλλον.

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας

1. Rykalin N.N. Επεξεργασία υλικών με λέιζερ. M., Mashinostroenie, 1975, 296 p.

2. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Τεχνολογικές διεργασίες επεξεργασίας λέιζερ: Proc. εγχειρίδιο για πανεπιστήμια / Εκδ. Ο Α.Γ. Γρηγοριάντς. - Μ.: Εκδοτικός οίκος MSTU im. Ν.Ε. Bauman, 2006. -664 σελ.

3. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Η χρήση των λέιζερ στη μηχανολογία και στην κατασκευή οργάνων. - Λ., Μηχανολόγος Μηχανικός. Λένινγκραντ. τμήμα, 1978, 336 σελ.

Φιλοξενείται στο Allbest.ru

...

Παρόμοια Έγγραφα

Ανάπτυξη μηχανήματος για τη διάνοιξη οπών στη ράχη ενός μπλοκ βιβλίου από έντυπο υλικό. Ανάλυση υπάρχοντος εξοπλισμού για διάνοιξη οπών, ελλείψεις του. Ανάπτυξη τεχνολογικό σχέδιοσχεδιασμός εργαλειομηχανών και κεφαλής διάτρησης.

διατριβή, προστέθηκε 29/07/2010


Στάδια ανάπτυξης εργαλείου για τη διάνοιξη οπών σε μέρη: βάση του τεμαχίου εργασίας σε οριζόντιο επίπεδο στην επιφάνεια, επιλογή εξοπλισμού για την τεχνολογική διαδικασία, υπολογισμός συνθηκών κοπής, σφάλματα κατασκευής και ακρίβεια στερέωσης.

θητεία, προστέθηκε 16/11/2010


Τεχνολογικές βάσεις της διαδικασίας διάνοιξης οπών. Τύποι μηχανών και τα κύρια συστατικά τους. Επιρροή του υλικού και των γεωμετρικών στοιχείων του τρυπανιού. Αλλαγή των γεωμετρικών παραμέτρων του κοπτικού τμήματος των τρυπανιών. Οι κύριοι τρόποι τελικής επεξεργασίας για την κατασκευή τρυπανιών.

διατριβή, προστέθηκε 30/09/2011


Ιστορία των μηχανών κοπής μετάλλων. Σκοπός της γεώτρησης είναι οι εργασίες για την απόκτηση οπών σε διάφορα υλικά κατά την επεξεργασία τους, σκοπός των οποίων είναι η δημιουργία οπών για το σπείρωμα, τη διάνοιξη, τη διάνοιξη. Κύριοι τύποι διατάσεων.

παρουσίαση, προστέθηκε 10/05/2016


Οι κύριες δυσκολίες των οπών επεξεργασίας. Ρύθμιση επιλογών για εργασίες βαθιάς γεώτρησης. Λειτουργίες του λιπαντικού υγρού, μέθοδοι παροχής του. Ποικιλίες βαθιάς γεώτρησης. Ικανοποιητικός σχηματισμός τσιπ και αφαίρεση του από την τρύπα.

εγχειρίδιο εκπαίδευσης, προστέθηκε 12/08/2013


Περιγραφή τεχνολογικών εργασιών - διάνοιξη και διάτρηση για τη λήψη οπών στη λεπτομέρεια "πλάκα αγωγού". Η επιλογή εργαλειομηχανής για την επεξεργασία του. Η αρχή της λειτουργίας του και ο υπολογισμός για την ακρίβεια. Προσδιορισμός συνθηκών κοπής και δύναμης σύσφιξης.

θητεία, προστέθηκε 17/01/2013


Ο σχηματισμός οπών σε συμπαγές μέταλλο με διάτρηση, η ακρίβεια της επεξεργασίας τους, ένα σύνολο εργαλείων. κατηγορία τραχύτητας επιφάνειας. Τρόποι γεώτρησης, αντιβύθισης, διόγκωσης. Ανάπτυξη ενός σχεδίου σύσφιξης εξαρτημάτων. υπολογισμός του σφάλματος βάσης και της δύναμης σύσφιξης.

εργαστηριακές εργασίες, προστέθηκε 29/10/2014


Διάνοιξη, διάνοιξη, αντιβύθιση και διάνοιξη οπών σε μεγάλα και βαριά μέρη. Συνιστώμενες ποιότητες υλικών για πλάνισμα κοπτικών, τα χαρακτηριστικά τους. Υπολογισμός του τρόπου κοπής για την κατασκευή διαμήκους τόρνευσης χαλύβδινου άξονα.

εργασίες ελέγχου, προστέθηκε 21/11/2010


τεχνολογία λέιζερ. Η αρχή της λειτουργίας των λέιζερ. Βασικές ιδιότητες μιας δέσμης λέιζερ. Μονοχρωματικότητα της ακτινοβολίας λέιζερ. Η δύναμή του. Γιγαντιαία ορμή. Η χρήση δέσμης λέιζερ στη βιομηχανία και την τεχνολογία, την ιατρική. Ολογραφία.

περίληψη, προστέθηκε 23/11/2003


Η διάτρηση είναι η διαδικασία δημιουργίας οπών σε ένα στερεό υλικό χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο που ονομάζεται τρυπάνι. Προσδιορισμός των κύριων παραγόντων που επηρεάζουν την ακρίβεια της τεχνολογικής διαδικασίας, υπάρχουσες κινήσεις: περιστροφική και μεταφορική κατεύθυνση.

Οι τεχνολογίες λέιζερ μπορούν να διαδραματίσουν ολοένα σημαντικό ρόλο στη βιομηχανική επεξεργασία υλικών. Πραγματοποιούν με επιτυχία κοπή, συγκόλληση, διάτρηση, θερμική κατεργασία επιφανειών, χάραξη και άλλοιεπιχειρήσεις. Στα πλεονεκτήματα αυτού περιλαμβάνονται η υψηλότερη παραγωγικότητα, η άψογη ποιότητα, η μοναδικότητα των εργασιών που εκτελούνται σε μέρη που δεν είναι προσβάσιμα ή σε πολύ μικρές επιφάνειες. Τα αυτόματα συστήματα τοποθέτησης και εστίασης των συμπλεγμάτων λέιζερ κάνουν την εφαρμογή τους ακόμα πιο αποτελεσματική και η ευκολία λειτουργίας δημιουργεί προϋποθέσεις για την ευρεία εφαρμογή τους στις παραγωγικές διαδικασίες

Σ.Ν. Kolpakov, A.A. Αποδοχή,
LLC "Alt laser", Kharkov

Επί του παρόντος, το λέιζερ εκτελεί με επιτυχία έναν αριθμό τεχνολογικών εργασιών, κυρίως όπως κοπή, συγκόλληση, διάτρηση, θερμική επεξεργασία επιφανειών, χάραξη, σήμανση, χάραξη κ.λπ., και σε ορισμένες περιπτώσεις παρέχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων επεξεργασίας. Έτσι, η διάνοιξη οπών στο υλικό μπορεί να ολοκληρωθεί γρηγορότερα και η χάραξη ανόμοιων υλικών είναι πιο τέλεια. Επιπλέον, ορισμένοι τύποι επεμβάσεων που προηγουμένως ήταν αδύνατες λόγω αυξημένης έντασης εργασίας εκτελούνται με μεγάλη επιτυχία. Για παράδειγμα, η συγκόλληση υλικών και η διάνοιξη οπών μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω γυαλιού σε κενό ή ατμόσφαιρα διαφόρων αερίων.

Η βιομηχανική επεξεργασία υλικών έχει γίνει ένας από τους τομείς όπου τα λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρύτερα. Πριν από την εμφάνιση των λέιζερ, οι κύριες πηγές θερμότητας για την τεχνολογική επεξεργασία ήταν ένας καυστήρας αερίου, μια εκκένωση ηλεκτρικού τόξου, ένα τόξο πλάσματος και μια δέσμη ηλεκτρονίων. Με την εμφάνιση των λέιζερ που εκπέμπουν υψηλή ενέργεια, αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η δημιουργία υψηλών πυκνοτήτων ροής φωτός στην επεξεργασμένη επιφάνεια. Ο ρόλος των λέιζερ ως πηγών φωτός που λειτουργούν σε συνεχείς, παλμικούς ή γιγαντιαίους παλμικούς τρόπους είναι να παρέχουν στην επιφάνεια του επεξεργασμένου υλικού μια πυκνότητα ισχύος επαρκή για τη θέρμανση, την τήξη ή την εξάτμισή του, που αποτελούν τη βάση της τεχνολογίας λέιζερ.

Επί του παρόντος, το λέιζερ εκτελεί με επιτυχία έναν αριθμό τεχνολογικών εργασιών, κυρίως όπως κοπή, συγκόλληση, διάνοιξη οπών, θερμική επεξεργασία επιφανειών, χάραξη, σήμανση, χάραξη κ.λπ., και σε ορισμένες περιπτώσεις παρέχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων επεξεργασίας. Έτσι, η διάνοιξη οπών στο υλικό μπορεί να ολοκληρωθεί γρηγορότερα και η χάραξη ανόμοιων υλικών είναι πιο τέλεια. Επιπλέον, ορισμένοι τύποι λειτουργιών που προηγουμένως ήταν αδύνατο να πραγματοποιηθούν λόγω δύσκολης προσβασιμότητας εκτελούνται με μεγάλη επιτυχία. Για παράδειγμα, η συγκόλληση υλικών και η διάνοιξη οπών μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω γυαλιού σε κενό ή ατμόσφαιρα διαφόρων αερίων.

Η λέξη "λέιζερ" αποτελείται από τα αρχικά γράμματα της αγγλικής φράσης Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, η οποία μεταφράζεται στα ρωσικά σημαίνει: ενίσχυση του φωτός με διεγερμένη εκπομπή . Κλασικά, συνέβη ότι κατά την περιγραφή των τεχνολογιών λέιζερ για την επεξεργασία υλικών, η κύρια προσοχή δίνεται μόνο στα ίδια τα λέιζερ, τις αρχές λειτουργίας τους και τις τεχνικές παραμέτρους. Ωστόσο, για να εφαρμοστεί οποιαδήποτε διαδικασία επεξεργασίας διαστάσεων λέιζερ υλικών, εκτός από το λέιζερ, χρειάζεται επίσης ένα σύστημα εστίασης δέσμης, μια συσκευή ελέγχου της κίνησης της δέσμης κατά μήκος της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας ή μια συσκευή για τη μετακίνηση της προϊόν σε σχέση με τη δέσμη, σύστημα εμφύσησης αερίου, συστήματα οπτικής καθοδήγησης και τοποθέτησης, διαδικασίες λογισμικού ελέγχου κοπής με λέιζερ, χάραξης κ.λπ. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η επιλογή των παραμέτρων των συσκευών και συστημάτων που εξυπηρετούν άμεσα το λέιζερ δεν είναι λιγότερο σημαντική από τις παραμέτρους του ίδιου του λέιζερ. Για παράδειγμα, για τη σήμανση ρουλεμάν με διάμετρο μικρότερη από 10 mm ή τη συγκόλληση με λέιζερ ακριβείας, ο χρόνος που δαπανάται για την τοποθέτηση του προϊόντος και την εστίαση υπερβαίνει το χρόνο χάραξης ή συγκόλλησης κατά μία ή δύο τάξεις μεγέθους (ο χρόνος σήμανσης του ρουλεμάν είναι περίπου 0,5 s). Επομένως, χωρίς τη χρήση συστημάτων αυτόματης τοποθέτησης και εστίασης, η χρήση συστημάτων λέιζερ σε πολλές περιπτώσεις καθίσταται οικονομικά ακατάλληλη. Η αναλογία των συστημάτων λέιζερ με τα αυτοκίνητα δείχνει ότι το λέιζερ λειτουργεί ως κινητήρας. Όσο καλός κι αν είναι ο κινητήρας, αλλά χωρίς ρόδες και όλα τα άλλα, το αυτοκίνητο δεν θα πάει.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την επιλογή συστημάτων τεχνολογίας λέιζερ είναι η ευκολία συντήρησής τους. Όπως έχει δείξει η πρακτική, οι χειριστές έχουν χαμηλά προσόντα για τη συντήρηση τέτοιου εξοπλισμού. Ένας από τους λόγους για αυτό είναι ότι στις περισσότερες περιπτώσεις εγκαθίστανται συστήματα λέιζερ για την αντικατάσταση ξεπερασμένων τεχνολογικών διεργασιών (σόκ και χημική σήμανση προϊόντων, μηχανική χάραξη, χειροκίνητη συγκόλληση, χειροκίνητη σήμανση κ.λπ.). Οι επικεφαλής των επιχειρήσεων που εκσυγχρονίζουν την παραγωγή τους, κατά κανόνα, για ηθικούς λόγους, αντικαθιστώντας τον παλιό εξοπλισμό με νέο, εγκαταλείπουν το παλιό (κυριολεκτικά και μεταφορικά) προσωπικό εξυπηρέτησης. Επομένως, για την εισαγωγή τεχνολογικών συστημάτων λέιζερ στην παραγωγή υπό τις δεδομένες αρχικές συνθήκες ανάπτυξής του (στις μετασοβιετικές δημοκρατίες), είναι απαραίτητο να προβλεφθεί το υψηλότερο δυνατό επίπεδο αυτοματισμού και ευκολίας εκπαίδευσης. Δεν πρέπει να απορρίψουμε το γεγονός ότι ο μισθός του ανειδίκευτου προσωπικού είναι χαμηλότερος από αυτόν ενός εκπαιδευμένου ειδικού. Ως εκ τούτου, είναι πιο οικονομικό να αγοράζετε εξελιγμένο εξοπλισμό με δυνατότητα ευκολίας συντήρησης παρά να προσκαλέσετε υψηλά καταρτισμένο προσωπικό.

