Mikro ūdensstrūklas vadāma lāzera apstrādes iekārta

Īss apraksts:

Tā kā ražošanā joprojām tiek pieprasīta lielāka precizitāte un produktivitāte, ūdens strūklas vadāmā lāzera (WJGL) tehnoloģija iegūst arvien lielāku popularitāti gan inženierzinātņu ieviešanā, gan tirgus potenciālā. Augstas klases nozarēs, piemēram, kosmosa, elektronikas, medicīnas ierīču un automobiļu ražošanā, tiek noteiktas stingras prasības attiecībā uz izmēru precizitāti, malu integritāti, termiski ietekmētās zonas (HAZ) kontroli un materiālu īpašību saglabāšanu. Tradicionālie procesi — mehāniskā apstrāde, termiskā griešana un standarta lāzera apstrāde — bieži vien cīnās ar pārmērīgu termisko triecienu, mikroplaisām un ierobežotu saderību ar ļoti atstarojošiem vai siltumjutīgiem materiāliem.

Sūtiet mums e-pastu

Funkcijas

Detalizēta diagramma

Ievads

Tā kā ražošana turpina pieprasīt lielāku precizitāti un produktivitāti,ūdens strūklas vadāms lāzers (WJGL)Tehnoloģija iegūst arvien lielāku popularitāti gan inženierzinātņu ieviešanā, gan tirgus potenciālā. Augstas klases nozarēs, piemēram, kosmosa, elektronikas, medicīnas ierīču un automobiļu ražošanā, tiek noteiktas stingras prasības attiecībā uz izmēru precizitāti, malu integritāti, termiski ietekmētās zonas (HAZ) kontroli un materiālu īpašību saglabāšanu. Tradicionālie procesi — mehāniskā apstrāde, termiskā griešana un standarta lāzerapstrāde — bieži vien cīnās ar pārmērīgu termisko triecienu, mikroplaisām un ierobežotu saderību ar ļoti atstarojošiem vai siltumjutīgiem materiāliem.

Lai risinātu šos ierobežojumus, pētnieki lāzerprocesā ieviesa ātrgaitas mikro ūdens strūklu, radot WJGL. Šajā konfigurācijā ūdens strūkla vienlaikus kalpo arī kāstaru kūli vadoša videunefektīvs dzesēšanas šķidruma/atkritumu noņemšanas līdzeklis, uzlabojot griešanas kvalitāti un paplašinot materiālu pielietojamību. Konceptuāli WJGL ir inovatīvs tradicionālās lāzerapstrādes un ūdens strūklas griešanas hibrīds, kas piedāvā augstu enerģijas blīvumu, augstu precizitāti un ievērojami samazinātus termiskos bojājumus — īpašības, kas atbalsta plašu precīzas ražošanas scenāriju klāstu.

Mikro ūdensstrūklas vadāma lāzera apstrādes iekārta

Ūdens strūklas vadāmā lāzera darbības princips

Kā parādīts 1. attēlā, WJGL centrālā koncepcija ir lāzera enerģijas pārraidīšana caur nepārtrauktu ūdens strūklu, efektīvi darbojoties kā “šķidra optiskā šķiedra”. Parastajās optiskajās šķiedrās gaismu vadapilnīga iekšējā atstarošana (TIR)kodola un apvalka refrakcijas indeksa atšķirības dēļ. WJGL izmanto to pašu mehānismu pieūdens un gaisa saskarneūdens refrakcijas indekss ir aptuveni1.33, kamēr gaiss ir aptuveni1,00Kad lāzers atbilstošos apstākļos tiek savienots ar strūklu, TIR ierobežo staru kūli ūdens stabā, nodrošinot stabilu, zemas diverģences izplatīšanos apstrādes zonas virzienā.

1. att. Ūdens strūklas vadāmā lāzera apstrādes raksturlielumi (shematiski)

Sprauslas dizains un mikrostrūklu veidošana

Efektīvai lāzera savienošanai ar strūklu ir nepieciešama sprausla, kas spēj radīt stabilu, nepārtrauktu, gandrīz cilindrisku mikrostrūklu, vienlaikus ļaujot lāzeram iekļūt piemērotā leņķī, lai saglabātu TIR ūdens un gaisa robežā. Tā kā strūklas stabilitāte lielā mērā nosaka stara pārraides stabilitāti un fokusēšanas konsekvenci, WJGL sistēmas parasti balstās uz precīzu šķidruma kontroli un rūpīgi izstrādātām sprauslu ģeometrijām.

