01 Wprowadzenie.
Od czasu wprowadzenia w latach 60. XX wieku technologia laserowa szybko stała się kluczowym narzędziem w produkcji przemysłowej ze względu na wysoką gęstość energii, dobrą kierunkowość i sterowalność. W porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki mechanicznej obróbka laserowa ma znaczące zalety:-bezkontaktową, wysoką precyzję, wysoki stopień automatyzacji itp. Jest szeroko stosowana w produkcji przemysłowej, takiej jak cięcie materiałów, spawanie, znakowanie, wiercenie i produkcja przyrostowa. W zależności od rodzaju lasera i jego charakterystyki procesu, przemysłową obróbkę laserową dzieli się głównie na trzy kategorie: cięcie laserowe, spawanie laserowe i laserowe wytwarzanie przyrostowe, z których każda ma swój własny, unikalny mechanizm i zakres zastosowania.
02Cięcie laserowe
Rysunek 1. Schemat cięcia laserowego
Cięcie laserowe to jedno z najbardziej zaawansowanych zastosowań lasera w przemyśle, w którym wykorzystuje się- wiązkę lasera o dużej mocy do topienia i odparowywania materiału oraz gaz pomocniczy do wydmuchiwania żużla, co pozwala uzyskać wysoką wydajność i precyzję cięcia. Laser CO₂ i laser światłowodowy są obecnie głównym sprzętem do obróbki stali węglowej, stali nierdzewnej, stopów aluminium i innych materiałów w branży cięcie średnio-cienkich płyt. Zaletami tej technologii są wąska szczelina cięcia, mała-strefa wpływu ciepła, brak konieczności stosowania form i szybka zmiana ścieżki przetwarzania, szczególnie przydatna w produkcji samochodów, obróbce blachy, przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz innych wymagających gałęziach przemysłu.
(1) W produkcji samochodów cięcie laserowe stosuje się do produkcji szerokiej gamy komponentów, od paneli nadwozia po silniki. Na przykład lasery światłowodowe są używane do cięcia-części stalowych o wysokiej wytrzymałości z dużą precyzją, co skutkuje lżejszymi pojazdami.
(2) Przemysł lotniczy również odnosi korzyści z technologii cięcia laserowego, szczególnie przy produkcji złożonych komponentów wykonanych z zaawansowanych materiałów, takich jak tytan i kompozyty. Na przykład ultraszybkie lasery można stosować do cięcia komponentów tytanowych o skomplikowanych kształtach, minimalizując jednocześnie uszkodzenia termiczne i zapewniając integralność strukturalną komponentu, znacznie poprawiając wydajność i bezpieczeństwo komponentów lotniczych.
03 Spawanie laserowe
Spawanie laserowe wykorzystuje wiązkę lasera do topienia materiałów metalowych z dużą prędkością w celu realizacji połączenia, charakteryzującego się dużą głębokością wtapiania, dużą prędkością i niskim dopływem ciepła. Typowe tryby spawania obejmują ciągłe spawanie laserowe i pulsacyjne spawanie laserowe, które są odpowiednie do precyzyjnego spawania cienkich blach i głębokiego spawania. W porównaniu ze spawaniem łukowym, spoiny laserowe mają wysoką wytrzymałość i niskie odkształcenia i nadają się do pakowania akumulatorów, spawania urządzeń ze stali nierdzewnej, produkcji elementów konstrukcyjnych energetyki jądrowej i innych dziedzin. Szczególnie w produkcji akumulatorów spawanie laserowe stało się popularną metodą łączenia.
(1) W przemyśle motoryzacyjnym spawanie laserowe stosuje się do łączenia paneli nadwozia, części silnika i innych kluczowych podzespołów. Na przykład lasery światłowodowe są używane do spawania-części stalowych o wysokiej wytrzymałości z dużą precyzją, co pozwala uzyskać mocne i trwałe połączenia.
(2) Przemysł elektroniczny W przemyśle elektronicznym spawanie laserowe stosuje się do łączenia małych i delikatnych elementów z dużą precyzją. Na przykład lasery diodowe służą do spawania ogniw w akumulatorach litowo-jonowych, aby zapewnić niezawodność połączeń elektrycznych.
(3) W przemyśle lotniczym Boeing 787 Dreamliner wykorzystuje proces spawania laserowego do łączenia stopów tytanu z materiałami kompozytowymi, co radykalnie zmniejsza liczbę nitów, obniża wagę kadłuba i poprawia efektywność paliwową.
04 Laserowe wytwarzanie przyrostowe
(1) W produkcji samochodów części samochodu Ferrari F1 ze stopu tytanu są produkowane przy użyciu technologii wytwarzania przyrostowego laserowego, która poprawia odporność cieplną i wytrzymałość części oraz optymalizuje aerodynamiczną konstrukcję samochodu.
(2) Przemysł medyczny W przemyśle medycznym-laserowe wytwarzanie przyrostowe wykorzystuje się do produkcji niestandardowych implantów i protez.
(3) W przemyśle lotniczym laserowe-wytwarzanie przyrostowe wykorzystuje się do wytwarzania złożonych komponentów, takich jak łopatki turbin i dysze paliwowe.
05 Wniosek
Technologia laserowa, jako ważne wsparcie zaawansowanej produkcji, poszerza granice jej zastosowań przemysłowych. Obecnie obróbka laserowa rozwija się również w kierunku wyższej mocy, większej precyzji i wieloprocesowego-kompozytu, np. laserowego-spawania kompozytowego łukiem, ultra-szybkiej mikroobróbki laserowej i laserowego inteligentnego systemu monitorowania. W przyszłości, dzięki ciągłemu promowaniu-laserów półprzewodnikowych dużej mocy, inteligentnych systemów sterowania i koncepcji ekologicznej produkcji, obróbka laserowa będzie nadal odgrywać kluczową rolę w inteligentnej produkcji, spersonalizowanych produktach i ekstremalnym przetwarzaniu materiałów oraz w innych dziedzinach.