Έτσι, το έργο της χρήσης τεχνολογιών λέιζερ στη σύγχρονη παραγωγή θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο από την άποψη των τεχνικών παραμέτρων του ίδιου του λέιζερ, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού και του λογισμικού που επιτρέπουν τη χρήση των ειδικών ιδιοτήτων του λέιζερ για την επίλυση ενός συγκεκριμένου τεχνολογικού προβλήματος.

Κάθε σύστημα λέιζερ που έχει σχεδιαστεί για επεξεργασία διαστάσεων υλικών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:

• ταχύτητα επεξεργασίας (κοπή, χάραξη, κ.λπ.).
• ανάλυση;
• ακρίβεια επεξεργασίας·
• το μέγεθος του πεδίου εργασίας·
• γκάμα υλικών επεξεργασίας (σιδηρούχα μέταλλα, μη σιδηρούχα μέταλλα, ξύλο, πλαστικά κ.λπ.)
• γκάμα μεγεθών και βαρών προϊόντων που προορίζονται για μεταποίηση·
• διαμόρφωση προϊόντος (για παράδειγμα, χάραξη σε επίπεδες, κυλινδρικές, κυματιστές επιφάνειες).
• τον απαραίτητο χρόνο για την αλλαγή των εργασιών που εκτελούνται (αλλαγή του σχεδίου χάραξης, διαμόρφωση γραμμής κοπής, αλλαγή του υλικού επεξεργασίας κ.λπ.)
• χρόνος εγκατάστασης και τοποθέτησης του προϊόντος·
• παραμέτρους των περιβαλλοντικών συνθηκών (εύρος θερμοκρασίας, υγρασία, περιεκτικότητα σε σκόνη) στις οποίες μπορεί να λειτουργήσει το σύστημα·
• απαιτήσεις για τα προσόντα του προσωπικού εξυπηρέτησης.

Με βάση αυτές τις παραμέτρους, επιλέγεται ο τύπος λέιζερ, η συσκευή σάρωσης δέσμης, αναπτύσσεται ο σχεδιασμός των συνδετήρων του προϊόντος, το επίπεδο αυτοματοποίησης του συστήματος στο σύνολό του, το ζήτημα της ανάγκης συγγραφής εξειδικευμένων προγραμμάτων για την προετοιμασία αρχείων σχεδίασης , γραμμές κοπής κ.λπ. αποφασίζεται.

Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη φύση της επεξεργασίας είναι οι ενεργειακές παράμετροι του λέιζερ - ενέργεια, ισχύς, ενεργειακή πυκνότητα, διάρκεια παλμού, χωρικές και χρονικές δομές ακτινοβολίας, χωρική κατανομή της πυκνότητας ισχύος ακτινοβολίας στο σημείο εστίασης, συνθήκες εστίασης, φυσική ιδιότητες του υλικού (ανακλαστικότητα, θερμοφυσικές ιδιότητες, σημείο τήξης, κ.λπ.).

Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε μέταλλα

Υπάρχουν πλεονεκτήματα στη χρήση λέιζερ ως εργαλείο διάτρησης.

Δεν υπάρχει μηχανική επαφή μεταξύ του εργαλείου διάτρησης και του υλικού, καθώς και σπάσιμο και φθορά των τρυπανιών.

Η ακρίβεια της τοποθέτησης της οπής είναι αυξημένη, αφού τα οπτικά που χρησιμοποιούνται για την εστίαση της δέσμης λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης για να την κατευθύνουν στο επιθυμητό σημείο. Οι τρύπες μπορούν να προσανατολιστούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Επιτυγχάνεται μεγαλύτερη αναλογία βάθους προς διάμετρο διάτρησης από ό,τι συμβαίνει με άλλες μεθόδους διάτρησης.

Κατά τη διάτρηση, καθώς και κατά την κοπή, οι ιδιότητες του υλικού που υποβάλλεται σε επεξεργασία επηρεάζουν σημαντικά τις παραμέτρους λέιζερ που απαιτούνται για την εκτέλεση της λειτουργίας. Η διάτρηση πραγματοποιείται με παλμικά λέιζερ που λειτουργούν τόσο σε λειτουργία ελεύθερης λειτουργίας με διάρκεια παλμού της τάξης του 1 μs όσο και σε λειτουργία μεταγωγής Q με διάρκεια πολλών δεκάδων νανοδευτερόλεπτων. Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει θερμική επίδραση στο υλικό, η τήξη και η εξάτμισή του. Η τρύπα μεγαλώνει σε βάθος κυρίως λόγω της εξάτμισης και σε διάμετρο - λόγω της τήξης των τοιχωμάτων και της εκροής υγρού υπό τη δημιουργούμενη υπερβολική πίεση ατμών.

Τυπικά, οι βαθιές οπές της επιθυμητής διαμέτρου λαμβάνονται χρησιμοποιώντας επαναλαμβανόμενους παλμούς λέιζερ χαμηλής ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται οπές με μικρότερη κωνικότητα και καλύτερη ποιότητα από οπές που λαμβάνονται με μεγαλύτερη ενέργεια ενός μόνο παλμού. Εξαίρεση αποτελούν υλικά που περιέχουν στοιχεία ικανά να δημιουργήσουν υψηλή τάση ατμών. Έτσι, είναι πολύ δύσκολο να συγκολληθεί ο ορείχαλκος με παλμική ακτινοβολία λέιζερ λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε ψευδάργυρο, ωστόσο, κατά τη διάτρηση, ο ορείχαλκος έχει ορισμένα πλεονεκτήματα, καθώς τα άτομα ψευδαργύρου βελτιώνουν σημαντικά τον μηχανισμό εξάτμισης.

Δεδομένου ότι η λειτουργία πολλαπλών παλμών σάς επιτρέπει να λαμβάνετε τρύπες με την καλύτερη ποιότητα της επιθυμητής γεωμετρίας και με μικρή απόκλιση από τις καθορισμένες διαστάσεις, στην πράξη αυτή η λειτουργία έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη κατά τη διάνοιξη οπών σε λεπτά μέταλλα και μη μεταλλικά υλικά. Ωστόσο, κατά τη διάνοιξη οπών σε χοντρά υλικά, προτιμώνται μόνοι παλμοί υψηλής ενέργειας. Η διάφραγμα της ροής του λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη διαμορφωμένων οπών, αλλά αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα στην επεξεργασία λεπτών μεμβρανών και μη μεταλλικών υλικών. Όταν η διάτρηση με λέιζερ εκτελείται σε λεπτά φύλλα με πάχος μικρότερο από 0,5 mm, υπάρχει κάποια ενοποίηση της διαδικασίας, που συνίσταται στο γεγονός ότι μπορούν να γίνουν οπές με διάμετρο 0,001 έως 0,2 mm σε όλα τα μέταλλα σε σχετικά χαμηλές ισχύς .

Η διάνοιξη οπών σε μέταλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις. Έτσι, με τη βοήθεια παλμικών λέιζερ, μπορεί να πραγματοποιηθεί δυναμική εξισορρόπηση εξαρτημάτων που περιστρέφονται με υψηλή ταχύτητα. Η ανισορροπία επιλέγεται με τοπική τήξη συγκεκριμένου όγκου υλικού. Το λέιζερ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είτε με τοπική εξάτμιση του υλικού είτε με γενική θέρμανση. Η υψηλή πυκνότητα ισχύος, το μικρό μέγεθος κηλίδας και η μικρή διάρκεια παλμού καθιστούν το λέιζερ ιδανικό εργαλείο για αυτήν την εφαρμογή.

Τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη οπών σε μέταλλο θα πρέπει να παρέχουν μια εστιασμένη δέσμη με πυκνότητα ισχύος της τάξης των 10 7 - 10 8 W/cm 2 . Η διάνοιξη οπών με μεταλλικά τρυπάνια με διάμετρο μικρότερη από 0,25 mm είναι μια δύσκολη πρακτική εργασία, ενώ η διάτρηση με λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη οπών με διάμετρο ανάλογη με το μήκος κύματος ακτινοβολίας με αρκετά υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης. Οι ειδικοί της εταιρείας "General Electric" (ΗΠΑ) υπολόγισαν ότι η διάνοιξη οπών με λέιζερ σε σύγκριση με την επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων έχει υψηλή οικονομική ανταγωνιστικότητα (Πίνακας 1). Επί του παρόντος, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη διάνοιξη οπών. Παρέχουν ρυθμό επανάληψης παλμών έως και 1000 Hz και ισχύ σε συνεχή λειτουργία από 1 έως 10 3 W, σε παλμική λειτουργία έως εκατοντάδες κιλοβάτ και σε λειτουργία Q-switched έως αρκετά μεγαβάτ. Μερικά αποτελέσματα επεξεργασίας από τέτοια λέιζερ δίνονται στον Πίνακα. 2.

Συγκόλληση μετάλλων με λέιζερ

Η συγκόλληση με λέιζερ στην ανάπτυξή της είχε δύο στάδια. Αρχικά αναπτύχθηκε σημειακή συγκόλληση. Αυτό εξηγήθηκε από την παρουσία εκείνη την εποχή ισχυρών παλμικών λέιζερ στερεάς κατάστασης. Επί του παρόντος, παρουσία λέιζερ αερίου υψηλής ισχύος CO 2 και στερεάς κατάστασης Nd:YAG που παρέχουν συνεχή και συνεχή παλμική ακτινοβολία, είναι δυνατή η συγκόλληση ραφής με βάθος διείσδυσης έως και αρκετά χιλιοστά. Η συγκόλληση με λέιζερ έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλους τύπους συγκόλλησης. Υπό την παρουσία του υψηλής πυκνότηταςροή φωτός και οπτικό σύστημα, τοπική διείσδυση μέσα δεδομένο σημείομε μεγάλη ακρίβεια. Αυτή η περίσταση καθιστά δυνατή τη συγκόλληση υλικών σε δυσπρόσιτες περιοχές, σε θάλαμο κενού ή γεμάτο με αέριο με παράθυρα που είναι διαφανή στην ακτινοβολία λέιζερ. Η συγκόλληση, για παράδειγμα, μικροηλεκτρονικών στοιχείων σε θάλαμο με ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου έχει ιδιαίτερο πρακτικό ενδιαφέρον, καθώς σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχουν αντιδράσεις οξείδωσης.

