1. 1/20
Tehnologii de prelucrare
cu ajutorul LASER-ului
Laser beam machining
Usinage par laser
Bearbeitungsverfahren mit Laser
Lavorazione con raggio laser
Lazernaia obrabotka
Maquinado con rayo laser
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
2. 2/20
5000 – 8000 °C
LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
amplificarea luminii prin emisia stimulată a radiaţiei
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
3. 3/20
Definiţie:
Prelucrarea se bazează pe efectul termic al unui fascicul
laser de înaltă energie, dirijat şi puternic focalizat pe
suprafaţa semifabricatului cu ajutorul unui sistem de lentile
şi oglinzi optice.
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Distribuţia energiei în spotul
laser de la suprafaţa
semifabricatului
4. 4/20
Generarea fasciculului laser → cu ajutorul unei
substanţe numite mediu activ aduse în prealabil într-o stare
energetică superioară prin transfer de energie din afara
subsistemului, în cadrul unui process aşa numit pompaj de
energie.
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Generarea fasciculului LASER
6. 6/20
Pompaj de energie:
- descărcare electrică
- pe cale optică prin iradierea mediului activ
- chimic (consecinţă a unor relaţii chimice)
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Generarea fasciculului LASER
7. 7/20
Mediu activ:
Solid
pompaj optic cu ajutorul unei lămpi “fulger” (Ne:kripton, verde)
-
rubin Cr+3: Al2O3
(cu lungimea de undă 0,6928 ... 0,6943 μm);
-
sticlă dopată cu neodim Nd+3:sticlă
(cu lungimea de undă 1,06 μm);
- granat de ytriu dopat cu neodim Nd+3: Y3 Al5O12
- semiconductor (arseniură de galiu)
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Generarea fasciculului LASER
8. 8/20
Gazos:
amestec de gaze
- He:N2:CO2 (4:2:1)
- He:Ne
- amestec XeBr, KrF, ArCl
Avantajele laserelor în gaze sunt:
- o mai mare coerenţă a radiaţiei decât la laserele în mediu solid
- o mai mică divergenţă a fascicolului decât la laserele în mediu solid
- o bună stabilitate a frecvenţei de emisie
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Generarea fasciculului LASER
9. 9/20
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Proprietăţile fascicului laser
Proprietăţile fascicului laser:
- monocromaticitate
- coerenţa
- directivitate (unghi spaţial 10-3rad)
- intensitate mare 102 .... 1012 W/cm2
(intensitatea luminii solare 0,1 W/cm2)
10. 10
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Echipamentul de prelucrare
Echipament de prelucrare (*) :
1.bloc optic – contribuie la generarea, stabilirea
traiectoriei (incintă optică + rezonator+ oglinzi cu raze
diferite de curbură +mediu activ)
2.sursa de energie – asigură alimentarea
subansamblului de excitaţie şi altor subansambluri
3.bloc mecanic – susţinerea diverselor subans.,
eventual comandă numerică;
4.bloc deservire – răcirea oglinzilor şi lentilelor, vidarea
incintei, introducerea amestecului de gaze etc.
11. 11
Caracterizarea tehnologică a prelucrării:
Q ≤ 103 mm3/min
T = ± 0,01 mm
Ra > 0,63 ... 1,6 μm ... face necesară prelucrarea
ulterioară a semifabricatului
Strat superficial modificat termic 0,1 mm
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Caracterizare tehnologica
12. 12
Avantajele prelucrării:
-
obţinerea unor fante şi orificii reduse (Φ 0,012 mm)
-
posibilitatea efectuării unor prelucrări la o distanţă de sursa
laser, în incinte închise cu atmosferă de protejare a zonei;
-
nu este necesară o forţă de fixare a semifabricatului;
- radiaţia laser nu este influenţată de câmpul magnetic exterior.
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Avantaje si dezavantaje
13. 13
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Dezavantajele prelucrării:
-
cost ridicat;
-
manevrare dificilă şi exclusiv pe cale mecanică a
fascicului (sudare prin oscilaţia oglinzii)
-
risc de natură fiziologică
- η ~ 20% (gazosi) .... 90% (semiconductori)
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Avantaje si dezavantaje
14. 14
Clasificarea procedeelor de prelucrare:
A. Prelucrări cu îndepărtare de material (tăiere, găurire,
marcare, gravare, echilibrare dinamică etc.)
B. Prelucrări fără modificări cantitative (tratamente termice
superficiale)
C. Prelucrări cu adăugare de material (sudare acoperire,
microaliere superficială etc.)
D. Prelucrări clasice de prelucrare mecanică asistate de
radiaţia laser (strunjire asistată de fascicul laser, deformare plastică)
E. Prelucrări combinate de prelucrare
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Procedee de prelucrare
15. 15
Găurirea cu facicul LASER:
ăuri cu diametru mic:
Φ 0,0006 ... 0,8 mm şi lungime de până la 5 mm
Φ 0,8 ... 2,5 mm şi lungime de până la 12 mm
ăuri mari → schemă similară tăierii pe contur
Aplicaţii:
entile de contact, filtre,
rificii pentru pulverizarea fluidelor,
piese pentru tiparire-imprimare,
omponente optice, bijuterii,
iese de ceasornice
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Prelucrări cu îndepărtare de material
16. 16
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Prelucrări cu îndepărtare de material
Tăiere cu fascicul LASER:
Aplicaţii:
decupaje elemente de caroserie în industria auto
desizolare capete conductoare electrice în industria electronică
tăiere lemn în industria mobilei
Avantaje:
-gamă largă de materiale
-contururi complexe
-lăţime redusă a tăieturii
-viteză ridicată
-calitate bună a suprafeţei tăiate
-zone înguste afectate termic comparativ,
de exemplu, cu tăierea cu flacără oxigaz
17. 17
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Prelucrări cu îndepărtare de material
Marcare, gravare cu facicul LASER:
1. deplasare în coordonate a fasciculului laser şi corelarea
impulsurilor radiaţiei cu deplasarea;
2. utilizarea unei măşti intermediare din molibden (*)
(0,1 μm grosime)
Echilibrarea dinamică (rotori pentru turaţii ridicate) (*)
18. 18
Prelucrări fără modificări cantitative:
Tratamente termice superficiale:
călire, înmuiere superficială, durificare termică prin topirea
stratului superficial, durificare superficială prin şoc, vitrificare
Deformarea cu ajutorul fasciculului laser:
îndoirea cu fascicul laser, ambutisarea cu fascicul laser (*)
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Prelucrări fără modificări cantitative
19. 19
Prelucrări cu adăugare de material:
Metalizarea prin condensarea şi solidificarea materialului de
adaos evaporat cu ajutorul LASERULUI (*)
Acoperiri cu ajutorul fasciculului laser
Sudarea cu facicul LASER (*)
Stereolitografierea cu ajutorul LASERULUI (Rapid
Prototyping Technology)
Tehnologii de prelucrare cu ajutorul
LASERului
Prelucrări cu adăugare de material
