رمزگشایی فن آوری های اصلی دستگاه های برش لیزر فیبر: یک تحلیل جامع از اصول به برنامه ها

I. اصول کار دستگاه های برش لیزر فیبر

اصل کار دستگاه برش لیزر فیبر مبتنی بر تقویت نور توسط انتشار تحریک شده (لیزر) است. مؤلفه اصلی آن لیزر فیبر است ، با استفاده از الیاف نوری که دارای عناصر کمیاب زمین است (مانند Ytterbium YB ، Erbium ER و غیره). از طریق یک منبع پمپ (به طور معمول یک لیزر نیمه هادی) ، نور یک طول موج خاص برای تزریق انرژی به محیط افزایش ساطع می شود و باعث می شود یونهای نادر زمین در فیبر از سطح انرژی کم به سطح انرژی بالا انتقال یابد و توزیع وارونگی جمعیت را تشکیل دهد. هنگامی که یک فوتون مناسب وارد می شود ، یون ها در سطح انرژی بالا تحت انتشار انتشار برای تولید فوتون با همان فرکانس ، فاز و جهت به عنوان فوتون حادثه قرار می گیرند. این فوتون ها به طور مداوم در طنین انداز فیبر منعکس و تقویت می شوند و در نهایت یک پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا و هدایت بالایی را تولید می کنند.

پرتو لیزر از طریق یک فیبر نوری به سر برش منتقل می شود ، که توسط یک لنز متمرکز متمرکز شده و بر روی سطح کار فلزی تابش می شود. در یک لحظه ، انرژی لیزر توسط مواد جذب می شود و به سرعت منطقه تابش شده را به نقطه ذوب آن یا حتی نقطه جوش گرم می کند و باعث ذوب و تبخیر می شود. در عین حال ، گازهای کمکی (مانند اکسیژن ، نیتروژن و غیره) با سرعت زیاد از طریق نازل سر برش به ناحیه برش دمیده می شوند و مواد ذوب شده و تبخیر شده را از شکاف می وزد ، بنابراین به برش مواد می رسند.

ii. ترکیب فن آوری های اصلی

1. فناوری لیزر فیبر

فناوری پمپاژ: در حال حاضر ، فناوری پمپاژ نیمه هادی همراه با فیبر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد ، که می تواند به طور مؤثر از نور با لیزر نیمه هادی به فیبر نوری تبدیل شود تا انرژی لازم برای افزایش متوسط ​​باشد. قدرت ، پایداری و راندمان اتصال نور پمپ به طور مستقیم قدرت خروجی و پایداری عملکرد لیزر فیبر را تعیین می کند. به عنوان مثال ، فناوری پمپاژ چند حالته می تواند به طور موثری قدرت تزریق نور پمپ را برای دستیابی به خروجی لیزر با قدرت بالاتر افزایش دهد و نیازهای انرژی بالا برش صفحه ضخیم را برآورده کند.

متوسط: فیبر دوپ شده Ytterbium به دلیل پهنای باند با افزایش گسترده ، راندمان کوانتومی بالا و پایداری حرارتی خوب ، به عنوان اصلی افزایش برای لیزرهای فیبر با قدرت تبدیل شده است. با بهینه سازی غلظت دوپینگ و ساختار فیبر ، می توان اثر افزایش را بیشتر کرد و باعث بهبود قدرت خروجی لیزر و کیفیت پرتو می شود. به عنوان مثال ، با استفاده از یک ساختار دو پوششی از فیبر دوپ شده Ytterbium می تواند طول تعامل بین نور پمپ و متوسط ​​افزایش را افزایش داده و باعث افزایش راندمان پمپاژ شود.

