Anfang 2009 begannen Menschen in der materialverarbeitenden Industrie, sich mit Pulslasern zu befassen, die eine hohe Spitzenleistung liefern können, und mit kontinuierlichen Lasern mit höheren Leistungen. Die Spitzenleistung solcher Laser kann im Allgemeinen 3 kW erreichen und die durchschnittliche Leistung beträgt 300 W. Technologiesprünge haben zu einer höheren Spitzen- und Durchschnittsleistung geführt. Heute wurden Spitzenleistungen von bis zu 20 kW, Durchschnittsleistungen von 2 kW und Ultrahochleistungs-Dauerlaser eingeführt. Die kontinuierliche Aktualisierung der Leistung hat den Faserlaser auf die Stufe der Verarbeitung von Luft- und Raumfahrtgeräten gebracht.
Im Vergleich zu herkömmlichen Nd: YAG-Lasern haben Faserlaser eine deutlich verbesserte elektrooptische Umwandlungseffizienz und Strahlhelligkeit (Single-Mode- oder Low-Bit-Betrieb) und erfordern kein Vorheizen. Wenn die Leistung geändert wird, sei es der Flat-Top-Modus (wie in der Abbildung gezeigt) (1) oder der Gauß-Modus, bleibt der Punktdurchmesser immer stabil, gleichzeitig ist die Pulsfrequenz höher und die Die Echtzeitanpassung der Parameter ist stärker. Da der Faserlaser zur Anregung einen einzelnen Emitter verwendet, weist er im Vergleich zu Blitzpumpenlasern einen qualitativen Sprung in Bezug auf Zuverlässigkeit, Leistungsstabilität und Flexibilität auf.
Angesichts der flexiblen und vielfältigen Applikationsmethoden von Faserlasern können diese nicht nur als neue Maschinen installiert, sondern auch bestehende Produktionslinien aufgerüstet werden, sodass sie immer mehr Marktanteile einnehmen. Alle bisherigen Produktionssysteme mit Nd: YAG-Lasern können auf Faserlaser umgestellt werden.
Bohrbedarf in der Luftfahrt
Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist zweifellos eine andere Branche, die stark von Faserlasern profitiert hat. In der gegenwärtigen Luftfahrtindustrie kann ein Turbinentriebwerk bis zu Millionen von Löchern aufweisen, die hauptsächlich verwendet werden, um dem Gerät zu helfen, Wärme während des Betriebs rechtzeitig abzuleiten. Die Dicke, der Winkel, der Durchmesser und die Form der Löcher variieren. Im Bereich der Luft- und Raumfahrtbohranwendungen ist der neue Faserlaser eine schnellere, flexiblere, stabilere und kostengünstigere Option.
Es gibt zwei Hauptmethoden, um Kühllöcher für Luftfahrtgeräte zu erzeugen: Eine besteht darin, mehrere Impulse zu verwenden, um Bohrlöcher entsprechend der erforderlichen Öffnung zu bilden (Impulsbohren); Die andere Möglichkeit besteht darin, den Balken mit kleinen Flecken in einem kreisförmigen Bereich zu bewegen, um ein Bohrloch (Sockel) zu bilden. Insgesamt ist die Fassung langsamer, aber die Form ist perfekter. In einigen Anwendungen können nur Hülsenlöcher ausgewählt werden. Diese Löcher haben normalerweise einen Durchmesser von 0,015 bis 0,030 Zoll. Es gibt auch eine spezielle Bohranforderung im Luftfahrtbereich, nämlich ein fächerförmiges Loch, das das Strombegrenzungsloch verbindet. Diese fächerförmigen Löcher sind der Auslass der Kühlluft. Der Zweck besteht darin, den gleichen Luftstrom auf einen größeren Bereich umzuleiten, um einen besseren Kühleffekt zu erzielen. Gegenwärtig gibt es hauptsächlich die folgenden Verfahren zur Herstellung von fächerförmigen Löchern: Das erste ist ein gütegeschalteter Laser + Scanner mit kleinem Punkt. Der Scanner wird verwendet, um die Form am Ausgang der Öffnung zu scannen. Bei Verwendung dieser Methode zur Bearbeitung eines fächerförmigen Lochs müssen zwei Maschinen separat betrieben werden. Die zweite Methode besteht darin, die Punktgröße zu reduzieren, um eine Verjüngung zu erzeugen, und dann die CNC-Verschachtelung zu verwenden. Diese Methode ist jedoch viel langsamer als die mit einem Scanner ausgestattete "Zwei-Schritt-Methode". Die dritte Methode besteht darin, die EDM-Bohrtechnologie zu verwenden und nach dem Bilden des Begrenzungslochs ein fächerförmiges Loch hinzuzufügen. Es ist sehr wichtig, das Ablösen der Wärmedämmschicht beim Bohren eines fächerförmigen Lochs zu vermeiden, und die meisten Geräte haben jetzt eine Wärmedämmschicht.