Η συγκόλληση των εξαρτημάτων γίνεται σε πολύ χαμηλότερες πυκνότητες ισχύος από την κοπή. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κατά τη συγκόλληση απαιτείται μόνο θέρμανση και τήξη του υλικού, δηλ. απαιτούνται πυκνότητες ισχύος που εξακολουθούν να είναι ανεπαρκείς για εντατική εξάτμιση (10 5 -10 6 W / cm 2), με διάρκεια παλμού περίπου 10 -3 -10 -4 Με. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία λέιζερ που εστιάζεται στο υλικό που επεξεργάζεται είναι μια επιφανειακή πηγή θερμότητας, η μεταφορά θερμότητας στο βάθος των συγκολλημένων μερών πραγματοποιείται λόγω θερμικής αγωγιμότητας και η ζώνη διείσδυσης αλλάζει με την πάροδο του χρόνου με έναν σωστά επιλεγμένο τρόπο συγκόλλησης. Σε περίπτωση ανεπαρκών πυκνοτήτων ισχύος, εμφανίζεται μη διείσδυση της συγκολλημένης ζώνης και παρουσία υψηλών πυκνοτήτων ισχύος, παρατηρείται εξάτμιση μετάλλου και σχηματισμός οπών.

Η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μηχανή κοπής αερίου με λέιζερ με χαμηλότερη ισχύ και χρησιμοποιώντας ένα ασθενές χτύπημα αδρανούς αερίου στη ζώνη συγκόλλησης. Με ισχύ λέιζερ CO 2 περίπου 200 W, είναι δυνατή η συγκόλληση χάλυβα πάχους έως 0,8 mm με ταχύτητα 0,12 m/min. η ποιότητα της ραφής δεν είναι χειρότερη από την επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων. Η συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων έχει κάπως υψηλότερες ταχύτητες συγκόλλησης, αλλά πραγματοποιείται σε θάλαμο κενού, γεγονός που δημιουργεί μεγάλη ταλαιπωρία και απαιτεί σημαντικό συνολικό κόστος χρόνου.

Στον πίνακα. Το Σχήμα 3 δείχνει δεδομένα για συγκόλληση άκρου με λέιζερ CO 2 ισχύος 250 W διαφόρων υλικών.

Σε άλλες δυνάμεις ακτινοβολίας του λέιζερ CO 2, ελήφθησαν τα δεδομένα συγκόλλησης ραφής που δίνονται στον Πίνακα 1. 4. Κατά τη συγκόλληση με επικάλυψη, άκρη και γωνία, οι ταχύτητες λήφθηκαν κοντά σε αυτές που υποδεικνύονται στον πίνακα, με πλήρη διείσδυση του συγκολλούμενου υλικού στη ζώνη πρόσκρουσης δοκού.

Τα συστήματα συγκόλλησης με λέιζερ είναι ικανά να συγκολλούν ανόμοια μέταλλα, παράγοντας ελάχιστα θερμικά αποτελέσματα λόγω του μικρού μεγέθους της κηλίδας λέιζερ, καθώς και να συγκολλούν λεπτά σύρματα με διάμετρο μικρότερη από 20 μικρά σε σχήμα σύρματος ή φύλλου σύρματος.

Βιβλιογραφία

1. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Η χρήση των λέιζερ στη μηχανολογία και στην κατασκευή οργάνων. - Λ .: Μηχανολόγος μηχανικός. Λένινγκραντ. τμήμα, 1978. - 336 σελ.

2. Rykalin N.N. Επεξεργασία υλικών με λέιζερ. - M., Mashinostroenie, 1975. - 296 p.

Διάνοιξη οπών σε πέτρες ρολογιών - αυτή ήταν η αρχή της εργασιακής δραστηριότητας του λέιζερ. Μιλάμε για ρουμπινιές, οι οποίες χρησιμοποιούνται στα ρολόγια ως απλά ρουλεμάν. Κατά την κατασκευή τέτοιων ρουλεμάν, απαιτείται η διάνοιξη οπών σε ρουμπίνι - ένα πολύ σκληρό και ταυτόχρονα εύθραυστο υλικό - οπές με διάμετρο μόνο 1-0,05 mm. Για πολλά χρόνια, αυτή η λειτουργία κοσμήματος γινόταν με τη συνήθη μηχανική μέθοδο χρησιμοποιώντας τρυπάνια από λεπτό σύρμα πιάνου με διάμετρο 40-50 μικρά. Ένα τέτοιο τρυπάνι έκανε έως και 30 χιλιάδες στροφές ανά λεπτό και ταυτόχρονα εκτελούσε περίπου εκατό παλινδρομικές κινήσεις. Χρειάστηκαν έως και 10-15 λεπτά για να τρυπηθεί μια πέτρα.
Ξεκινώντας το 1964, η αναποτελεσματική μηχανική διάτρηση των λίθων ρολογιών άρχισε να αντικαθίσταται από διάτρηση με λέιζερ παντού. Φυσικά, ο όρος "γεώτρηση με λέιζερ" δεν πρέπει να εκληφθεί κυριολεκτικά. Η δέσμη λέιζερ δεν ανοίγει τρύπα, την τρυπάει προκαλώντας έντονη εξάτμιση του υλικού. Σήμερα, η διάτρηση με λέιζερ πέτρες ρολογιών είναι συνηθισμένη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται, ιδίως,
29

ness, λέιζερ γυαλιού νεοδυμίου. Μια τρύπα στην πέτρα (με πάχος τεμαχίου κατεργασίας 0,5-1 mm) ανοίγει με μια σειρά από πολλούς παλμούς λέιζερ με ενέργεια 0,5-1 J. Η παραγωγικότητα της μηχανής λέιζερ σε αυτόματη λειτουργία είναι μια πέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτό είναι χίλιες φορές υψηλότερο από την παραγωγικότητα της μηχανικής γεώτρησης!
Λίγο μετά τη γέννησή του, το λέιζερ έλαβε την επόμενη εργασία, την οποία αντιμετώπισε εξίσου επιτυχώς - διάνοιξη (τρύπημα) οπών σε μήτρες διαμαντιών. Ίσως δεν γνωρίζουν όλοι ότι για να αποκτήσετε ένα πολύ λεπτό σύρμα από χαλκό, μπρούτζο, βολφράμιο, χρησιμοποιείται η τεχνολογία έλξης του μετάλλου μέσα από μια τρύπα της κατάλληλης διαμέτρου. Τέτοιες οπές ανοίγονται σε υλικά με ιδιαίτερα υψηλή σκληρότητα, επειδή κατά τη διαδικασία τραβήγματος του σύρματος, η διάμετρος της οπής πρέπει να παραμείνει αμετάβλητη. Το διαμάντι είναι γνωστό ότι είναι το πιο σκληρό. Επομένως, είναι καλύτερο να τραβήξετε ένα λεπτό σύρμα μέσα από μια τρύπα στο διαμάντι - μέσω των λεγόμενων διαμαντιών. Μόνο με τη βοήθεια μήτρων διαμαντιού είναι δυνατό να αποκτήσετε ένα εξαιρετικά λεπτό σύρμα με διάμετρο μόνο 10 μικρά. Αλλά πώς μπορείτε να ανοίξετε μια λεπτή τρύπα σε ένα υπερσκληρό υλικό όπως το διαμάντι; Είναι πολύ δύσκολο να το κάνετε αυτό μηχανικά - χρειάζονται έως και δέκα ώρες για να ανοίξετε μηχανικά μια τρύπα σε μια μήτρα διαμαντιού. Αλλά, όπως αποδείχθηκε, δεν είναι δύσκολο να σπάσεις αυτή την τρύπα με μια σειρά από πολλούς ισχυρούς παλμούς λέιζερ. />Σήμερα, η διάτρηση με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως όχι μόνο για ιδιαίτερα σκληρά υλικά, αλλά και για υλικά που χαρακτηρίζονται από αυξημένη ευθραυστότητα. Το τρυπάνι λέιζερ αποδείχθηκε όχι μόνο ισχυρό, αλλά και ένα πολύ λεπτό "εργαλείο". Για παράδειγμα, ας μιλήσουμε για το πρόβλημα της διάνοιξης οπών σε υποστρώματα μικροκυκλωμάτων από κεραμικά αλουμίνας. Τα κεραμικά είναι εξαιρετικά εύθραυστα. Για το λόγο αυτό, η μηχανική διάνοιξη οπών στο υπόστρωμα του μικροκυκλώματος γινόταν, κατά κανόνα, στην «πρώτη» ύλη. Τα κεραμικά πυροδοτήθηκαν μετά από διάτρηση. Σε αυτή την περίπτωση, σημειώθηκε κάποια παραμόρφωση του προϊόντος, η σχετική θέση των τρυπών που είχαν ανοίξει παραμορφώθηκε. Το πρόβλημα λύθηκε με την εμφάνιση των τρυπανιών λέιζερ. Με τη χρήση τους, είναι δυνατή η εργασία με κεραμικά υποστρώματα που έχουν ήδη γίνει
30

Έτσι φαίνεται σε τομή μια τρύπα σε ένα διαμαντένιο καλούπι. Οι παλμοί λέιζερ τρυπούν ένα τραχύ κανάλι σε ένα διαμάντι. Στη συνέχεια, επεξεργάζοντας το κανάλι με υπερήχους, λείανση και γυάλισμα, του δίνουν το απαραίτητο προφίλ. Το σύρμα που προκύπτει με το τράβηγμα της μήτρας έχει διάμετρο d
Αυτές οι καθαρές οπές, διαμέτρου 0,3 mm, ανοίγονται σε κεραμική πλάκα αλουμίνας πάχους 0,7 mm χρησιμοποιώντας λέιζερ CO2.

χορεύω. Με τη βοήθεια λέιζερ, τρυπούνται πολύ λεπτές τρύπες στα κεραμικά - με διάμετρο μόλις 10 μικρά. Σημειώστε ότι τέτοιες οπές δεν μπορούν να ληφθούν με μηχανική διάτρηση.
Το γεγονός ότι η γεώτρηση είναι το επάγγελμα του λέιζερ, κανείς δεν αμφέβαλλε. Εδώ, το λέιζερ στην πραγματικότητα δεν είχε άξιους ανταγωνιστές, ειδικά όταν επρόκειτο να ανοίξει πολύ λεπτές και πολύ βαθιές τρύπες, όταν έπρεπε να ανοίξουν τρύπες σε πολύ εύθραυστα ή πολύ σκληρά υλικά. Πέρασε σχετικά σύντομος χρόνος και έγινε σαφές ότι το λέιζερ

η δοκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία όχι μόνο για διάτρηση, αλλά και για πολλές άλλες εργασίες επεξεργασίας υλικού. Σήμερα λοιπόν μπορούμε να μιλήσουμε για την εμφάνιση και την ανάπτυξη μιας νέας τεχνολογίας - laser.

Οι ειδικοί έχουν αναπτύξει πολλούς τρόπους επεξεργασίας διαμαντιών για τη βελτίωση της ποιότητας αυτών των λίθων. Ο πιο αποδεδειγμένος τρόπος βελτίωσης της ποιότητας των διαμαντιών είναι η διάτρηση με λέιζερ.

