Лазерная обработка материалов

–  Хирургия (гинекология, урология, лапароскопия);

Медиола-Эндо» –  лазерный хирургический аппарат с возможностью установки в эндохирургическую стойку (рисунок 2.2.3.). Габариты аппарата позволяют интегрировать его в эндохирургическую стойку. Комплектация лапароскопических, эндохирургических и ринохирургических стоек высокоэнергетическими лазерами, монтируемыми в стойку совместно с остальным оборудованием – удачное сочетание универсальности и мобильности оборудования, возможность расширить диапазон выполняемых операций и сделать более удобной работу хирурга.

 

 

 

 

Рис. 2.2.3. Лазерный хирургический аппарат

–  Диагностика заболеваний;

–  Удаление опухолей, особенно мозга и спинного мозга.

 

2.3  Лазеры в быту

 

–  Лазерный дальномер (системы слежения) – прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча (рисунок 2.3.1). Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии. Лазерный дальномер состоит из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Лазерный дальномер – простейший вариант лидара. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта;

Один из самых маленьких  лазерных дальномеров, способный проводить измерения с высокой точностью. Простое и быстрое измерение расстояний до 40 метров (всего лишь нажатием 1й кнопки).

 

 

 

 

    Рис. 2.3.1. Лазерный дальномер

Технические характеристики лазерного дальномера BOSCH:

    Диапазон измерений от 0.05 до 40 м;

    Точность измерений ±1.5 мм;

    Единицы измерения: футы, дюймы, метры;

    Питание 4 элемента типа AAA 1.5В;

    Габаритные размеры 100х58х32 мм;

    Время измерений менее 0.5с;

    Лазерный диод 635 нм, мощность менее 1мВт.

–  Лидары (экологический мониторинг) – технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеивания в прозрачных и полупрозрачных средах;

–  Проигрыватели компакт-дисков, DVD;

–  Лазерные принтеры, цифровые минилабы.

Минифотолаборатория (минилаб) – устройство, предназначенное для серийной и массовой печати фотографий, автоматизирующее все этапы обработки фотоматериалов, начиная от считывания плёнки или цифрового носителя, заканчивая печатью готового тиража. Устройство заменяет классическую фотолабораторию прошлого (включая тёмную «проявочную» комнату) и ставит обработку фотоматериалов на поток в условиях минимальных человеческих трудозатрат;

– Считыватели штрих-кодов – электронное устройство для чтения информации об объекте;

– Лазерные указки, голография (объёмная фотография), лазерные дисплеи

Лазерная указка – портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча (рисунок 2.3.2).

 

 

 

   Рис.2.3.2. Лазерная указка

 Обычно используются в образовательных учреждениях и на бизнес презентациях вместо обычных указок;

–  Проецирование изображений на сетчатку;

– Фотолитография – метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике и в полиграфии. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов;

–  Оптическая связь – вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем – волоконно-оптические кабели. Оптическая связь находит всё более широкое применение во всех областях – от компьютеров и бортовых космических, самолётных и корабельных систем, до систем передачи информации на большие расстояния;

–  Системы навигации (лазерный гироскоп – оптический прибор для измерения угловой скорости);

–  Добавление субтитров на киноэкраны;

–  Лазерный проектор (для лазерного светового шоу) (рисунок 2.3.3.) [4].

 

 

 

 

Рис.2.3.3. Лазерный   проектор

Основные функции:

               Выходная мощность: до 100 мВт красный

                                                   + 50 мВт зеленый

               Длина волны 650 нм красный , 532 нм зеленый

               Калейдоскопические световые эффекты

               Питание: AC 110V ~ 240V, DC 12V    [13].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  ЛАЗЕРНая Резка – один из видов лазерной обработКи материалов

 

В основе лазерной обработки  лежит простой научный факт: лазерный луч можно сконцентрировать на поверхности  материала в пятно диаметром  в десятые доли миллиметра. Если при этом лазер обладает достаточной мощностью, то происходит расплавление, испарение, разрушение, изменение структуры материала. Для превращения лазерного луча в инструмент на его пути на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности обрабатываемого материала ставится фокусирующая линза. Если теперь начать двигать материал с помощью двухкоординатного привода, управляемого от компьютера, то получится простейший станок для лазерной обработки материалов. Обычно в реальных станках перемещается лазерный резак над неподвижным материалом, так называемый координатный стол с «летающей оптикой» [2].