2. attēlā parādīti dažādu sprauslu tipu (piemēram, kapilāro un dažādu konisko konstrukciju) radītie reprezentatīvie strūklas stāvokļi. Sprauslas ģeometrija ietekmē strūklas saraušanos, stabilu garumu, turbulences attīstību un savienojuma efektivitāti, tādējādi ietekmējot apstrādes kvalitāti un atkārtojamību.

Ūdenim piemīt arī no viļņa garuma atkarīga absorbcija un izkliede. Redzamajā un tuvajā infrasarkanajā diapazonā absorbcija ir relatīvi zema, kas nodrošina efektīvu pārraidi. Turpretī tālajā infrasarkanajā un ultravioletajā diapazonā absorbcija palielinās, tāpēc lielākā daļa WJGL ieviešanas darbojas redzamajā līdz tuvajā infrasarkanajā diapazonā.

2. att. Sprauslu struktūras mikrostrūklu veidošanai: (a) kontrakcijas shēma; (b) kapilārā sprausla; (c) koniskā sprausla; (d) augšējā koniskā sprausla; (e) apakšējā koniskā sprausla

WJGL galvenās priekšrocības

Tradicionālie apstrādes veidi ietver mehānisko griešanu, termisko griešanu (piemēram, plazmas/liesmas griešanu) un parasto lāzergriešanu. Mehāniskā apstrāde ir balstīta uz kontaktu; instrumentu nodilums un griešanas spēki var izraisīt mikrobojājumus un deformāciju, ierobežojot sasniedzamo precizitāti un virsmas integritāti. Termiskā griešana ir efektīva biezām sekcijām, taču parasti rada lielu HAZ, atlikušos spriegumus un mikroplaisas, kas samazina mehānisko veiktspēju. Parastā lāzerapstrāde, lai arī daudzpusīga, joprojām var ciest no relatīvi lielas HAZ un nestabilas veiktspējas, apstrādājot ļoti atstarojošus vai karstumjutīgus materiālus.

Kā apkopots 3. attēlā, WJGL izmanto ūdeni kā pārneses vidi un vienlaicīgu dzesēšanas šķidrumu, ievērojami samazinot HAZ un nomācot deformācijas un mikroplaisas, tādējādi uzlabojot precizitāti un malu/virsmas kvalitāti (sk. 4. attēlu). Tās priekšrocības var apkopot šādi:

Zems termiskais bojājums un uzlabota kvalitāteAugstā īpatnējā siltumietilpība un nepārtrauktā ūdens plūsma ātri novada siltumu, ierobežojot siltuma uzkrāšanos un palīdzot saglabāt mikrostruktūru un īpašības.
Uzlabota fokusēšanas stabilitāte un enerģijas izmantošanaIerobežošana strūklas iekšienē samazina izkliedi un enerģijas zudumus, salīdzinot ar izplatīšanos brīvā telpā, nodrošinot lielāku enerģijas blīvumu un vienmērīgāku apstrādi — labi piemērots smalkai griešanai, mikrourbšanai un sarežģītām ģeometrijām.
Tīrāka un drošāka darbībaŪdens vide uztver un noņem izgarojumus, daļiņas un gružus, samazinot gaisa piesārņojumu un uzlabojot darba drošību.

3. attēls. Salīdzinājums starp parasto lāzerapstrādi un WJGL
4. att. Tipisku griešanas un urbšanas tehnoloģiju salīdzinājums

Pielietojuma jomas

1) Aviācija un kosmoss

Aviācijas un kosmosa komponentu ražošanā bieži tiek izmantoti augstas veiktspējas materiāli, piemēram, titāna sakausējumi, niķeļa sakausējumi, CFRP, CMC un keramika, kurus ir grūti apstrādāt, vienlaikus saglabājot gan precizitāti, gan efektivitāti. Apvienojot augsto enerģijas blīvumu un efektīvu dzesēšanu, WJGL nodrošina precīzu griešanu ar samazinātu HAZ, samazinot deformāciju un īpašību pasliktināšanos, kā arī atbalstot uzticamībai kritiski svarīgas detaļas.