Αυτός ο τύπος επεξεργασίας διαμαντιών χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην εμπορική πρακτική τη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα. Σκούρα εγκλείσματα όπως μαγνητίτες, πυρροτίτες και εγκλείσματα άνθρακα δεν βελτιώνουν τα οπτικά χαρακτηριστικά της πέτρας και, επιπλέον, δεν προσελκύουν αγοραστές. Κατά τη διαδικασία διάτρησης με λέιζερ, αυτά τα εγκλείσματα καίγονται, διαλυμένο με νιτρικό ή θειικό οξύ ή διαυγασμένο.

Η δέσμη λέιζερ μιας ειδικής συσκευής, μιας κβαντικής γεννήτριας στην περιοχή IR με μήκος κύματος περίπου 1060 nm, ανοίγει μια μικρο-οπή με διάμετρο όχι μεγαλύτερη από 20-60 μικρά. 20 μικρά είναι ίσα με 0,02 mm, που είναι το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. διαμάντι διάτρησηςεκτελείται σε βάθος όχι μεγαλύτερο από 1,6 mm. Αυτή η διαδικασία διαρκεί κατά μέσο όρο 30 λεπτά ή περισσότερο.

Υπάρχει τρόπος να φωτίσετε τα σκοτεινά εγκλείσματα. Μέσα από την οπή που έχει ανοίξει η δέσμη λέιζερ, εισέρχεται αέρας, υπό την επίδραση του οποίου το χρώμα του εγκλεισμού μπορεί να γίνει σημαντικά ελαφρύτερο. Ένας άλλος τρόπος λάμψης είναι ότι ένα αντιδραστήριο εισάγεται στο κανάλι της οπής λέιζερ σε περιβάλλον κενού, το οποίο φωτίζει ή διαλύει πλήρως το έγκλειμα. Το τελικό αποτέλεσμα εξαρτάται από χημική σύνθεσηαυτή την ένταξη.

Με δεκαπλάσια αύξηση κάτω από μικροσκόπιο ή με μεγεθυντικό φακό, δεν είναι δύσκολο να δούμε τα κανάλια των οπών του λέιζερ, ακόμα κι αν είναι σφραγισμένα. Εχουν τύπος χοάνηςστην επιφάνεια και ευθείες γραμμές υπόλευκες εσωτερικά. Πρόσφατα, ουσίες όπως συνθετική ρητίνη ή κερί έχουν χρησιμοποιηθεί για την πλήρωση των καναλιών λόγω του υψηλού δείκτη διάθλασης. Αφού γεμίσετε το κανάλι με την κατάλληλη ουσία, το κανάλι σφραγίζεται. Αν και οι σφραγισμένες τρύπες είναι λιγότερο ορατές στην επιφάνεια και λιγότερο επιρρεπείς σε μόλυνση, μπορεί να φανεί ένας «κρατήρας» στο ανακλώμενο φως στο σημείο της γεώτρησης. Οι στρογγυλές εγκοπές στην επιφάνεια γίνονται αισθητές και με την άκρη μιας βελόνας. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι εάν κατά τη διαδικασία διάνοιξης μιας τρύπας η δέσμη λέιζερ έπεφτε σε μια ζώνη ισχυρής εσωτερικό άγχος, τότε σχηματίζονται εύκολα διακριτές τάσεις και ρωγμές διάσπασης γύρω από το κανάλι.

Προκύπτουν δυσκολίες κατά την αξιολόγηση τέτοιων λίθων. Φυσικά, τα οπτικά γεμολογικά χαρακτηριστικά βελτιώνονται αισθητά, αλλά η διάτρηση δημιουργεί τεχνητά ελαττώματα με τη μορφή μικρών ρωγμών.

Τα διαμάντια ταξινομούνται ως ορισμένη ομάδακαθαριότητα, λαμβάνοντας υπόψη τους εμφάνισηκαι την παρουσία τρυπημάτων. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο σκοπός της διάτρησης με λέιζερ δεν είναι να αυξήσει τη διαύγεια ενός διαμαντιού, αλλά να φωτίσει τα σκοτεινά εγκλείσματα. Αυτό οδηγεί σε βελτίωση της εμφάνισης της πέτρας και προσελκύει περισσότερους αγοραστές.

Τα σχετικά πιστοποιητικά ποιότητας, τα τιμολόγια και άλλα έγγραφα πρέπει να περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τα αποτελέσματα της ανθρώπινης παρέμβασης και την ύπαρξη οπών διάνοιξης λέιζερ.

Αναπτύχθηκε πρόσφατα νέα μέθοδος επεξεργασίας λέιζερδιαμάντια, στα οποία το κανάλι δεν βγαίνει στην επιφάνεια. Αυτός ο τύπος επεξεργασίας είναι κατάλληλος για διαμάντια με σκούρα εγκλείσματα κοντά στην επιφάνεια. Ωστόσο, η εφαρμογή αυτής της μεθόδου εξακολουθεί να μην εγγυάται την απουσία νέων ρωγμών διάσπασης και τάσης, «φτερά» και μικρορωγμές γύρω από τα εγκλείσματα. Ελαττώματα αυτού του είδους που υπήρχαν πριν την επεξεργασία, μετά την εφαρμογή αυτή τη μέθοδομπορεί να ενταθεί. Από την άλλη, νέες ρωγμές, που φτάνουν στην επιφάνεια, μπορούν να παίξουν το ρόλο των καναλιών. Όταν τα οξέα εισάγονται σε αυτά τα κανάλια, τα εγκλείσματα γίνονται ελαφρύτερα. Αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για όλες τις πέτρες, αλλά διαμάντια με σκούρα εγκλείσματαπου βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια, με μικρές ρωγμές - ιδανικό υλικό για αυτή τη μέθοδο εξευγενισμού.

Η ουσία αυτής της μεθόδου επεξεργασίας λέιζερ έγκειται στο γεγονός ότι τα λέιζερ σε παλμική λειτουργία εστιάζονται ακριβώς στον τόπο συμπερίληψης. Ως αποτέλεσμα της διαδικασίας, απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα θερμότητας, η οποία συμβάλλει στη διάδοση ρωγμών στην επιφάνεια της πέτρας. Έτσι, δεν χρειάζεται να τρυπήσετε ένα κανάλι με το σχηματισμό χοάνης στην επιφάνεια. Ο διαλύτης, ο οποίος διεισδύει εύκολα μέσω νέων ρωγμών στο έγκλειστο, είτε το φωτίζει είτε το διαλύει. Αλλά αυτή η μέθοδος μπορεί οδηγούν στο σχηματισμό κοιλοτήτων και κοιλοτήτων στην επιφάνεια της πέτραςμε τη διαφορά ότι το σχήμα τους δεν θα είναι τόσο τέλεια στρογγυλό, και οι διαστάσεις θα είναι ελαφρώς μικρότερες.

Αλλο μέθοδος επεξεργασίας λέιζερπου αναπτύχθηκε από Ισραηλινούς ειδικούς στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Τον έλεγαν KM (συντομογραφία των λέξεων "Kiduah Meuhad"), που σημαίνει «ειδική γεώτρηση» στα εβραϊκά. Η μέθοδος, η οποία έχει γίνει δημοφιλής στην Αμβέρσα, χρησιμοποιείται για να φωτίσει τα σκοτεινά εγκλείσματα με μικρορωγμές χρησιμοποιώντας οξύ υπό ειδικές συνθήκες. Μια δέσμη λέιζερ κατευθύνεται στο ελάττωμα που βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα το ελάττωμα να διαδίδεται στην επιφάνεια.

Μετά την έκθεση με λέιζερ, το διαμάντι χαμηλώνεται μέσα συμπυκνωμένο οξύκαι θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία υπό πίεση. Χάρη στις δημιουργούμενες συνθήκες, το οξύ διεισδύει πριν ανάψει και το διαλύει.

Τα διαμάντια μετά την επεξεργασία KM μπορούν να αναγνωριστούν από την παρουσία μπλε-καφέ αποχρώσεων στο ανακλώμενο φως κατά τόπους τεχνητά δημιουργημένες ρωγμέςειδικά όταν κυλάει πέτρα. Το ίδιο δεν μπορεί να ειπωθεί για τα διαμάντια, τα οποία επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας παραδοσιακή τεχνολογία διάτρησης με λέιζερ με το σχηματισμό αξιοσημείωτων οπών στην επιφάνεια. Επιπλέον, σε διαμάντια που επεξεργάζονται με τη μέθοδο CM, μερικές φορές μπορεί κανείς να παρατηρήσει ελαφρά υπολείμματα μιας μαυριδερής ουσίας με τη μορφή ακανόνιστων γραμμών στην επιφάνεια ρωγμών τάσης που σχηματίστηκαν κατά την έκθεση με λέιζερ.