 

3.1  Виды лазерной резки

 

– Лазерная резка металлов. Во многих отраслях промышленности требуется высокоточная резка металлов. Механическими методами разделения не всегда удается обеспечить заданную точность реза по сложному контуру с соблюдением необходимой чистоты поверхности. Такие методы требуют дополнительной механообработки, что резко снижает производительность. В связи с этим предприятия прибегают к помощи лазерной резки металлов [7].

Лазерная резка стальных листов толщиной до 20 мм по сложному контуру является наиболее распространенным технологическим процессом лазерной обработки в промышленности. Ее применяют для вырезки таких деталей, как прокладки, кронштейны, панели, приборные щитки, двери, декоративные решетки, дисковые пилы. Весьма эффективным оказалось применение лазерной резки фигурных изделий на стадии освоения новой продукции, так как из-за высокой гибкости лазерного оборудования значительно сокращаются сроки освоения изделий (рисунок 3.1.1.) [2].

В обычном состаянии лазерный луч имеет достаточно большую ширину – несколько миллиметров или сантиметров, и ничего не способен резать, а только разогревает заготовку. Для того чтобы лазерный луч мог резать металл, на его пути устанавливают оптическую линзу, которая фокусирует луч на месте реза. После фокусировки ширина лазерного луча уменьшается до 0.2 мм – это позволяет создать отверстие такого же диаметра или больше.

Рис. 3.1.1. Схема лазерной

                    резки металла

Особенностями лазерной резки является: поверхность реза листа получается наиболее гладкой из всех видов реза и не требует последующей обработки; высокая скорость лазерной резки; большая мощность лазерного излучения позволяет выполнять рез с очень высокой скоростью; экономность (процесс резки не требует высоких денежных затрат); легкость настройки программного обеспечения оборудования для лазерной резки; точность позиционирования лазерной головки составляет 0,08 мм, за счет чего достигается высокая точность взаимного расположения элементов заготовки. Все это позволяет изготавливать изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала при минимальном количестве отходов [3].

–  Лазерная сварка обеспечивает качественное соединение самых разнообразных металлов, толщина которых может составлять от нескольких микрон до десятков миллиметров. Для сварки металлов используются различные типы лазеров импульсного или непрерывного действия: твердотельные, волоконные, газовые (рисунок 3.1.2.)

 

                 Рис. 3.1.2. Схема лазерной сварки

     1 – источник питания;

2 – лампа накачки;

3 – резонатор; 4 – луч  лазера;

5 – оптическая система;

6 – свариваемое изделие

 Лазерная сварка  непрерывного действия проводится  на скоростях от 50 до 200 и более  м/час, что в несколько раз превышает скорость традиционной сварки плавлением. Скорость сварки при периодическом излучении гораздо ниже. Лазерная сварка осуществляется на открытом воздухе, но чаще в среде защитных газов: аргона, гелия, углекислого, азота и других. Это позволяет применять лазерную сварку для соединения крупных металлоконструкций.

Основными преимуществами лазерной сварки являются: высокая производительность и низкая трудоемкость процесса (в десятки раз ниже традиционной сварки); высокое качество соединений (механические свойства швов при сварке часто не уступают свойствам основного металла); низкий нагрев и деформация деталей; экономия электрической энергии, присадочных материалов, экологическая чистота и другие.

Среди главных недостатков  лазерной сварки можно отметить высокую стоимость оборудования и высокие требования, которые предъявляются к качеству сборки соединения (зазор должен быть не больше 0,1–0,25 мм).

– Маркировка – процесс, при котором изображение формируется лазерным лучом, прожигающим поверхностный слой предмета (рисунок 3.1.3.)

