Dengan perkembangan pesat bidang perubatan, penerbangan, aeroangkasa, semikonduktor dan tenaga, keperluan prestasi untuk komponen utama sentiasa meningkat, yang telah menggalakkan kemajuan teknologi pemprosesan dan peralatan. Dalam bidang ini, pilihan teknologi pemotongan komponen adalah penting untuk kualiti dan prestasi produk. Walaupun pemotongan mekanikal tradisional dan teknologi pemotongan air tekanan tinggi digunakan secara meluas, pemotongan laser secara beransur-ansur menjadi pilihan pertama kerana kelebihannya dalam kecekapan pemprosesan, ketepatan dan keramahan alam sekitar. Teknologi pemotongan laser secara langsung menyinari bahan melalui pancaran laser tenaga tinggi untuk mencapai pemotongan berketepatan tinggi dan berkecekapan tinggi. Pada masa yang sama, ia tidak menghasilkan sentuhan fizikal yang jelas semasa proses pemotongan, dengan itu mengurangkan pencemaran kepada alam sekitar dan mematuhi konsep pembuatan hijau.
Teknologi pemotongan laser telah menunjukkan keunggulannya dalam banyak senario aplikasi. Sebagai contoh, dalam bidang perubatan, apabila negara saya memasuki masyarakat yang semakin tua, permintaan pasaran untuk stent intravaskular telah melonjak, dan kadar pertumbuhan pasaran telah melebihi 20% dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Teknologi pemotongan laser berpotensi untuk digunakan secara meluas dalam pemprosesan stent intravaskular kerana ketepatan dan kebolehsuaiannya yang tinggi. Walau bagaimanapun, pemotongan laser tradisional boleh menyebabkan kerosakan terma pada bahan dalam beberapa kes, yang akan membentuk buih kecil dan lapisan terjejas haba pada permukaan bahan, sekali gus menjejaskan prestasi dan hayat perkhidmatan bahan. Untuk mengatasi batasan ini, teknologi pemotongan laser berpandukan air telah muncul sebagai kaedah pemotongan yang inovatif. Dengan memperkenalkan aliran air semasa proses pemotongan laser, ia boleh mengurangkan kerosakan haba dengan berkesan dan meningkatkan kualiti permukaan bahan potong.
Apakah laser berpandukan air
Teknologi pemotongan laser berpandukan air ialah kaedah pemprosesan komposit inovatif yang menggunakan pancutan air untuk membimbing pancaran laser untuk memotong bahan kerja dengan tepat. Teras teknologi ini adalah menggunakan ciri indeks biasan yang berbeza bagi air dan udara. Apabila pancaran laser diarahkan ke antara muka air-udara pada sudut tertentu, jika sudut kejadian kurang daripada sudut kritikal pantulan total, pancaran laser akan dipantulkan sepenuhnya dan tidak akan menembusi antara muka, dengan itu memastikan bahawa laser tenaga dihadkan dengan berkesan dan dihantar dalam pancaran air.
Pancaran laser mula-mula difokuskan oleh kanta cembung dan kemudian melalui tingkap kaca kuarza ke dalam rongga air yang digabungkan. Dengan melaraskan jarak antara kanta fokus dan muncung lubang jarum secara halus, ia boleh dipastikan bahawa fokus laser diposisikan dengan tepat di tengah permukaan atas muncung. Selepas itu, pancaran laser memasuki pancutan air yang stabil, di mana pantulan total berlaku disebabkan oleh perbezaan indeks biasan, satu proses yang serupa dengan perambatan cahaya dalam gentian optik. Semasa pemprosesan, pancaran laser yang difokuskan dipandu oleh pancaran air tekanan tinggi dan terus dihantar ke permukaan bahan kerja, mencapai hasil pemotongan yang cekap dan tepat.
Kelebihan laser berpandukan air
Teknologi pemotongan laser jet air ialah kaedah pemprosesan inovatif yang menggabungkan jet air dan pancaran laser. Ia telah digunakan secara meluas dalam bidang pembuatan ketepatan dan pemesinan mikro. Berbanding dengan pemotongan laser tradisional, pemotongan laser berpandukan air mempunyai beberapa kelebihan unik yang menjadikannya sangat baik dalam senario aplikasi tertentu.
Pertama sekali, ciri membezakan pemotongan laser yang dikendalikan oleh air ialah ia mengelakkan kerosakan haba. Oleh kerana suhu yang tinggi, pemotongan laser tradisional dengan mudah boleh menyebabkan ubah bentuk haba bahan dan kerosakan pada struktur mikro. Dalam pemotongan laser berpandukan air, aliran air yang dikeluarkan secara berkesan menyejukkan bahan semasa jurang nadi laser, yang mengurangkan tegasan haba bahan dan membolehkannya mengekalkan sifat fizikal dan kimia asalnya.
Kedua, gentian air mempunyai jarak kerja yang besar semasa operasi dan tidak memerlukan pemfokusan pancaran laser yang tepat seperti pemotongan laser tradisional, yang memberikan fleksibiliti yang lebih besar untuk memproses bahan dengan geometri kompleks. Tambahan pula, aliran air bukan sahaja bertindak sebagai penyejuk semasa proses pemotongan, tetapi juga menghilangkan bahan cair yang dihasilkan semasa proses pemotongan, dengan itu mengurangkan dengan ketara pemendapan bahan pencemar di kawasan pemprosesan, yang amat penting untuk pemprosesan persekitaran dengan tinggi. keperluan kebersihan.