Επεξεργασία βιομηχανικών υλικώνέχει γίνει ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα λέιζερ. Πριν από την εμφάνιση των λέιζερ, οι κύριες πηγές θερμότητας για την τεχνολογική επεξεργασία ήταν ένας καυστήρας αερίου, μια εκκένωση ηλεκτρικού τόξου, ένα τόξο πλάσματος και μια δέσμη ηλεκτρονίων. Με την εμφάνιση των λέιζερ που εκπέμπουν υψηλή ενέργεια, αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η δημιουργία υψηλών πυκνοτήτων ροής φωτός στην επεξεργασμένη επιφάνεια. Ο ρόλος των λέιζερ ως πηγών φωτός που λειτουργούν σε συνεχείς, παλμικούς ή γιγαντιαίους παλμικούς τρόπους είναι να παρέχουν στην επιφάνεια του επεξεργασμένου υλικού μια πυκνότητα ισχύος επαρκή για τη θέρμανση, την τήξη ή την εξάτμισή του, που αποτελούν τη βάση της τεχνολογίας λέιζερ.
Επί του παρόντος, το λέιζερ εκτελεί με επιτυχία έναν αριθμό τεχνολογικών εργασιών, κυρίως όπως κοπή, συγκόλληση, διάνοιξη οπών, θερμική επεξεργασία επιφανειών, χάραξη, σήμανση, χάραξη κ.λπ., και σε ορισμένες περιπτώσεις παρέχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων επεξεργασίας. Έτσι, η διάνοιξη οπών στο υλικό μπορεί να ολοκληρωθεί γρηγορότερα και η χάραξη ανόμοιων υλικών είναι πιο τέλεια. Επιπλέον, ορισμένοι τύποι λειτουργιών που προηγουμένως ήταν αδύνατο να πραγματοποιηθούν λόγω δύσκολης προσβασιμότητας εκτελούνται με μεγάλη επιτυχία. Για παράδειγμα, η συγκόλληση υλικών και η διάνοιξη οπών μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω γυαλιού σε κενό ή ατμόσφαιρα διαφόρων αερίων.
Η λέξη "λέιζερ" αποτελείται από τα αρχικά γράμματα της αγγλικής φράσης Light Amplification by Stimulated Emi ion of Radiation, που στη μετάφραση στα ρωσικά σημαίνει: ενίσχυση φωτός με διεγερμένη εκπομπή. Κλασικά, συνέβη ότι κατά την περιγραφή των τεχνολογιών λέιζερ για την επεξεργασία υλικών, η κύρια προσοχή δίνεται μόνο στα ίδια τα λέιζερ, τις αρχές λειτουργίας τους και τις τεχνικές παραμέτρους. Ωστόσο, για την εφαρμογή οποιασδήποτε διαδικασίας επεξεργασίας υλικών διαστάσεων με λέιζερ, εκτός από το λέιζερ, ένα σύστημα εστίασης δέσμης, μια συσκευή για τον έλεγχο της κίνησης της δέσμης κατά μήκος της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας ή μια συσκευή για τη μετακίνηση του προϊόντος σε σχέση με η δέσμη, ένα σύστημα εμφύσησης αερίου, συστήματα οπτικής καθοδήγησης και εντοπισμού θέσης, λογισμικό ελέγχου διαδικασίας κοπής με λέιζερ, χάραξης κ.λπ. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η επιλογή των παραμέτρων για συσκευές και συστήματα που εξυπηρετούν άμεσα το λέιζερ δεν είναι λιγότερο σημαντική από τις παραμέτρους του ίδιου του λέιζερ. Για παράδειγμα, για τη σήμανση ρουλεμάν με διάμετρο μικρότερη από 10 mm ή τη συγκόλληση με λέιζερ ακριβείας, ο χρόνος που δαπανάται για την τοποθέτηση του προϊόντος και την εστίαση υπερβαίνει το χρόνο χάραξης ή συγκόλλησης κατά μία ή δύο τάξεις μεγέθους (ο χρόνος για την εφαρμογή του η σήμανση στο ρουλεμάν είναι περίπου 0,5 s). Επομένως, χωρίς τη χρήση συστημάτων αυτόματης τοποθέτησης και εστίασης, η χρήση συστημάτων λέιζερ σε πολλές περιπτώσεις καθίσταται οικονομικά ακατάλληλη. Η αναλογία των συστημάτων λέιζερ με τα αυτοκίνητα δείχνει ότι το λέιζερ λειτουργεί ως κινητήρας. Όσο καλός κι αν είναι ο κινητήρας, αλλά χωρίς ρόδες και όλα τα άλλα, το αυτοκίνητο δεν θα πάει.
Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την επιλογή συστημάτων τεχνολογίας λέιζερ είναι η ευκολία συντήρησής τους. Όπως έχει δείξει η πρακτική, οι χειριστές έχουν χαμηλά προσόντα για τη συντήρηση τέτοιου εξοπλισμού. Ένας από τους λόγους για αυτό είναι ότι τα συστήματα λέιζερ εγκαθίστανται στις περισσότερες περιπτώσεις για να αντικαταστήσουν παρωχημένες τεχνολογικές διεργασίες (κρουστική και χημική σήμανση προϊόντων, μηχανική χάραξη, χειροκίνητη συγκόλληση, χειροκίνητη σήμανση κ.λπ.). Οι επικεφαλής των επιχειρήσεων που εκσυγχρονίζουν την παραγωγή τους, κατά κανόνα, για ηθικούς λόγους, αντικαθιστώντας τον παλιό εξοπλισμό με νέο, εγκαταλείπουν το παλιό (κυριολεκτικά και μεταφορικά) προσωπικό εξυπηρέτησης. Επομένως, για την εισαγωγή τεχνολογικών συστημάτων λέιζερ στην παραγωγή υπό τις δεδομένες αρχικές συνθήκες ανάπτυξής του (στις μετασοβιετικές δημοκρατίες), είναι απαραίτητο να προβλεφθεί το υψηλότερο δυνατό επίπεδο αυτοματισμού και ευκολίας εκμάθησης. Δεν πρέπει να απορρίψουμε το γεγονός ότι ο μισθός του ανειδίκευτου προσωπικού είναι χαμηλότερος από αυτόν ενός εκπαιδευμένου ειδικού. Ως εκ τούτου, είναι πιο οικονομικό να αγοράζετε εξελιγμένο εξοπλισμό με δυνατότητα ευκολίας συντήρησης παρά να προσκαλέσετε υψηλά καταρτισμένο προσωπικό.
Έτσι, το καθήκον της χρήσης τεχνολογιών λέιζερ στη σύγχρονη παραγωγή θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο από την άποψη των τεχνικών παραμέτρων του ίδιου του λέιζερ, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού και του λογισμικού που επιτρέπουν τη χρήση των ειδικών ιδιοτήτων του λέιζερ για την επίλυση ενός συγκεκριμένου τεχνολογικού προβλήματος.
Οποιοδήποτε σύστημα λέιζερ σχεδιασμένο για επεξεργασία διαστάσεων υλικών,
χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:
- ταχύτητα επεξεργασίας (κοπή, χάραξη κ.λπ.)
- ανάλυση;
— ακρίβεια επεξεργασίας·
- το μέγεθος του πεδίου εργασίας.
– γκάμα υλικών επεξεργασίας (σιδηρούχα μέταλλα, μη σιδηρούχα μέταλλα, ξύλο, πλαστικό κ.λπ.)
- το φάσμα των μεγεθών και των βαρών των προϊόντων που προορίζονται για μεταποίηση·
- διαμόρφωση προϊόντος (για παράδειγμα, χάραξη σε επίπεδες, κυλινδρικές, κυματοειδείς επιφάνειες).
- τον απαραίτητο χρόνο για την αλλαγή των εργασιών που εκτελούνται (αλλαγή του σχεδίου χάραξης, διαμόρφωση - γραμμές κοπής, αλλαγή του υλικού επεξεργασίας κ.λπ.)
- ο χρόνος εγκατάστασης και τοποθέτησης του προϊόντος.
- παραμέτρους των περιβαλλοντικών συνθηκών (εύρος θερμοκρασίας, υγρασία, περιεκτικότητα σε σκόνη) στις - - στις οποίες μπορεί να λειτουργήσει το σύστημα.
— απαιτήσεις για τα προσόντα του προσωπικού εξυπηρέτησης.
Με βάση αυτές τις παραμέτρους, επιλέγεται ο τύπος λέιζερ, η συσκευή σάρωσης δέσμης, αναπτύσσεται ο σχεδιασμός των συνδετήρων του προϊόντος, το επίπεδο αυτοματοποίησης του συστήματος στο σύνολό του, το ζήτημα της ανάγκης συγγραφής εξειδικευμένων προγραμμάτων για την προετοιμασία αρχείων σχεδίασης , γραμμές κοπής κ.λπ. αποφασίζεται.
Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη φύση της επεξεργασίας είναι οι ενεργειακές παράμετροι του λέιζερ - ενέργεια, ισχύς, ενεργειακή πυκνότητα, διάρκεια παλμού, χωρική και χρονική δομή της ακτινοβολίας, χωρική κατανομή της πυκνότητας ισχύος ακτινοβολίας στο σημείο εστίασης, συνθήκες εστίασης, φυσική ιδιότητες του υλικού (ανακλαστικότητα, θερμοφυσικές ιδιότητες, σημείο τήξης κ.λπ.). Ας εξετάσουμε τους κύριους τύπους λέιζερ και τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας τους. Στερεά, υγρά και αέρια χρησιμοποιούνται ως ενεργά μέσα λέιζερ. Στα λέιζερ στερεάς κατάστασης, τα ενεργά μέσα είναι κρυσταλλικά ή άμορφες ουσίεςμε ακαθαρσίες ορισμένων στοιχείων. Ένας μεγάλος αριθμός είναι γνωστός στερεάΚατάλληλα για χρήση σε λέιζερ, ωστόσο, μόνο λίγα χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική επεξεργασίας υλικών: Al2O3 με ένα μείγμα οξειδίου του χρωμίου (ρουμπίνι). γυαλί, γρανάτη αλουμινίου υττρίου Y3Al5O12 και βολφραμικό ασβέστιο CaWO4 ενεργοποιημένο με νεοδύμιο. Αυτά τα ενεργά μέσα καθιστούν δυνατή, σε σύγκριση με άλλα υλικά, τη δημιουργία λέιζερ με υψηλή ενέργεια εξόδου και υψηλή απόδοση. Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, τα υγρά λέιζερ είναι κοντά στα λέιζερ στερεάς κατάστασης, στα οποία ενεργό περιβάλλονχρησιμοποιούνται υγρά διηλεκτρικά με διαλυμένες προσμίξεις.
Η ενέργεια του παλμού ακτινοβολίας των λέιζερ στερεάς κατάστασης και υγρού (σε λειτουργία ελεύθερης λειτουργίας) κυμαίνεται από δέκατα του Joule έως 103 J και περισσότερο, και στη λειτουργία μεταγωγής Q έως αρκετές δεκάδες και εκατοντάδες Joule. Η ισχύς ακτινοβολίας των παλμικών λέιζερ, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας, μπορεί να ποικίλλει από εκατοντάδες κιλοβάτ (ελεύθερη παραγωγή) έως Γιγαβάτ (με μεταγωγή Q). Στον τρόπο λειτουργίας ριπής (τυχαία παραγωγή), η διαφορά μεταξύ του μέσου ολοκληρώματος ανά ισχύ παλμού και της ισχύος μιας μεμονωμένης ακίδας μπορεί να φτάσει δύο τάξεις μεγέθους. Αυτή η διαφορά είναι κάπως μικρότερη για έναν παλμό με διατεταγμένη δομή (κανονικός παλμός). Η μέση ολοκληρωμένη ισχύς διαφέρει ασήμαντα από την ισχύ ανά πάσα στιγμή για έναν οιονεί ακίνητο παλμό ακτινοβολίας. Ως εκ τούτου, η οιονεί στατική λειτουργία παραγωγής παρουσιάζει πρακτικό ενδιαφέρον για τις διαδικασίες συγκόλλησης και επεξεργασίας υλικού ως τρόπος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εφαρμογή «μαλακής» θέρμανσης. Η χρήση αυτής της λειτουργίας μειώνει την αφαίρεση υλικού από τη ζώνη πρόσκρουσης.