Luftbohranwendungen - Faserlaser
Im Vergleich zu gepulsten Nd: YAG-Lasern liegen die Vorteile von Faserlasern auf der Hand. Erstens ist die Pumpquelle des Faserlasers eher eine Diode als ein Blitz, so dass sie eine perfekte Rechteckwelle bilden kann. Zweitens verlangsamt sich der Nd: YAG-Laser mit einer Blitzpumpe, sodass ein Teil der Laserenergie immer unter der Verdampfungsschwelle des Zielbereichs liegt. Dieser Teil der Energie schmilzt das Material und bewirkt, dass sich die Wärmedämmschicht ablöst. Um die Spezifikationen der neu gegossenen Schicht zu erfüllen, muss die Impulsperiode weniger als 1 ms betragen. In dieser Hinsicht haben Faserlaser einen absoluten Vorteil, da sie Rechteckwellenformen erzeugen können, so dass die Verwendung von 10-ms-Impulsen die Anforderungen von Luftfahrtgeräten für die Neufassung und das Cracken von Spezifikationen erfüllen kann.
Wir verwenden als Beispiel eine Brennkammer. Bei der Impulsbohrung dreht sich die Brennkammer während des Bohrvorgangs mehrmals gleichzeitig. In diesem Fall sind 5 Impulse zum Durchbohren erforderlich, und 2 weitere Impulse werden verwendet, um ein fächerförmiges Loch zu bilden. Normalerweise beträgt die maximale Wiederholungsfrequenz dieses Lasers 10 Impulse / Sekunde. Der Faserlaser kann mit einem langen Puls ein Fächerloch bilden. Wenn dieselbe Pulsperiode und Pulsenergie wie beim Nd: YAG-Laser verwendet wird, kann die Geschwindigkeit das 10-fache des Originals erreichen. Ob einzelne oder zwei lange Impulse oder mehrere Impulse, es kann die gleiche Bohrqualität erzielt werden. Darüber hinaus kann der Faserlaser auch die Pulsperiode während und nach dem Bohren einstellen, anstatt ständig mehrere Pulse zu verwenden, was vorteilhaft ist, um eine Schädigung des Körpers zu vermeiden.
Das Merkmal eines gechirpten Faserlasers ist, dass er im Flat-Top-Modus ausgeben kann, während der Nd: YAG-Laser ungefähr im Gaußschen Modus ist. Dank des Flat-Top-Modus überschreitet daher die gesamte Energie des ersteren die Verdampfungsschwelle, während ein beträchtlicher Teil des letzteren unterhalb der Schwelle liegt. Studien haben gezeigt, dass Faserlaser weniger Energie benötigen, um unter den gleichen Bedingungen den gleichen Bohreffekt zu erzielen. Der Grund ist der Rechteckwellen- + Flat-Top-Modus. Gerade aufgrund dieser Eigenschaft sind Faserlaser effizienter beim Bohren und weniger thermisch beschädigt. Mit weniger thermischen Schäden wird sowohl das Ablösen der Beschichtung als auch das Umgießen verbessert.
Einer der Gründe, warum Nd: YAG-Laser viel Aufmerksamkeit erregt haben, sind die einzigartigen Strahldivergenzeigenschaften. Die Spotgröße kann mit zunehmender oder abnehmender Leistung geändert werden. Solange der Fokus neu fokussiert wird, kann die erforderliche Blende erreicht werden. Einige Nd: YAG-Laser integrieren ein internes Fokussierteleskop, um den Divergenzwinkel des Strahls zu ändern. Diese Einstellung erfordert jedoch ein hohes Maß an Professionalität des Bedieners, zeitaufwändige und korrekte Parameter, sodass viele Menschen nicht optimistisch sind. Diese Methode. Zu diesem Zeitpunkt ist der Faserlaser genau das Gegenteil. Da die Fokussierungsform perfekt kreisförmig ist, ändert sie sich nicht, wenn die Leistung erhöht oder verringert wird. Wenn ein skalierbares Teleskop im System platziert ist, kann die Größe des Brennflecks während des Flugbohrens direkt geändert werden. Der Bereich beträgt normalerweise 3-1.
Die Flexibilität von Faserlasern liegt weit über der von Nd: YAG-Lasern. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die hochempfindlichen Dioden des ersteren die Impulsperiode und den Leistungspegel während des Flugbohrens ändern können, so dass der Bediener unterschiedliche Leistungspegel und Impulsperioden verwenden kann, um die gewünschte Impulsfolge zu erstellen. Beginnen Sie beispielsweise mit einem kurzen Impuls mit geringer Leistung und erhöhen Sie dann die Leistung und den Impuls in einer Reihenfolge, die auf bestimmten Bohranforderungen basiert. Da Faserlaser eine hohe Spitzenleistung im kW-Bereich liefern können, während die Punktgröße und die Impulsdauer (bis zu 10 μs) eingestellt werden, ist nur eine Maschine ausreichend.
Bei Verwendung der Hülsen-Technologie kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Faserlasers das Zehnfache der des lampengepumpten Nd: YAG-Pulslasers erreichen. Darüber hinaus kann der Faserlaser beim Bohren im Flug in eine Dauerleistung von bis zu 2 kW umgewandelt werden, um ein Hochgeschwindigkeitsschneiden zu erzielen. Bei einigen Brennkammerkonstruktionen kann diese Anzahl weiter verbessert werden. Zusammenfassend sind gepulste Faserlaser ideal zum Schneiden dickerer Platten und für Hochgeschwindigkeitsbohranwendungen.