2) Medicīnas ierīces

Medicīnisko ierīču ražošanai ir nepieciešama izcila precizitāte, tīrība un virsmas integritāte tādiem produktiem kā minimāli invazīvi instrumenti, implanti un diagnostikas/terapeitiskās ierīces. Atdzesējot un tīrot apstrādes zonu ar ūdens plūsmu, WJGL samazina termiskos bojājumus un virsmas piesārņojumu, uzlabojot konsistenci un atbalstot bioloģisko saderību. Tas arī ļauj precīzi izgatavot sarežģītas ģeometrijas pielāgotām ierīcēm.

3) Elektronika

Mikroelektronikā un pusvadītāju ražošanā WJGL tiek plaši izmantots vafeļu sadalīšanai, mikroshēmu iepakošanai un mikrostrukturēšanai, pateicoties tā augstajai precizitātei un zemajai termiskajai ietekmei. Ūdens dzesēšana mazina karstuma radītos bojājumus jutīgām sastāvdaļām, uzlabojot uzticamību un veiktspējas stabilitāti.

4) Dimanta apstrāde

Dimanta un citu īpaši cietu materiālu detaļām WJGL piedāvā augstas precizitātes griešanu un urbšanu ar zemu termisko ietekmi, minimālu mehānisko spriegumu, augstu efektivitāti un izcilu malu/virsmas kvalitāti. Salīdzinot ar tradicionālajām mehāniskajām metodēm un dažām lāzertehnikām, WJGL bieži vien ir efektīvāks materiāla integritātes saglabāšanā un defektu novēršanā.

Bieži uzdotie jautājumi par ūdens strūklas vadāmu lāzeru (WJGL)

1) Kas ir ūdens strūklas vadāmā lāzera (WJGL) apstrāde?

WJGL ir lāzera apstrādes metode, kurā lāzera stars tiek savienots ar mikro ūdens strūklu. Ūdens strūkla darbojas gan kā staru virzoša vide, gan kā dzesēšanas/atkritumu noņemšanas vide, nodrošinot augstu precizitāti ar samazinātu termisko bojājumu.

2) Kā darbojas WJGL?

WJGL balstās uz pilnīgu iekšējo atstarošanos ūdens un gaisa saskarnē. Tā kā ūdenim un gaisam ir atšķirīgi refrakcijas indeksi, lāzeru var ierobežot un vadīt ūdens stabā — līdzīgi kā “šķidro optisko šķiedru” — un stabili piegādāt apstrādes zonai.

3) Kāpēc WJGL samazina karstuma ietekmēto zonu (HAZ)?

Nepārtraukti plūstošais ūdens efektīvi novada siltumu, pateicoties tā augstajai siltumietilpībai. Tas novērš siltuma uzkrāšanos, samazinot HAZ, deformāciju un mikroplaisas.

4) Kādas ir galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar parasto lāzerapstrādi?

Galvenās priekšrocības parasti ietver:

Samazinātas vai nav nepieciešamas atkārtotas fokusēšanas; piemērots neplanārai/3D griešanai
Vienmērīgākas, paralēlas griezuma sienas un uzlabota griezuma kvalitāte
Ievērojami mazāka termiskā ietekme (mazāka HAZ)
Tīrāka apstrāde: ūdens uztver daļiņas un palīdz novērst nogulsnēšanos/piesārņojumu
Mazāk atgrambu veidošanās: strūkla palīdz izspiest izkusušu materiālu no griezuma vietas

Par mums

XKH specializējas īpašu optisko stiklu un jaunu kristāla materiālu augsto tehnoloģiju izstrādē, ražošanā un pārdošanā. Mūsu produkti ir paredzēti optiskajai elektronikai, plaša patēriņa elektronikai un militārajai rūpniecībai. Mēs piedāvājam safīra optiskos komponentus, mobilo tālruņu lēcu pārsegus, keramiku, LT, silīcija karbīda SIC, kvarca un pusvadītāju kristāla plāksnes. Pateicoties prasmēm un modernākajam aprīkojumam, mēs izceļamies nestandarta produktu apstrādē, cenšoties kļūt par vadošo optoelektronisko materiālu augsto tehnoloģiju uzņēmumu.