Οριακή τιμή απόδοσης Τα λέιζερ καθορίζονται κυρίως από τις εσωτερικές απώλειες στον κρύσταλλο του ενεργού μέσου και την αποτελεσματική χρήση της ενέργειας της αντλίας. Έτσι, για τα λέιζερ ρουμπίνι, η τιμή της πραγματικής απόδοσης δεν υπερβαίνει το 1%, και για λέιζερ σε γυαλί με νεοδύμιο - 2%.
Μια άλλη ποικιλία είναι λέιζερ αερίου, το ενεργό μέσο του οποίου είναι ένα αέριο, ένα μείγμα πολλών αερίων ή ένα μείγμα αερίου με ατμό μετάλλου. Τα λέιζερ αερίου περιλαμβάνουν επίσης χημικά λέιζερ., δεδομένου ότι χρησιμοποιούνται αέρια ενεργά μέσα για αυτά. Σε ένα χημικό λέιζερ, η διέγερση του ενεργού μέσου παρέχεται από γρήγορες χημικές αντιδράσεις. Ουδέτερα άτομα, ιόντα και μόρια αερίου χρησιμοποιούνται ως ενεργά σωματίδια στα λέιζερ αερίων. Τα λέιζερ ουδέτερων ατόμων καθιστούν δυνατή τη δημιουργία ακτινοβολίας με μήκος κύματος κυρίως στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος και μερικά στην κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος.
Τα λέιζερ αερίων ιόντων παράγουν κυρίως ορατή και υπεριώδη ακτινοβολία. Τα λέιζερ μοριακών αερίων παράγουν ακτινοβολία με μήκος κύματος 10-100 microns (εύρος υπέρυθρων και υποχιλιοστών). Η ισχύς των λέιζερ ουδέτερου ατόμου, για παράδειγμα, των λέιζερ ηλίου-νέον σε συνεχή λειτουργία, δεν υπερβαίνει τα 50 mW, τα λέιζερ ιόντων (αργού) φτάνουν τα 500 W και τα μοριακά λέιζερ είναι τα πιο ισχυρά. Για παράδειγμα, τα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα παρέχουν συνεχή ισχύ εξόδου αρκετών δεκάδων κιλοβάτ. αποδοτικότητα Τα λέιζερ σε ουδέτερα άτομα και ιόντα πρακτικά δεν ξεπερνούν το 0,1%, τα μοριακά λέιζερ έχουν πολύ υψηλότερη απόδοση, φτάνοντας το 20%.
Πιο πολλά υποσχόμενο για χρήση σε πολλά τεχνολογικές διαδικασίεςείναι λέιζερ ινών. Επί του παρόντος, η αγορά περιλαμβάνει λέιζερ ινών απλής λειτουργίας με μέση ισχύ εξόδου έως 2 kW, λέιζερ χαμηλής λειτουργίας έως 10 kW και συστήματα πολλαπλών λειτουργιών με ισχύ εξόδου έως 50 kW. Τα υψηλότερα επίπεδα ισχύος έχουν επιτευχθεί στα λέιζερ ινών που ενεργοποιούνται με Yb, τα οποία παράγουν ακτινοβολία σε μήκος κύματος 1,07 μm, η οποία απορροφάται σε μέταλλα καλύτερα από την ακτινοβολία σε μήκος κύματος 10,6 μm. Επιπλέον, ένα 10 φορές μικρότερο μήκος κύματος καθιστά δυνατή τη λήψη μικρότερης απόκλισης ακτινοβολίας, πράγμα που σημαίνει ότι είναι καλύτερο να την εστιάσετε. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι ακόμη και τα λέιζερ απλής λειτουργίας 100 watt σχετικά χαμηλής ισχύος μπορούν να κόψουν χάλυβα πάχους 1,5 mm σε ταχύτητες έως και 4 m/min. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των λέιζερ ινών καθιστούν δυνατή την εφαρμογή μιας λειτουργίας απομακρυσμένης συγκόλλησης, η οποία απλοποιεί σημαντικά την ενσωμάτωση του εξοπλισμού λέιζερ σε σύγχρονες γραμμές παραγωγής ρομποτικών και αυξάνει δραματικά την ταχύτητα συγκόλλησης.
Αλλά το θέμα δεν είναι μόνο στην ισχύ και την απόκλιση των δοκών. Άλλη μια παράμετρος που τονίζει έντονα λέιζερ ινών, είναι υψηλής ενεργειακής απόδοσης. Η άντληση της ενεργοποιημένης ίνας πραγματοποιείται με διόδους λέιζερ, η απόδοση είναι που ξεπερνά το 60%, λόγω του οποίου η πλήρης (ή «έξοδος») απόδοση. Τα λέιζερ ινών είναι 28-30% (πολλές φορές υψηλότερα από τα καλύτερα βιομηχανικά λέιζερ CO2, καθώς και από λέιζερ στερεάς κατάστασης με άντληση ημιαγωγών και λαμπτήρων). Εξαιτίας αυτού, το κόστος λειτουργίας τους για κατανάλωση ενέργειας και ψύξη είναι 5-8 φορές μικρότερο από ό,τι για τα λέιζερ CO2 και περίπου 20-50 φορές μικρότερο από ό,τι για τα λέιζερ στερεάς κατάστασης που αντλούνται από λαμπτήρες. Τελευταίο γεγονός, καθώς και η απουσία ρυθμιζόμενων κόμβων στα λέιζερ ινών, η υλοποίησή τους με τη μορφή ενσωματωμένων συσκευών ινών, εξασφαλίζουν υψηλή αξιοπιστία των συστημάτων στο σύνολό τους. Δομικά και από άποψη λειτουργίας, τα λέιζερ οπτικών ινών είναι πιο κοντά στον αμιγώς ηλεκτρονικό εξοπλισμό παρά στα βιομηχανικά λέιζερ άλλων τύπων. Σε αυτό πρέπει να προστεθεί ότι πρακτικά δεν απαιτούν τακτική συντήρηση.
Η καλή ενσωμάτωση των λέιζερ ινών στον σύγχρονο τεχνολογικό εξοπλισμό διευκολύνεται επίσης από το γεγονός ότι η ακτινοβολία εξόδου τους μεταφέρεται τέλεια χωρίς απώλεια ισχύος και χωρικών χαρακτηριστικών κατά μήκος λεπτών ινών χαλαζία που προστατεύονται από μηχανικές επιδράσεις με εύκαμπτους μεταλλικούς σωλήνες διαμέτρου 8–15 mm . Το μήκος τέτοιων καλωδίων ινών φτάνει τα 200 m και μπορεί να επεκταθεί εάν είναι απαραίτητο.
Παρακάτω είναι οι εξειδικευμένες εργασίες που επιλύονται με λέιζερ τεχνολογικά συστήματα. Η έμφαση μετατοπίζεται στα χαρακτηριστικά των λέιζερ που έχουν σχεδιαστεί για την επίλυση αυτών των προβλημάτων.
Κοπή μετάλλων με λέιζερ
Η χρήση λέιζερ για την κοπή μετάλλων, καθώς και μη μετάλλων, οφείλεται στα ακόλουθα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους: μεγάλη ποικιλία υλικών κοπής. τη δυνατότητα απόκτησης λεπτών τομών λόγω της απότομης εστίασης της δέσμης λέιζερ. μια μικρή ζώνη θερμικής επίδρασης ακτινοβολίας. ελάχιστη μηχανική επίδραση στο υλικό. τη δυνατότητα γρήγορης ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της συσκευής με υψηλή ακρίβεια. χημική καθαρότητα της διαδικασίας κοπής. τη δυνατότητα αυτοματοποίησης της διαδικασίας και απόκτησης υψηλής απόδοσης της μεθόδου. τη δυνατότητα κοπής σύνθετων προφίλ σε δύο ή και τρεις διαστάσεις.
Η κοπή με λέιζερ, όπως και άλλοι τύποι επεξεργασίας λέιζερ, βασίζεται στη θερμική επίδραση της ακτινοβολίας και συμβαίνει με μια κινούμενη πηγή θερμότητας που μπορεί να κινηθεί σε δύο αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις χρησιμοποιώντας ένα ειδικό οπτικό σύστημα που σας επιτρέπει να σχηματίσετε ένα σημείο με υψηλή πυκνότητα και φέρτε το στο απαιτούμενο σημείο του επεξεργασμένου δείγματος.
Η κοπή σχετικά παχιών μεταλλικών φύλλων πραγματοποιείται, κατά κανόνα, με ενεργό αέριο (οξυγόνο) που φυσά στη ζώνη κοπής. Η ουσία αυτής της διαδικασίας, που ονομάζεται κοπή με λέιζερ αερίου (GLR), είναι ότι η ακτινοβολία λέιζερ εστιάζει από ένα οπτικό σύστημα στην επιφάνεια του υλικού που επεξεργάζεται και το οξυγόνο παρέχεται ομοαξονικά με τη δέσμη χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή. Στην κοπή μετάλλων με λέιζερ, το οξυγόνο εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
υποστηρίζει την καύση του μετάλλου.
αφαιρεί τα προϊόντα καταστροφής και καθαρίζει τη ζώνη κοπής φυσώντας τα αέρια προϊόντα και ένα κλάσμα πτώσης.
ψύχει εντατικά τα μέρη του υλικού που γειτνιάζουν με τη ζώνη κοπής.
Η παρουσία πίδακα οξυγόνου κατά την κοπή μετάλλων μπορεί να αυξήσει σημαντικά το βάθος, την ταχύτητα κοπής και να αποκτήσει άκρα υψηλής ποιότητας. Ένα μικρό κλάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας απορροφάται από το επιφανειακό στρώμα του μετάλλου και οδηγεί στη θέρμανση του. Το φιλμ οξειδίων που προκύπτει αυξάνει την αναλογία της απορροφούμενης ενέργειας και η θερμοκρασία των μετάλλων αυξάνεται στο σημείο τήξης. Το υγρό μέταλλο και τα οξείδια διοχετεύονται έξω από τη ζώνη κοπής από τον πίδακα οξυγόνου, διευκολύνοντας έτσι την οξείδωση των υποκείμενων στρωμάτων. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να κοπεί το φύλλο μετάλλου σε όλο του το βάθος. Η χαμηλή παροχή ενέργειας και η υψηλή συγκέντρωση ενέργειας καθιστούν δυνατή τη λήψη παράλληλων άκρων με μικρό πλάτος κοπής (0,1–0,5 mm) και μια μικρή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα.
Η ταχύτητα κοπής των παχιών φύλλων αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος λέιζερ και εξαρτάται από το πάχος του φύλλου και τη θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου. Με ισχύ λέιζερ περίπου 400-600 W, είναι δυνατή η κοπή σιδηρούχων μετάλλων και τιτανίου με ταχύτητα της τάξης πολλών μέτρων ανά λεπτό, ενώ η κοπή μετάλλων με υψηλή θερμική αγωγιμότητα (χαλκός, αλουμίνιο) παρουσιάζει κάποια δυσκολία. Υπάρχει επαρκής όγκος πληροφοριών στη βιβλιογραφία σχετικά με τη σημαντική επίδραση της ενέργειας μιας χημικής αντίδρασης στην ταχύτητα κοπής και στην καθαρότητα των άκρων, ωστόσο, η πολυπλοκότητα της διαδικασίας δεν επιτρέπει ποσοτικές εκτιμήσεις, ειδικά αφού η σύνθεση του τελικού προϊόντα οξείδωσης, το κλάσμα του κλάσματος σταγονιδίων του μετάλλου που εκτοξεύεται από τον πίδακα αερίου και τη λανθάνουσα θερμότητα των μεταπτώσεων φάσης (τήξη, εξάτμιση). Ο Πίνακας 1 δείχνει τις μέσες ταχύτητες κοπής για διάφορα μέταλλα.
Τραπέζι 1.

