Začátkem roku 2009 se lidé v průmyslu zpracování materiálů začali dívat na pulzní lasery, které mohou poskytovat vysoký špičkový výkon, a kontinuální lasery s vyšší úrovní výkonu. Špičkový výkon takových laserů může obecně dosáhnout 3 kW a průměrný výkon je 300 W. Skoky v technologii vedly k vyšší špičkové a průměrné energii. Dnes byly představeny špičkové výkony až 20 kW, průměrné výkony 2 kW a kontinuální lasery s velmi vysokým výkonem. Neustálá aktualizace energie tlačila vláknový laser do fáze zpracování kosmických zařízení.
Ve srovnání s tradičními Nd: YAG lasery, vláknové lasery výrazně zlepšily účinnost elektrooptické konverze a jas paprsku (single-mode nebo low-bit operation) a nevyžadují předehřívání. Při změně výkonu, ať už se jedná o režim s plochým topem (jak je znázorněno na obrázku) (1)) nebo Gaussův režim, průměr bodu zůstává vždy stabilní, současně je frekvence pulsu vyšší a frekvence pulsu je vyšší silnější je nastavení parametrů v reálném čase. Protože vláknový laser používá k excitaci jediný emitor, má kvalitativní skok, pokud jde o spolehlivost, energetickou stabilitu a flexibilitu ve srovnání s lasery s flash pumpou.
Vzhledem k flexibilním a různorodým metodám použití vláknových laserů mohou být nejen instalovány jako nové stroje, ale také mohou být upgradovány stávající výrobní linky, takže zaujímají stále větší podíl na trhu. Všechny předchozí výrobní systémy využívající lasery Nd: YAG lze převést na vláknové lasery.
Potřeby vrtání v letectví
Letecký průmysl je nepochybně dalším odvětvím, které má z vláknových laserů velký prospěch. V současném leteckém průmyslu může mít turbínový motor až miliony otvorů, které se používají hlavně k tomu, aby zařízení během provozu včas odvádělo teplo. Tloušťka, úhel, průměr a tvar otvorů se liší. V oblasti aplikací pro vrtání v letectví je nový vláknový laser rychlejší, flexibilnější, stabilnější a cenově výhodnější.
Existují dva hlavní způsoby, jak vyrobit chladicí otvory pro letecká zařízení: jedním je použití více pulzů k vytvoření vrtných otvorů podle požadovaného otvoru (pulzní vrtání); druhým je použití malých skvrn k pohybu paprsku v kruhovém rozsahu, aby se vytvořil vrtný otvor (Socket). Celkově je zásuvka pomalejší, ale tvar je dokonalejší. V některých aplikacích lze vybrat pouze otvory pro rukávy. Tyto otvory mají obvykle průměr 0,015 až 0,030 palce. Zvláštní požadavek na vrtání je také v leteckém poli, což je otvor ve tvaru ventilátoru, který spojuje otvor omezující proud. Tyto otvory ve tvaru ventilátoru jsou výstupem chladicího vzduchu, účelem je odvádět stejný proud vzduchu do větší oblasti, aby se dosáhlo lepšího chladicího účinku. V současné době existují hlavně následující procesy pro výrobu otvorů ve tvaru ventilátoru: prvním je malý bodový Q-přepnutý laser + skener. Skener se používá ke skenování tvaru na výstupu z otvoru. Použití této metody ke zpracování díry ve tvaru ventilátoru vyžaduje, aby dva stroje pracovaly samostatně. Druhou metodou je zmenšení velikosti bodu pro vytvoření zúžení a použití CNC vnoření, ale tato metoda je mnohem pomalejší než „metoda ve dvou krocích“ vybavená skenerem; Třetí metodou je použití technologie vrtání EDM a po vytvoření restrikčního otvoru přidejte otvor ve tvaru ventilátoru. Při vrtání díry ve tvaru ventilátoru je velmi důležité vyhnout se odlupování povlaku tepelné bariéry a většina zařízení má nyní vrstvu tepelné zábrany.