طراحی طنین انداز: تشدید کننده حالت نوسان لیزر و کیفیت پرتو را تعیین می کند. یک نوع متداول ، طنین انداز تمام فیبر است که از عناصر نوری مانند توری های فیبر براگ برای تشکیل یک حلقه بازخورد استفاده می کند. پارامترهای توری فیبر براگ ، مانند بازتاب و پهنای باند ، به طور قابل توجهی بر عملکرد طنین انداز تأثیر می گذارد. از طریق طراحی دقیق و ساخت توری های فیبر براگ ، نوسان تک حالته می توان به دست آورد و یک پرتو لیزر با کیفیت بالا را برای برآورده کردن نیازهای دقیق ماشینکاری دقیق برای کیفیت پرتو به دست آورد.

سیستم 2.CNC و برش فناوری کنترل

سیستم CNC: به عنوان "مغز" دستگاه برش لیزر فیبر ، سیستم CNC وظیفه تفسیر دستورالعمل های پردازش و کنترل دقیق مسیر حرکت سر برش و پارامترهای لیزر را بر عهده دارد. سیستم های پیشرفته CNC دارای قابلیت محاسبات با سرعت بالا برای دستیابی به پردازش سریع و کنترل در زمان واقعی گرافیک های پیچیده هستند. به عنوان مثال ، هنگام ماشینکاری کانتورهای پیچیده قطعات خودرو ، سیستم CNC می تواند موقعیت برش را با توجه به برنامه از پیش تعیین شده به طور دقیق کنترل کند تا از دقت و کیفیت اطمینان حاصل شود.

کنترل کنترل پارامتر: برای مواد مختلف و الزامات پردازش ، پارامترهایی مانند قدرت لیزر ، سرعت برش و فشار گاز کمکی باید دقیقاً کنترل شود. از طریق یک سیستم کنترل هوشمند ، پارامترهای برش بهینه را می توان با توجه به ضخامت و نوع مواد به طور خودکار مطابقت داد. به عنوان مثال ، هنگام برش صفحات فولادی نازک ، کاهش قدرت لیزر و افزایش سرعت برش می تواند به طور موثری منطقه تحت تأثیر گرما را کاهش داده و از کیفیت برش اطمینان حاصل کند. هنگام برش صفحات ضخیم ، افزایش قدرت لیزر و فشار گاز کمکی برای اطمینان از قطع مواد لازم است.

نظارت و بازخورد در زمان واقعی: برای اطمینان از ثبات و قابلیت اطمینان فرآیند برش ، دستگاه برش مجهز به سنسورهای متعدد برای نظارت بر وضعیت برش ، مانند فاصله بین سر برش و قطعه کار ، نوسانات قدرت لیزر و عرض شکاف است. پس از تشخیص ناهنجاری ، سیستم به سرعت پارامترها را تنظیم می کند یا زنگ خطر را برای جلوگیری از پردازش نقص ها صادر می کند. به عنوان مثال ، هنگام تشخیص تغییر در فاصله بین سر برش و قطعه کار ، سیستم تمرکز اتوماتیک به سرعت پاسخ می دهد تا اطمینان حاصل شود که لیزر همیشه روی سطح قطعه کار تمرکز دارد و عملکرد برش پایدار را حفظ می کند.

3. انتقال نوری و فن آوری تمرکز

انتقال فیبر نوری: فیبر نوری یک مؤلفه اصلی برای انتقال لیزر است که دارای ضایعات کم و انعطاف پذیری خوب برای انتقال کارآمد لیزر به سر برش است. تحقیق و توسعه الیاف نوری ویژه باعث افزایش ظرفیت حامل برق و راندمان انتقال الیاف نوری شده است. به عنوان مثال ، الیاف نوری در منطقه بزرگ می توانند لیزرهای با قدرت بالاتر را منتقل کنند و تأثیر اثرات غیرخطی را کاهش داده و از پایداری انتقال لیزر و کیفیت پرتو اطمینان حاصل کنند.