Για την κοπή με λέιζερ αερίου, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται λέιζερ υψηλής ισχύος CO2 και στερεάς κατάστασης. Τα σύγχρονα λέιζερ CO2 με αργή ροή αερίου κατά μήκος του σωλήνα εκκένωσης αερίου έχουν σχετικά μεγάλα μήκη, καθώς η ειδική ισχύς τους δεν υπερβαίνει τα 50–100 W/m. Τα ευρέως διαδεδομένα λέιζερ CO2 κατασκευάζονται με τη μορφή "διπλωμένου" σχεδίου δύο, τεσσάρων ή έξι σωλήνων με συνολικό μήκος περίπου 3-6 m και απόδοση. περίπου 10%. Σχετικά πρόσφατα, αναπτύχθηκαν λέιζερ CO2 με γρήγορη εγκάρσια άντληση αερίου που κυκλοφορεί σε κλειστό όγκο. Με σχετικά μικρές διαστάσεις, καταφέρνουν να αποκτήσουν επίπεδα ισχύος 6-10 kW σε λειτουργία συνεχούς παραγωγής.
Η κοπή με λέιζερ αερίου συχνά συγκρίνεται με την κοπή με μικροπλάσμα, η οποία σας επιτρέπει να κόβετε πιο χοντρά φύλλα μετάλλου και με μεγαλύτερη ταχύτητα. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι το GLR παρέχει καλύτερο εντοπισμό και μεγαλύτερη πυκνότητα της παρεχόμενης ενέργειας, με αποτέλεσμα να μειώνεται η επηρεαζόμενη από τη θερμότητα ζώνη.
Λόγω του υψηλού ιξώδους του, η μηχανική κοπή του τιτανίου είναι δύσκολη, ενώ η κοπή πλάσματος δίνει μια μεγάλη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και κορεσμό αερίων των άκρων. Η χρήση του GLR οδηγεί σε μείωση του κόστους επεξεργασίας κατά 75%. Με GLR σημαντικό σημείοστον προσδιορισμό της ταχύτητας κοπής είναι η σωστά επιλεγμένη ταχύτητα εκροής του πίδακα αερίου από το ακροφύσιο, η οποία καθορίζεται από την πίεση αερίου στον κόφτη.
Η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας υαλοπίνακα αλουμινίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κατάσταση της επιφάνειας. Η κοπή φύλλων με λεία ακατέργαστη επιφάνεια είναι πολύ πιο δύσκολη, ενώ η αμμοβολή της επιφάνειας επιτρέπει την υάλωση, αλλά η ποιότητα της κοπής δεν είναι υψηλή (είναι μια κανονική ακολουθία οπών). Η οξείδωση, η παθητικοποίηση, η ανοδίωση και η νιτρίωση της επιφάνειας ενός λείου φύλλου δεν παρείχαν επαρκείς συνθήκες για το GLR. Υπάρχουν δυσκολίες κατά την κοπή και υλικά όπως ο χαλκός, ο ορείχαλκος. Το γεγονός είναι ότι αυτά τα μέταλλα έχουν υψηλή ανακλαστικότητα της ακτινοβολίας λέιζερ, τόσο σε ψυχρή όσο και σε θερμή κατάσταση, και υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Οι μεμβράνες οξειδίου που σχηματίζονται πάνω τους είναι λεπτές και απορροφούν ανεπαρκώς την ακτινοβολία λέιζερ.
Διάνοιξη οπών με λέιζερ σε μέταλλα
Υπάρχουν πλεονεκτήματα στη χρήση λέιζερ ως εργαλείο διάτρησης.
Δεν υπάρχει μηχανική επαφή μεταξύ του εργαλείου διάτρησης και του υλικού, καθώς και σπάσιμο και φθορά των τρυπανιών.
Η ακρίβεια της τοποθέτησης της οπής είναι αυξημένη, αφού τα οπτικά που χρησιμοποιούνται για την εστίαση της δέσμης λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης για να την κατευθύνουν στο επιθυμητό σημείο. Οι τρύπες μπορούν να προσανατολιστούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.
Επιτυγχάνεται μεγαλύτερη αναλογία βάθους προς διάμετρο διάτρησης από ό,τι συμβαίνει με άλλες μεθόδους διάτρησης.
Κατά τη διάτρηση, καθώς και κατά την κοπή, οι ιδιότητες του υλικού που υποβάλλεται σε επεξεργασία επηρεάζουν σημαντικά τις παραμέτρους λέιζερ που απαιτούνται για την εκτέλεση της λειτουργίας. Η διάτρηση πραγματοποιείται με παλμικά λέιζερ που λειτουργούν τόσο σε λειτουργία ελεύθερης λειτουργίας με διάρκεια παλμού της τάξης του 1 μs όσο και σε λειτουργία μεταγωγής Q με διάρκεια πολλών δεκάδων νανοδευτερόλεπτων. Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει θερμική επίδραση στο υλικό, η τήξη και η εξάτμισή του. Η τρύπα μεγαλώνει σε βάθος κυρίως λόγω της εξάτμισης, και σε διάμετρο λόγω της τήξης των τοιχωμάτων και της εκροής υγρού υπό την δημιουργούμενη υπερβολική πίεση ατμών.
Τυπικά, οι βαθιές οπές της επιθυμητής διαμέτρου λαμβάνονται χρησιμοποιώντας επαναλαμβανόμενους παλμούς λέιζερ χαμηλής ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται οπές με μικρότερη κωνικότητα και καλύτερη ποιότητα από οπές που λαμβάνονται με μεγαλύτερη ενέργεια ενός μόνο παλμού. Εξαίρεση αποτελούν υλικά που περιέχουν στοιχεία ικανά να δημιουργήσουν υψηλή τάση ατμών. Έτσι, είναι πολύ δύσκολο να συγκολληθεί ο ορείχαλκος με παλμική ακτινοβολία λέιζερ λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε ψευδάργυρο, ωστόσο, κατά τη διάτρηση, ο ορείχαλκος έχει ορισμένα πλεονεκτήματα, καθώς τα άτομα ψευδαργύρου βελτιώνουν σημαντικά τον μηχανισμό εξάτμισης.
Δεδομένου ότι η λειτουργία πολλαπλών παλμών σάς επιτρέπει να λαμβάνετε τρύπες με την καλύτερη ποιότητα της επιθυμητής γεωμετρίας και με μικρή απόκλιση από τις καθορισμένες διαστάσεις, στην πράξη αυτή η λειτουργία έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη κατά τη διάνοιξη οπών σε λεπτά μέταλλα και μη μεταλλικά υλικά. Ωστόσο, κατά τη διάνοιξη οπών σε χοντρά υλικά, προτιμώνται μόνοι παλμοί υψηλής ενέργειας. Η διάφραγμα της ροής του λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη διαμορφωμένων οπών, αλλά αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα στην επεξεργασία λεπτών μεμβρανών και μη μεταλλικών υλικών. Όταν η διάτρηση με λέιζερ εκτελείται σε λεπτά φύλλα με πάχος μικρότερο από 0,5 mm, υπάρχει κάποια ενοποίηση της διαδικασίας, που συνίσταται στο γεγονός ότι μπορούν να γίνουν οπές με διάμετρο 0,001 έως 0,2 mm σε όλα τα μέταλλα σε σχετικά χαμηλές ισχύς .
Η διάνοιξη οπών σε μέταλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις. Έτσι, με τη βοήθεια παλμικών λέιζερ, μπορεί να πραγματοποιηθεί δυναμική εξισορρόπηση εξαρτημάτων που περιστρέφονται με υψηλή ταχύτητα. Η ανισορροπία επιλέγεται με τοπική τήξη συγκεκριμένου όγκου υλικού. Το λέιζερ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είτε με τοπική εξάτμιση του υλικού είτε με γενική θέρμανση. Η υψηλή πυκνότητα ισχύος, το μικρό μέγεθος κηλίδας και η μικρή διάρκεια παλμού καθιστούν το λέιζερ ιδανικό εργαλείο για αυτήν την εφαρμογή.
Τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη οπών σε μέταλλο θα πρέπει να παρέχουν εστιασμένη πυκνότητα ισχύος δέσμης της τάξης των 107 - 108 W/cm2. Η διάνοιξη οπών με μεταλλικά τρυπάνια με διάμετρο μικρότερη από 0,25 mm είναι μια δύσκολη πρακτική εργασία, ενώ η διάτρηση με λέιζερ καθιστά δυνατή τη λήψη οπών με διάμετρο ανάλογη με το μήκος κύματος ακτινοβολίας με αρκετά υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης. Οι ειδικοί της εταιρείας "General Electric" (ΗΠΑ) υπολόγισαν ότι η διάνοιξη οπών με λέιζερ σε σύγκριση με την επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων έχει υψηλή οικονομική ανταγωνιστικότητα. Επί του παρόντος, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη διάνοιξη οπών. Παρέχουν ρυθμό επανάληψης παλμών έως και 1000 Hz και ισχύ σε συνεχή λειτουργία από 1 έως 103 W, σε λειτουργία παλμού έως εκατοντάδες κιλοβάτ και σε λειτουργία μεταγωγής Q έως αρκετά μεγαβάτ. Μερικά αποτελέσματα επεξεργασίας από τέτοια λέιζερ δίνονται στον Πίνακα. 3.
Πίνακας 3