Рис. 3.1.3. Схема лазерной маркировки 

Этот процесс получил распространение при нанесении размерных шкал на мерительный инструмент, изготовлении табличек и указателей, маркировке изделий (инструмента, подшипников) и товаров. Процесс маркировки деталей приборов высокопроизводителен и отличается малой стоимостью

– Гравировка – изменение структуры материала, испарение или разрушение материала на заданную глубину воздействием импульса лазерного излучения. Исходя из технологии, гравировка осуществляется на импульсных лазерах, либо с помощью затворов, реализующих импульсный режим работы.

Лазерная гравировка бывает: контурная (луч лазера рисует контуры изображений (букв, логотипов) в виде тонких линий); растровая (луч лазера рисует изображение состоящее из точек различной плотности, чем достигается практически фотографическое изображение).

Преимущества лазерной гравировки: высокие скорости маркировки; отсутствие механического воздействия на изделие; высокая повторяемость сложных изделий в любых количествах; легкость управления и возможность автоматизации процесса маркировки; экологическая чистота процесса, исключающего применение красок, химических реактивов и агрессивных сред; короткий технологический цикл производства; отсутствие сложной технологической оснастки и расходных материалов; долговечность нанесенного изображения (нанесенные лазером изображения не стираются и не смываются, т.к. они составляют единое целое с материалом, на который нанесены) [14].

Резка неметаллов и труднообрабатываемых материалов. Лазерное излучение может эффективно использоваться для раскроя неметаллических материалов: оргстекла толщиной до 50 мм, фторопласта до 30 мм, стеклотекстолита, гетинакса, полиэтилена, поливинилхлорида до 2 мм, асбоцемента, базальтовых тканей, тканей для бронежилетов, кожи, картона для упаковки, керамики, ситалла, ковров и текстиля. Разработаны экономичные методы резки стекла, в том числе и по сложному контуру [2].

Резка пластика. На сегодняшний  день изделия из пластика применяются во многих отраслях промышленности и не только. И если в производственных целях соблюдение элегантности дизайна и внешнего вида не всегда стоит на первом месте, то в торговле, к примеру, «фантик» является чуть ли не важнее самого содержания. Если взять рекламную отрасль, то такая продукция выпускается в большом количестве, у каждого из нас есть несколько пластиковых носителей рекламы, дисконтных карт и т.д. Их вид должен быть идеальным, чтобы потребитель формировал положительное восприятие предлагаемого товара.

Именно в таких целях  используется лазерная резка пластика. Это позволяет получить высокоточные разрезы с минимальным воздействием на окружающий материал, да и производительность такого метода гораздо больше из-за отсутствия необходимости последующей механообработки.

При помощи лазера получается идеальная прозрачность края реза, что является большим преимуществом с точки зрения привлекательности. Точность лазерной резки превосходит механический способ в десятки раз. К тому же фреза может нанести повреждение прилегающему материалу в виде трещин и сколов, а лазер производит локальное воздействие, никак не влияя на остальную часть заготовки.

Лазерная резка экономит материал, т.к. нет необходимости  выделять какой-то кусок пластика под закрепление на станке. Скорость работы гораздо превосходит механический метод - нет необходимости менять фрезы под нужный размер, не надо резать в несколько заходов. Не требуется никакого расходного материала и прочего оборудования, что делает производство еще более экономичным. В процессе разреза не происходит формирования стружки, полезный материал не превращается в стружку. Лазерная резка превосходит своего фрезерного аналога по всем параметрам. Если есть необходимость в изготовлении высокоточных красивых изделий из пластика, то следует выбрать именно этот метод [7].

Пробивка отверстий. С помощью этого метода можно получать отверстия диаметром 0,2 – 1,2 мм при толщине материалов до 3 мм. При соотношении высоты отверстий к их диаметру 16:1 лазерная пробивка превосходит по экономичности почти все другие методы. Объектами применения этой технологии являются: сита, ушки игл, форсунки, фильтры, ювелирные изделия (подвески, четки, камни). В промышленности с помощью лазеров осуществляется пробивка отверстий в часовых камнях и в волочильных фильерах, причем производительность достигается 700 тыс. отверстий в смену.