01 Вступ.
З моменту появи в 1960-х роках лазерна технологія швидко перетворилася на ключовий інструмент у промисловому виробництві завдяки високій щільності енергії, хорошій спрямованості та керованості. Порівняно з традиційними механічними методами обробки лазерна обробка має значні переваги без-контактності, високої точності, високого ступеня автоматизації тощо. Вона широко використовується в промисловому виробництві, наприклад у різанні матеріалів, зварюванні, маркуванні, свердлінні та додатковому виробництві. За типом лазера та характеристиками його процесу промислова лазерна обробка в основному поділяється на три категорії: лазерне різання, лазерне зварювання та лазерне адитивне виробництво, кожна з яких має свій унікальний механізм і сферу застосування.
02 Лазерне різання
Малюнок 1. Схема лазерного різання
Лазерне різання є одним із найдосконаліших застосувань промислового лазера, у якому використовується-потужний лазерний промінь для плавлення та випаровування матеріалу, а також допоміжний газ для видування шлаку для досягнення високої ефективності та точності різання. CO₂-лазер і волоконний лазер наразі є основним обладнанням для обробки вуглецевої сталі, нержавіючої сталі, алюмінієвих сплавів та інших матеріалів у середньо{2}}розрізання пластин. Переваги цієї технології полягають у вузькій щілині для різання, невеликій зоні-впливу тепла, відсутності потреби в прес-формах і швидкій зміні шляху обробки, особливо підходить для виробництва автомобілів, обробки листового металу, аерокосмічної та інших вимогливих галузей.
(1) В автомобілебудуванні лазерне різання використовується для виготовлення широкого діапазону компонентів від панелей кузова до двигунів. Наприклад, волоконний лазер використовується для різання -високоміцних сталевих деталей із високою точністю, що призводить до зменшення ваги транспортних засобів.
(2) Аерокосмічна промисловість також отримує переваги від технології лазерного різання, зокрема у виробництві складних компонентів, виготовлених із сучасних матеріалів, таких як титан і композити. Наприклад, надшвидкісні лазери можна використовувати для різання титанових компонентів складної форми, зводячи до мінімуму термічні пошкодження та забезпечуючи структурну цілісність компонента, значно покращуючи продуктивність і безпеку аерокосмічних компонентів.
03 Лазерне зварювання
Лазерне зварювання покладається на лазерний промінь для плавлення металевих матеріалів на високій швидкості для реалізації з’єднання з характеристиками великої глибини плавлення, високої швидкості та низького підведення тепла. Загальні режими зварювання включають безперервне лазерне зварювання та імпульсне лазерне зварювання, які підходять для точного зварювання тонких пластин і сценаріїв глибокого зварювання. Порівняно з дуговим зварюванням, лазерне зварювання має високу міцність і низьку деформацію, і підходить для упаковки акумуляторних батарей, зварювання пристроїв з нержавіючої сталі та виробництва конструкційних компонентів ядерної енергетики та інших галузей. Особливо у виробництві акумуляторів лазерне зварювання стало основним методом з’єднання.
(1) В автомобільній промисловості лазерне зварювання використовується для з’єднання панелей кузова, деталей двигуна та інших ключових компонентів. Наприклад, волоконні лазери використовуються для зварювання -високоміцних сталевих деталей із високою точністю, що забезпечує міцні та довговічні з’єднання.
(2) Електронна промисловість В електронній промисловості лазерне зварювання використовується для з’єднання невеликих і делікатних компонентів з високою точністю. Наприклад, діодні лазери використовуються для зварювання елементів акумулятора в літій-іонних акумуляторах для забезпечення надійності електричних з’єднань.
(3) В аерокосмічній промисловості Boeing 787 Dreamliner використовує процес лазерного зварювання для з’єднання титанових сплавів із композитними матеріалами, значно зменшуючи кількість заклепок, зменшуючи вагу фюзеляжу та покращуючи паливну ефективність.
04 Лазерне адитивне виробництво
(1) В автомобілебудуванні деталі автомобіля Ferrari F1 із титанового сплаву виготовляються за допомогою технології лазерного адитивного виробництва, яка покращує термостійкість і міцність деталей і оптимізує аеродинамічний дизайн автомобіля.
(2) Медична промисловість У медичній промисловості адитивне виробництво на основі лазера використовується для виготовлення індивідуальних імплантатів і протезів.
(3) В аерокосмічній промисловості лазерне -виробництво добавок використовується для виготовлення складних компонентів, таких як турбінні лопаті та паливні форсунки.
05 Висновок
Лазерна технологія, як важлива опора передового виробництва, розширює межі промислового застосування. Наразі лазерна обробка також розвивається в напрямку вищої потужності, вищої точності та багато-процесних композитів, таких як лазерне-дугове композитне зварювання, лазерна ультра-мікрообробка та лазерна інтелектуальна система моніторингу. У майбутньому, завдяки безперервному просуванню високо-потужних напівпровідникових лазерів, інтелектуальних систем керування та концепцій екологічного виробництва, лазерна обробка й надалі відіграватиме ключову роль у інтелектуальному виробництві, персоналізованих продуктах та екстремальній обробці матеріалів та в інших сферах.