Μέταλλο	Πάχος, mm	Διάμετρος οπής, mm		Διάρκεια γεώτρηση	ενέργεια λέιζερ, J
		εισαγωγή	σαββατοκύριακο
Ανοξείδωτο ατσάλι	0,65 0,9 1,78	0,25 0,5 0,3	0,15 0,25 0,22	10 παρορμήσεις 2,35 0,8	0,15 0,25 16,0
Νικέλιο χάλυβας	0,5	0,2	0,15	2,0	3,3
Βολφράμιο	0,5 1,6	0,2 0,35	0,2 0,2	2,1 1,8	4,0 2,1
Μαγνήσιο	1,6 0,5	0,4 0,25	0,3 0,2	2,0 2,0	3,3 3,3
Μολυβδαίνιο	0,5 0,8	0,25 0,2	0,25 0,2	2,35 2,25	5,9 4,9
Χαλκός	1,6	0,3	0,15	2,35	5,9
Ταντάλιο	1,6	0,3	0,1	2,42	8,0

Συγκόλληση μετάλλων με λέιζερ
Η συγκόλληση με λέιζερ στην ανάπτυξή της είχε δύο στάδια. Αρχικά αναπτύχθηκε σημειακή συγκόλληση. Αυτό εξηγήθηκε από την παρουσία εκείνη την εποχή ισχυρών παλμικών λέιζερ στερεάς κατάστασης. Επί του παρόντος, παρουσία λέιζερ αερίου CO2 υψηλής ισχύος και στερεάς κατάστασης Nd:YAG που παρέχουν συνεχή ακτινοβολία cw και παλμό, είναι δυνατή η συγκόλληση ραφής με βάθος διείσδυσης έως και αρκετά χιλιοστά. Η συγκόλληση με λέιζερ έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλους τύπους συγκόλλησης. Με την παρουσία υψηλής πυκνότητας φωτεινής ροής και οπτικού συστήματος, είναι δυνατή η τοπική διείσδυση σε ένα δεδομένο σημείο με υψηλή ακρίβεια. Αυτή η περίσταση καθιστά δυνατή τη συγκόλληση υλικών σε δυσπρόσιτες περιοχές, σε θάλαμο κενού ή γεμάτο με αέριο με παράθυρα που είναι διαφανή στην ακτινοβολία λέιζερ. Η συγκόλληση, για παράδειγμα, μικροηλεκτρονικών στοιχείων σε θάλαμο με ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου έχει ιδιαίτερο πρακτικό ενδιαφέρον, καθώς σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχουν αντιδράσεις οξείδωσης.
Η συγκόλληση των εξαρτημάτων γίνεται σε πολύ χαμηλότερες πυκνότητες ισχύος από την κοπή. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κατά τη συγκόλληση απαιτείται μόνο θέρμανση και τήξη του υλικού, δηλ. απαιτούνται πυκνότητες ισχύος που εξακολουθούν να είναι ανεπαρκείς για έντονη εξάτμιση (105–106 W/cm2), με διάρκεια παλμού περίπου 10– 3–10–4 δευτ. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία λέιζερ που εστιάζεται στο υλικό που επεξεργάζεται είναι μια επιφανειακή πηγή θερμότητας, η μεταφορά θερμότητας στο βάθος των συγκολλημένων μερών πραγματοποιείται λόγω θερμικής αγωγιμότητας και η ζώνη διείσδυσης αλλάζει με την πάροδο του χρόνου με έναν σωστά επιλεγμένο τρόπο συγκόλλησης. Σε περίπτωση ανεπαρκών πυκνοτήτων ισχύος, εμφανίζεται μη διείσδυση της συγκολλημένης ζώνης και παρουσία υψηλών πυκνοτήτων ισχύος, παρατηρείται εξάτμιση μετάλλου και σχηματισμός οπών.
Η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μηχανή κοπής αερίου με λέιζερ με χαμηλότερη ισχύ και χρησιμοποιώντας ένα ασθενές χτύπημα αδρανούς αερίου στη ζώνη συγκόλλησης. Με ισχύ λέιζερ CO2 περίπου 200 W, είναι δυνατή η συγκόλληση χάλυβα πάχους έως 0,8 mm με ταχύτητα 0,12 m/min. η ποιότητα της ραφής δεν είναι χειρότερη από την επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων. Η συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων έχει κάπως υψηλότερες ταχύτητες συγκόλλησης, αλλά πραγματοποιείται σε θάλαμο κενού, γεγονός που δημιουργεί μεγάλη ταλαιπωρία και απαιτεί σημαντικό συνολικό κόστος χρόνου.
Στον πίνακα. Το Σχήμα 4 δείχνει δεδομένα για συγκόλληση άκρου με λέιζερ CO2 ισχύος 250 W διαφόρων υλικών.
Πίνακας 4 5. Σε συγκόλληση επικάλυψης, άκρου και γωνίας, λήφθηκαν ταχύτητες κοντά σε αυτές που υποδεικνύονται στον πίνακα, με πλήρη διείσδυση του συγκολλημένου υλικού στη ζώνη κρούσης δοκού.
Πίνακας 5. Τα συστήματα συγκόλλησης με λέιζερ είναι ικανά να συγκολλούν ανόμοια μέταλλα, παράγοντας ελάχιστες θερμικές επιδράσεις λόγω του μικρού μεγέθους της κηλίδας λέιζερ, και επίσης να συγκολλούν λεπτά σύρματα με διάμετρο μικρότερη από 20 μικρά σε σχήμα σύρματος ή φύλλου σύρματος .
Κοπή μη μεταλλικών υλικών
Η δέσμη λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί με μεγάλη επιτυχία στην κοπή μη μεταλλικών υλικών όπως πλαστικά, υαλοβάμβακα, σύνθετα υλικά από βόριο και άνθρακα, κεραμικά, καουτσούκ, ξύλο, αμίαντο, κλωστοϋφαντουργικά υλικά κ.λπ. Αυτή η σειρά υλικών έχει συνήθως χαμηλότερη θερμική διάχυση από τα μέταλλα, και ως εκ τούτου η ειδική εισροή ενέργειας για τη διαδικασία κοπής είναι πολύ μικρότερη. Επομένως, η κατωφλιακή πυκνότητα ροής που απαιτείται για την έναρξη της κοπής μη μετάλλων εξαρτάται ασθενώς από το πάχος του φύλλου.
Για την κοπή μη μεταλλικών υλικών, καθώς και μετάλλων, χρησιμοποιούνται κυρίως λέιζερ συνεχούς ακτινοβολίας YAG και CO2. Για να αυξηθεί η απόδοση κοπής, ένα ενεργό ή ουδέτερο αέριο διοχετεύεται στη ζώνη κοπής, το οποίο διοχετεύει τα εξατμισμένα κλάσματα σταγονιδίων και ψύχει την επεξεργασμένη περιοχή, επιτρέποντας την κοπή υλικών με χαμηλή απανθράκωση και τήξη.
Στη διαδικασία της υάλωσης των διηλεκτρικών, η εκτόξευση από τη ζώνη κοπής των λεπτώς διασκορπισμένων και σταγονιδίων κλασμάτων, τα οποία σχηματίζονται υπό τη θερμική δράση της ακτινοβολίας λέιζερ, παίζει καθοριστικό ρόλο στην καταστροφή τους. Εξαίρεση αποτελούν υλικά με βάση τις ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης: textolite, fiberglass κ.λπ. Αυτός ο τύποςτα υλικά υπό τη δράση της ακτινοβολίας λέιζερ μετατρέπονται σε μια παχύρρευστη συντηγμένη μάζα, η οποία είναι δύσκολο να αφαιρεθεί από την κοπή χρησιμοποιώντας πίδακα αερίου: απαιτείται υψηλή κατανάλωση ενέργειας για την εξάτμιση των προϊόντων καταστροφής.
Η κοπή με λέιζερ αερίου σάς επιτρέπει να έχετε καθαρή κοπή διηλεκτρικών με καλές ιδιότητες αιχμής. Σε αυτή την περίπτωση, στο πλάι της εισόδου δοκού, η άκρη έχει η καλύτερη ποιότητα, και παρατηρείται κάποια τήξη στην πλευρά της εξόδου. Η κοπή παχύρρευστων οργανικών υλικών είναι διαφορετική ενδιαφέρον χαρακτηριστικό; το πλάτος κοπής στην έξοδο είναι πολύ μικρότερο από αυτό που θα περίμενε κανείς με βάση τη γεωμετρική απόκλιση της δέσμης που σχηματίζεται από την οπτική εστίαση.
Με την παρουσία επαρκούς ισχύος ακτινοβολίας λέιζερ, είναι δυνατή η εκτέλεση της διαδικασίας GLR από γυαλί και χαλαζία. Ταυτόχρονα, η ποιότητα κοπής είναι υψηλή, αλλά οι άκρες είναι ελαφρώς λιωμένες από τις πλευρές εξόδου και εισόδου της δοκού.
Μεγάλες προοπτικές ανοίγονται όταν χρησιμοποιείτε το GLR για την κοπή υφασμάτων. Τα διαθέσιμα αποτελέσματα μιας πειραματικής μελέτης κοπής τόσο μεμονωμένων στρώσεων όσο και πολυστρωματικών δαπέδων δείχνουν ότι σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση υπάρχουν τρόποι λειτουργίας λέιζερ και ταχύτητα κίνησης του υλικού που επεξεργάζεται, στα οποία επιτυγχάνεται κοπή υψηλής ποιότητας χωρίς καύση.
Στον πίνακα. Το σχήμα 6 δείχνει τα αποτελέσματα της κοπής ορισμένων διηλεκτρικών υλικών με λέιζερ CO2.
Πίνακας 6 Διάτρηση μη μεταλλικών υλικών
Η διάτρηση οπών είναι ένας από τους πρώτους τομείς της τεχνολογίας λέιζερ. Πρώτον, καίγοντας τρύπες σε διάφορα υλικά, οι πειραματιστές τις χρησιμοποίησαν για να υπολογίσουν την ενέργεια ακτινοβολίας των παλμών λέιζερ. Επί του παρόντος, η διαδικασία της διάτρησης με λέιζερ γίνεται μια ανεξάρτητη κατεύθυνση της τεχνολογίας λέιζερ. Τα υλικά που θα τρυπηθούν με δέσμη λέιζερ περιλαμβάνουν αμέταλλα όπως διαμάντια, ρουμπινιές, φερρίτες, κεραμικά κ.λπ., στα οποία η διάνοιξη οπών με συμβατικές μεθόδους είναι δύσκολη ή αναποτελεσματική. Χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ, μπορείτε να ανοίξετε τρύπες διαφορετικών διαμέτρων. Για αυτή τη λειτουργία χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες δύο μέθοδοι. Στην πρώτη μέθοδο, η δέσμη λέιζερ κινείται κατά μήκος ενός δεδομένου περιγράμματος και το σχήμα της οπής καθορίζεται από την τροχιά της σχετικής κίνησής της. Εδώ, λαμβάνει χώρα μια διαδικασία κοπής, κατά την οποία η πηγή θερμότητας κινείται με μια ορισμένη ταχύτητα σε μια δεδομένη κατεύθυνση: στην περίπτωση αυτή, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται λέιζερ συνεχών κυμάτων, καθώς και παλμικά λέιζερ που λειτουργούν με αυξημένο ρυθμό επανάληψης παλμών .
Στη δεύτερη μέθοδο, που ονομάζεται μέθοδος προβολής, η επεξεργασμένη οπή επαναλαμβάνει το σχήμα της δέσμης λέιζερ, στην οποία μπορεί να δοθεί οποιοδήποτε τμήμα χρησιμοποιώντας ένα οπτικό σύστημα. Η μέθοδος προβολής της διάνοιξης οπών έχει κάποια πλεονεκτήματα σε σχέση με την πρώτη. Έτσι, εάν τοποθετηθεί ένα διάφραγμα (μάσκα) στη διαδρομή της δοκού, τότε με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατό να αποκοπεί το περιφερειακό τμήμα του και να επιτευχθεί μια σχετικά ομοιόμορφη κατανομή έντασης στη διατομή της δοκού. Λόγω αυτού, το όριο της ακτινοβολούμενης ζώνης είναι πιο ευκρινές, η κωνικότητα της οπής μειώνεται και η ποιότητα βελτιώνεται.
Υπάρχει ένας αριθμός τεχνικών που σας επιτρέπουν να επιλέξετε επιπλέον ένα μέρος του λιωμένου υλικού από την τρύπα που επεξεργάζεται. Ένα από αυτά είναι η δημιουργία υπερβολικής πίεσης από πεπιεσμένο αέρα ή άλλα αέρια, τα οποία τροφοδοτούνται στη ζώνη γεώτρησης χρησιμοποιώντας ομοαξονικό ακροφύσιο με ακτινοβολία λέιζερ. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για τη διάνοιξη οπών με διάμετρο 0,05-0,5 mm σε κεραμικές πλάκες πάχους έως 2,5 mm χρησιμοποιώντας λέιζερ CO2 που λειτουργεί σε συνεχή λειτουργία.
Η διάνοιξη οπών σε σκληρά κεραμικά δεν είναι εύκολη υπόθεση: η συμβατική μέθοδος απαιτεί ένα διαμαντένιο εργαλείο, ενώ άλλες υπάρχουσες μέθοδοι είναι δύσκολες λόγω του μεγέθους της οπής σε διάμετρο ίση με τα δέκατα του χιλιοστού. Αυτές οι δυσκολίες είναι ιδιαίτερα αισθητές όταν το πάχος της πλάκας που πρόκειται να κατεργαστεί είναι μεγαλύτερο από τη διάμετρο της οπής. Η αναλογία του βάθους της οπής (πάχος υλικού) προς τη διάμετρό της είναι ένα μέτρο της ποιότητας της απόκτησης λεπτών οπών. είναι 2:1 με συμβατική διάτρηση και περίπου 4:1 με τη μέθοδο υπερήχων που χρησιμοποιείται κατά τη διάτρηση κεραμικών και άλλων πυρίμαχων υλικών.
Η μέθοδος διάτρησης με λέιζερ αυτής της κατηγορίας υλικών επιτρέπει την επίτευξη της καλύτερης αναλογίας με πολύ υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης οπών και σχετικά λιγότερο χρόνο. Έτσι, για τη διάτρηση με λέιζερ κεραμικών πολυκρυσταλλικής αλουμίνας υψηλής πυκνότητας, χρησιμοποιήθηκε ένα λέιζερ ρουμπίνι με ενέργεια παλμού 1,4 J, ένας εστιασμένος φακός με εστιακή απόσταση 25 mm στην επιφάνεια του δίσκου και παρέχοντας πυκνότητα ισχύος περίπου 4 -106 W/cm2. Κατά μέσο όρο, απαιτήθηκαν 40 παλμοί με ρυθμό επανάληψης 1 Hz για διάτρηση ενός κεραμικού δίσκου πάχους 3,2 mm. Η διάρκεια του παλμού λέιζερ ήταν 0,5 ms. Οι οπές που προέκυψαν είχαν μια κωνικότητα με διάμετρο περίπου 0,5 mm στην είσοδο και 0,1 mm στην έξοδο. Μπορεί να φανεί ότι η αναλογία του βάθους προς τη μέση διάμετρο της οπής είναι περίπου 11:1, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από την παρόμοια αναλογία για άλλες μεθόδους διάνοιξης οπών. Για απλά υλικά, αυτή η αναλογία για διάτρηση με λέιζερ μπορεί να είναι 50:1.
Για την απομάκρυνση των προϊόντων καύσης και της υγρής φάσης από τη ζώνη γεώτρησης, χρησιμοποιείται εμφύσηση με αέρα ή άλλα αέρια. Η πιο αποτελεσματική εμφύσηση των προϊόντων γίνεται με συνδυασμό εμφύσησης από την μπροστινή πλευρά και κενού από την πίσω πλευρά του δείγματος. Ένα παρόμοιο σχέδιο χρησιμοποιήθηκε για τη διάνοιξη οπών σε κεραμικά πάχους έως 5 mm. Ωστόσο, η αποτελεσματική αφαίρεση της υγρής φάσης σε αυτή την περίπτωση συμβαίνει μόνο μετά το σχηματισμό μιας διαμπερούς οπής.
Στον πίνακα. Το σχήμα 7 δείχνει τις παραμέτρους των οπών σε ορισμένα μη μεταλλικά υλικά και τους τρόπους επεξεργασίας τους.
Πίνακας 7

Υλικό	Επιλογές τρύπας			Λειτουργία επεξεργασίας
	Διάμετρος, mm	Βάθος, mm	Αναλογία βάθους προς διάμετρο	Ενέργεια, Τζ	Διάρκεια παλμού x10-4, s	Πυκνότητα ροής, W/cm2	Αριθμός παλμών ανά