Микро машина за лазерна обработка с водна струя

Кратко описание:

Тъй като производството продължава да изисква по-висока прецизност и производителност, технологията за лазерно насочване с водна струя (WJGL) набира скорост както в инженерното приложение, така и в пазарния потенциал. В сектори от висок клас, като аерокосмическа индустрия, електроника, медицински изделия и автомобилостроене, се налагат строги изисквания за точност на размерите, целостта на ръбовете, контрола на зоните, засегнати от топлина (HAZ), и запазването на свойствата на материалите. Конвенционалните процеси – механична обработка, термично рязане и стандартна лазерна обработка – често се борят с прекомерно термично въздействие, микропукнатини и ограничена съвместимост с високоотражателни или топлочувствителни материали.

Изпратете ни имейл

Характеристики

Подробна диаграма

Въведение

Тъй като производството продължава да изисква по-висока прецизност и производителност,лазер с водна струя (WJGL)Технологията набира скорост както в инженерното внедряване, така и в пазарния си потенциал. В сектори от висок клас, като аерокосмическата индустрия, електрониката, медицинските изделия и автомобилостроенето, се налагат строги изисквания за точност на размерите, целостта на ръбовете, контрола на зоните, засегнати от топлина (HAZ), и запазването на свойствата на материалите. Конвенционалните процеси – механична обработка, термично рязане и стандартна лазерна обработка – често се борят с прекомерно термично въздействие, микропукнатини и ограничена съвместимост с високоотражателни или топлочувствителни материали.

За да се справят с тези ограничения, изследователите въведоха високоскоростна микро водна струя в лазерния процес, създавайки WJGL. В тази конфигурация водната струя служи едновременно католъчеводна средаи единефективна охлаждаща течност/среда за отстраняване на отломки, подобрявайки качеството на рязане и разширявайки приложимостта на материалите. Концептуално, WJGL е иновативен хибрид от традиционна лазерна обработка и рязане с водна струя, предлагащ висока енергийна плътност, висока прецизност и значително намалени термични повреди – качества, които поддържат широк спектър от сценарии за прецизно производство.

Микро машина за лазерна обработка с водна струя

Принцип на работа на лазер с водна струя

Както е илюстрирано на Фиг. 1, централната концепция на WJGL е да предава лазерна енергия чрез непрекъсната водна струя, ефективно функционираща като „течно оптично влакно“. В конвенционалните оптични влакна светлината се насочва отпълно вътрешно отражение (TIR)поради разликата в коефициента на пречупване между ядрото и обвивката. WJGL използва същия механизъм приинтерфейс вода-въздухводата има коефициент на пречупване приблизително1.33, докато въздухът е около1.00Когато лазерът е свързан към струята при подходящи условия, TIR ограничава лъча във водния стълб, което позволява стабилно разпространение с ниска дивергенция към зоната на обработка.

Фиг. 1 Характеристики на обработката на лазер с водна струя (схема)

Дизайн на дюзата и образуване на микроструя

Ефективното свързване на лазера към струята изисква дюза, способна да произвежда стабилна, непрекъсната, почти цилиндрична микроструя, като същевременно позволява на лазера да навлиза под подходящ ъгъл, за да поддържа TIR на границата вода-въздух. Тъй като стабилността на струята силно определя стабилността на предаване на лъча и консистентността на фокусиране, WJGL системите обикновено разчитат на прецизен контрол на флуида и внимателно проектирана геометрия на дюзите.

Фигура 2 показва представителни състояния на струята, генерирани от различни типове дюзи (напр. капилярни и различни конични конструкции). Геометрията на дюзата влияе върху свиването на струята, стабилната дължина, развитието на турбулентност и ефективността на свързване, като по този начин се отразява на качеството на обработката и повторяемостта.

Водата също така показва абсорбция и разсейване, зависещи от дължината на вълната. Във видимия и близкия инфрачервен диапазон абсорбцията е относително ниска, което поддържа ефективно предаване. За разлика от това, абсорбцията се увеличава в далечния инфрачервен и ултравиолетовия диапазон, така че повечето WJGL реализации работят в диапазоните от видимия до близкия инфрачервен спектър.

Фиг. 2 Структури на дюзи за образуване на микроструи: (а) схема на свиване; (б) капилярна дюза; (в) конична дюза; (г) горна конична дюза; (д) долна конична дюза

Основни предимства на WJGL

Традиционните методи за обработка включват механично рязане, термично рязане (напр. плазма/пламък) и конвенционално лазерно рязане. Механичната обработка е контактно-базирана; износването на инструмента и силите на рязане могат да предизвикат микроповреди и деформации, ограничавайки постижимата прецизност и целостта на повърхността. Термичното рязане е ефективно за дебели профили, но обикновено води до големи зони на токсичност (HAZ), остатъчни напрежения и микропукнатини, които намаляват механичните характеристики. Конвенционалната лазерна обработка, макар и универсална, все още може да страда от относително големи зони на токсичност (HAZ) и нестабилна производителност върху силно отразяващи или чувствителни към топлина материали.