Aplikace pro vzdušné vrtání - vláknové lasery
Ve srovnání s pulzními lasery Nd: YAG jsou výhody vláknových laserů zřejmé. Za prvé, zdrojem pumpy vláknového laseru je spíše dioda než blesk, takže může tvořit dokonalou obdélníkovou vlnu. Za druhé, laser Nd: YAG pomocí zábleskové pumpy zpomaluje, takže část laserové energie je vždy pod prahem odpařování cílové oblasti. Tato část energie roztaví materiál a způsobí odloupnutí povlaku tepelné bariéry. Pro splnění specifikací přepracované vrstvy musí být doba impulsu kratší než 1 ms. V tomto ohledu mají vláknové lasery absolutní výhodu, protože mohou generovat vlnové tvary obdélníkových vln, takže použití 10ms impulzů může splňovat požadavky leteckého zařízení na přepracování a popraskání specifikací.
Jako příklad používáme spalovací komoru. Při použití pulzního vrtání se spalovací komora během vrtání několikrát otáčí současně. V tomto případě je pro vrtání zapotřebí 5 pulzů a 2 další impulsy se používají k vytvoření otvoru ve tvaru ventilátoru. Maximální opakovací frekvence tohoto laseru je obvykle 10 pulzů za sekundu. Vláknový laser může vytvořit ventilátorový otvor s dlouhým pulsem. Při použití stejné periody pulzu a energie pulsu jako u Nd: YAG laseru může rychlost dosáhnout 10násobku originálu. Ať už jde o jeden nebo dva dlouhé nebo více pulzů, lze dosáhnout stejné kvality vrtání. Kromě toho může vláknový laser také upravovat periodu pulzů během vrtání a po vrtání, namísto použití více pulzů po celou dobu, což je výhodné, aby nedošlo k poškození těla.
Charakteristikou chirped vláknového laseru je, že může vystupovat v režimu flat-top, zatímco Nd: YAG laser je přibližně gaussovský režim. Díky režimu plochého povrchu proto celá energie první formy překračuje práh odpařování, zatímco značná část druhé formy je pod prahem. Studie ukázaly, že k dosažení stejného efektu vrtání za stejných podmínek vyžadují vláknové lasery méně energie. Důvodem je režim čtvercové vlny + plochý vrchol. Právě díky této vlastnosti jsou vláknové lasery účinnější při vrtání a méně tepelně poškozeny. S menším tepelným poškozením se zlepší loupání i přepracování povlaku.
Jedním z důvodů, proč lasery Nd: YAG přitahují velkou pozornost, jsou jedinečné vlastnosti divergence paprsků. Velikost místa může být změněna zvýšením nebo snížením výkonu. Pokud je zaostření znovu zaostřeno, může být dosaženo požadovaného otvoru. Některé lasery Nd: YAG integrují interní zaostřovací dalekohled pro změnu úhlu divergence paprsku, ale toto nastavení vyžaduje vysoký stupeň profesionality operátora, časově náročné a správné parametry, takže mnoho lidí není optimistických. V tomto okamžiku je vláknový laser právě naopak. Protože jeho zaostřovací tvar je dokonale kruhový, nezmění se, když se výkon zvýší nebo sníží, a pokud je v systému umístěn škálovatelný dalekohled, bude během přímého vrtání schopen přímo změnit velikost ohniska. Rozsah je obvykle 3-1.
Flexibilita vláknových laserů je mnohem vyšší než flexibilita Nd: YAG laserů. Důvodem je hlavně to, že diody s vysokou odezvou s vysokou odezvou mohou během doby vrtání změnit dobu impulsu a úroveň výkonu, což operátorům umožňuje použít různé úrovně výkonu a periody impulzů k vytvoření požadované sekvence pulzů. Například začněte s nízkým výkonem, krátkým pulsem a poté zvyšte výkon a puls v sekvenci na základě specifických požadavků na vrtání. Protože vláknové lasery mohou poskytovat vysoký špičkový výkon v rozsahu kW při úpravě velikosti spotu a periody pulzu (až do 10 μs), postačuje pouze jeden stroj.
Při použití technologie rukávů může rychlost zpracování vláknového laseru dosáhnout až desetinásobku rychlosti pulsního laseru Nd: YAG. Nejen to, že vláknový laser lze také převést na nepřetržitý výkon až 2 kW při vrtání za letu, aby se dosáhlo vysokorychlostního řezání. U některých konstrukcí spalovacích komor lze toto číslo dále zvýšit. Celkově lze říci, že pulzní vláknové lasery jsou ideální pro řezání silnějších desek a vysokorychlostní vrtání.