Di samping itu, kerana pemotongan laser berpandukan air boleh mencapai penyingkiran bahan berketepatan tinggi, teknologi ini amat sesuai untuk memproses bahagian berdinding nipis, dan lebih baik daripada kaedah pemprosesan laser tradisional dari segi ketepatan dan kualiti permukaan. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan, pemotongan laser berpandukan air dijangka menggantikan pemotongan laser tradisional dalam lebih banyak bidang dan menjadi kaedah pemprosesan yang lebih cekap dan mesra alam.
Kesukaran teknikal dan trend pembangunan pemotongan laser berpandukan air
1. Pengecilan laser dalam pancaran air: Sebagai kaedah pemprosesan termaju yang menggabungkan jet air dan laser, teknologi pemotongan laser berpandukan air telah menunjukkan potensi unik dalam pembuatan ketepatan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pengecilan tenaga besar laser dalam air, ini mengehadkan kecekapannya dalam aplikasi berkuasa tinggi. Khususnya, laser ketumpatan kuasa tinggi dalam pancaran air mempunyai pengecilan tenaga yang besar disebabkan oleh pelbagai serakan dan penyerapan, mengakibatkan penurunan dalam kelajuan pemprosesan. Sebagai contoh, apabila memotong bahan komposit gentian karbon tebal 18 mm, kelajuan hanya 5 mm seminit, yang sangat mengehadkan penggunaan teknologi ini dalam pemprosesan bahan tebal. Walaupun penyelidikan semasa telah mendedahkan prinsip asas penghantaran laser dalam air, cara mengurangkan pengecilan ini dengan berkesan masih merupakan masalah teknikal yang perlu diselesaikan. Pada masa hadapan, bahan dielektrik dengan sifat panduan cahaya yang lebih baik boleh dibangunkan untuk menggantikan rasuk air, dengan itu meningkatkan kecekapan pemotongan dan kebolehgunaan proses.
2. Cabaran pengecilan jet air: Dalam teknologi pemotongan laser berpandukan air, diameter pancutan air secara langsung mempengaruhi ketepatan dan lebar pemotongan. Dengan perkembangan teknologi pemesinan mikro, diameter muncung boleh dikurangkan kepada 30 mikron, sekali gus mencapai pemotongan berketepatan tinggi. Walau bagaimanapun, pengecilan jet air selanjutnya menghadapi beberapa siri cabaran teknikal, termasuk kestabilan pancaran air, panjang berkesan dan kawalan diameter tempat laser. Isu-isu ini bukan sahaja menjejaskan kesan pemotongan, tetapi juga mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk reka bentuk dan pembuatan peralatan. Penyelidikan masa depan mungkin menumpukan pada mengoptimumkan reka bentuk muncung dan dinamik bendalir untuk meningkatkan lagi ketepatan pemotongan sambil mengekalkan kestabilan pancutan air.
3. Keperluan teknikal untuk pemprosesan lubang muncung: Untuk memastikan pemotongan laser berpandukan air berkualiti tinggi, ketepatan reka bentuk dan pembuatan lubang muncung adalah penting. Lubang muncung mesti mempunyai ketebalan dinding yang sangat nipis sambil mengekalkan kebulatan ketepatan tinggi dan tiada tirus untuk menahan kesan aliran air. Di samping itu, kekasaran permukaan dalaman lubang perlu dikawal pada tahap yang sangat rendah untuk memastikan kestabilan dan konsistensi pancaran air. Piawaian reka bentuk permintaan tinggi ini menjadikan pemprosesan lubang muncung amat sukar, terutamanya dalam pengeluaran besar-besaran. Cara mengekalkan konsistensi dan ketepatan adalah cabaran utama yang dihadapi oleh industri pembuatan.
4. Kerumitan sistem kawalan penjajaran gandingan: Dalam sistem pemotongan laser berpandukan air, ketepatan gandingan dan penjajaran pancaran laser dan pancaran air secara langsung mempengaruhi kualiti pemotongan. Pada masa ini, walaupun mekanisme kawalan pemacu servo berketepatan tinggi telah diterima pakai, masalah gandingan laser dan pancaran air yang cepat dan tepat belum dapat diselesaikan sepenuhnya. Untuk meningkatkan ketepatan gandingan, adalah perlu untuk memperkenalkan sistem pengesanan dan penentukuran yang lebih maju, seperti gentian pancaran air dan sistem pengesanan gandingan pemfokusan laser, sistem kedudukan bahan kerja, dll. Penyepaduan dan pengoptimuman sistem ini adalah kunci untuk mencapai pemotongan laser berpandukan air berketepatan tinggi.
5. Penyelidikan proses sistematik yang tidak mencukupi: Walaupun teknologi laser berpandukan air telah menunjukkan banyak kelebihan dalam teori, kawalan proses masih menghadapi banyak cabaran dalam aplikasi praktikal. Pada masa ini, industri tidak mempunyai teknologi pemprosesan dan sistem penilaian yang lengkap, yang menjadikannya sukar untuk mengekalkan penunjuk utama seperti kecekapan pemprosesan, ketepatan dan integriti permukaan bahan. Kekurangan penyelidikan proses ini menjadikan kebolehsuaian teknologi pemotongan laser berpandukan air menjadi lemah di bawah bahan dan keadaan ketebalan yang berbeza. Oleh itu, penyelidikan proses yang lebih sistematik diperlukan pada masa hadapan untuk mewujudkan perpustakaan parameter proses yang komprehensif dan piawaian penilaian, untuk meningkatkan potensi aplikasi industri teknologi laser berpandukan air.