Както е обобщено на Фиг. 3, WJGL използва вода като преносна среда и едновременно с това охлаждаща течност, което значително намалява зоната на токсичност (HAZ) и потиска изкривяванията и микропукнатините, като по този начин подобрява прецизността и качеството на ръбовете/повърхността (виж Фиг. 4). Предимствата му могат да бъдат обобщени, както следва:

Ниско термично увреждане и подобрено качествоВисокият специфичен топлинен капацитет и непрекъснатият поток на вода бързо отвеждат топлината, ограничавайки натрупването на топлина и спомагайки за запазването на микроструктурата и свойствата.
Подобрена стабилност на фокусирането и използване на енергияЗадържането в струята намалява разсейването и загубите на енергия в сравнение с разпространението в свободно пространство, което позволява по-висока енергийна плътност и по-последователна обработка – подходящо за фино рязане, микропробиване и сложни геометрии.
По-чиста и по-безопасна работаВодната среда улавя и премахва изпарения, частици и отломки, намалявайки замърсяването на въздуха и подобрявайки безопасността на труда.

Фиг. 3 Сравнение между конвенционална лазерна обработка и WJGL
Фиг. 4 Сравнение на типичните технологии за рязане и пробиване

Области на приложение

1) Аерокосмическа индустрия

Аерокосмическите компоненти често използват високоефективни материали като титаниеви сплави, сплави на основата на никел, CFRP, CMC и керамика, които са трудни за обработка, като същевременно се поддържат едновременно прецизност и ефективност. Със своята комбинирана висока енергийна плътност и ефективно охлаждане, WJGL позволява прецизно рязане с намалена зона на токсичност (HAZ), минимизирайки деформацията и влошаването на свойствата и поддържайки критично надеждните части.

2) Медицински изделия

Производството на медицински изделия изисква изключителна прецизност, чистота и целост на повърхността за продукти като минимално инвазивни инструменти, импланти и диагностични/терапевтични устройства. Чрез охлаждане и почистване на зоната за обработка с воден поток, WJGL намалява термичните повреди и замърсяването на повърхността, подобрявайки консистенцията и поддържайки биосъвместимостта. Също така позволява прецизно производство на сложни геометрии за персонализирани устройства.

3) Електроника

В производството на микроелектроника и полупроводници, WJGL се използва широко за нарязване на пластини, опаковане на чипове и микроструктуриране, благодарение на високата си прецизност и ниското термично въздействие. Водното охлаждане намалява причинените от топлина повреди върху чувствителни компоненти, подобрявайки надеждността и стабилността на работата.

4) Диамантена обработка

За диамантени и други ултратвърди материали, WJGL предлага високопрецизно рязане и пробиване с ниско термично въздействие, минимално механично напрежение, висока ефективност и превъзходно качество на ръбовете/повърхността. В сравнение с конвенционалните механични методи и някои лазерни техники, WJGL често е по-ефективен в запазването на целостта на материала и потискането на дефектите.

Често задавани въпроси за лазерно насочване с водна струя (WJGL)

1) Какво представлява лазерната обработка с водна струя (WJGL)?

WJGL е метод за лазерна обработка, при който лазерният лъч се свързва с микро водна струя. Водната струя действа едновременно като насочваща лъча среда и като охлаждаща/отстраняваща отломки среда, което позволява висока прецизност с намалени термични повреди.

2) Как работи WJGL?

WJGL разчита на пълното вътрешно отражение на границата вода-въздух. Тъй като водата и въздухът имат различни коефициенти на пречупване, лазерът може да бъде ограничен и насочен във водния стълб – подобно на „течно оптично влакно“ – и да бъде доставян стабилно до зоната на обработка.

3) Защо WJGL намалява зоната, засегната от топлина (HAZ)?

Непрекъснато течащата вода отвежда топлината ефективно благодарение на високия си топлинен капацитет. Това потиска натрупването на топлина, намалявайки зоната на токсичност (HAZ), деформациите и микропукнатините.

4) Кои са основните предимства в сравнение с конвенционалната лазерна обработка?

Основните предимства обикновено включват:

Намалени или никакви изисквания за префокусиране; подходящ за неравнинно/3D рязане
По-равномерни, успоредни стени на прореза и подобрено качество на рязане
Значително по-ниско термично въздействие (по-малка зона на токсично въздействие)
По-чиста обработка: водата улавя частици и помага за предотвратяване на отлагането/замърсяването
По-малко образуване на мустаци: струята помага за изхвърлянето на разтопен материал от прореза

За нас

XKH е специализирана във високотехнологично разработване, производство и продажби на специално оптично стъкло и нови кристални материали. Нашите продукти обслужват оптичната електроника, потребителската електроника и военните. Предлагаме сапфирени оптични компоненти, капаци за лещи за мобилни телефони, керамика, LT, силициев карбид SIC, кварц и полупроводникови кристални пластини. С квалифициран опит и авангардно оборудване, ние се отличаваме в обработката на нестандартни продукти, като се стремим да бъдем водещо високотехнологично предприятие за оптоелектронни материали.