سیستم متمرکز: سیستم متمرکز از عناصر نوری مانند تمرکز لنزها و آینه ها تشکیل شده است که نقش آنها تمرکز پرتو لیزر بر روی سطح قطعه کار است تا یک نقطه (minuscule) تشکیل شود و چگالی انرژی را افزایش دهد. طراحی و دقت ساخت سیستم تمرکز برای کاهش کیفیت بسیار مهم است. یک لنز با تمرکز با دقت بالا می تواند به تمرکز دقیق نقطه برسد ، اندازه نقطه را کاهش دهد و دقت و کارآیی برش را بهبود بخشد. در همین حال ، فناوری تمرکز خودکار می تواند در زمان واقعی موقعیت تمرکز را با توجه به تغییر در ضخامت قطعه کار تنظیم کند ، و اطمینان حاصل کند که این نقطه همیشه در فرایند برش در حالت تمرکز مطلوب قرار دارد.

iii زمینه ها و موارد برنامه

1. صنعت تولید اتمتیو

در ساخت مؤلفه خودرو ، دستگاه های برش لیزر فیبر به طور گسترده ای در پردازش قطعات ساختاری بدنه ، اجزای موتور ، قطعات داخلی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، هنگام برش قاب های فولادی با استحکام بالا ، با دقت بالا و سرعت دستگاه های برش لیزر فیبر می توانند به برش دقیق شکل های پیچیده دست یابند و باعث بهبود دقت مونتاژ و قدرت کلی بدن می شوند. در همین حال ، برای بلوک های موتور آلیاژ آلومینیوم ، سرهای سیلندر و سایر مؤلفه ها ، برش لیزر فیبر می تواند از مشکلات تغییر شکل ناشی از روشهای پردازش سنتی جلوگیری کند ، از صحت ابعادی و نیازهای عملکرد اجزای آن اطمینان حاصل کند.

2. میدان هوافضا

میدان هوافضا نیازهای بسیار بالایی برای دقت و کیفیت پردازش قطعات دارد. دستگاه های برش لیزر فیبر را می توان برای پردازش مواد دشوار با ماشین مانند آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای مبتنی بر نیکل برای تولید اجزای کلیدی مانند پوست بال هواپیما ، تیغه موتور و محفظه موتور هواپیما استفاده کرد. هنگام پردازش تیغه های موتور هواپیما ، با استفاده از عملکرد پنج محوره (اتصال) دستگاه های برش لیزر فیبر می توانند به ماشینکاری دقیق سطوح خمیده پیچیده برای برآورده کردن نیازهای عملکرد آیرودینامیکی تیغه ها دست یابند.

3. صنعت الکترونیک و برق

در ساخت محصولات الکترونیکی و الکتریکی ، دستگاه های برش لیزر فیبر معمولاً برای پردازش اجزای دقیق مانند پوشش تلفن همراه ، غرق گرمای رایانه و اجزای الکترونیکی استفاده می شود. با استفاده از پردازش وسایل تلفن همراه به عنوان نمونه ، دستگاه های برش لیزر فیبر می توانند به برش با دقت بالا ورق های فلزی فوق العاده نازک ، با لبه های برش صاف و بدون فرسوده ، نیاز به پردازش ثانویه متعاقب و بهبود کارایی تولید و کیفیت محصول را از بین ببرند.

4. صنعت تولید مکانیکی

در صنعت تولید مکانیکی ، از دستگاه های برش لیزر فیبر برای پردازش قطعات مختلف مکانیکی مانند چرخ دنده ها ، قطعات شافت و قالب استفاده می شود. برای پردازش قالب های پیچیده به شکل ، دستگاه های برش لیزر فیبر می توانند مطابق با مدل طراحی سه بعدی قالب ، کوتاه شدن چرخه تولید قالب و بهبود دقت تولید و عمر خدمات قالب ، برش و حکاکی با دقت بالا را بدست آورند.

دستگاه های برش لیزر فیبر با توجه به فن آوری های اصلی منحصر به فرد خود ، قابلیت پردازش قوی و پتانسیل کاربردی را در صنایع بی شماری نشان داده اند. با نوآوری مداوم و توسعه فناوری ، عملکرد آنها به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و زمینه های کاربرد آنها بیشتر گسترش می یابد و نشاط جدید را به پیشرفت با کیفیت بالا تولید مدرن تبدیل می کند.

--- برایان ---