V začetku leta 2009 so ljudje v industriji obdelave materialov začeli gledati impulzne laserje, ki lahko zagotavljajo visoko vršno moč, in neprekinjene laserje z višjo stopnjo moči. Največja moč takšnih laserjev lahko na splošno doseže 3 kW, povprečna moč pa je 300 W. Skoki v tehnologiji so privedli do višjih najvišjih in povprečnih moči. Danes so bile uvedene največje moči do 20kW, povprečne moči 2kW in neprekinjeni laserji z visoko močjo. Nenehno posodabljanje moči je vlaknast laser potisnilo na stopnjo obdelave vesoljskih naprav.
V primerjavi s tradicionalnimi Nd: YAG laserji so vlaknasti laserji znatno izboljšali učinkovitost elektro-optične pretvorbe in svetlost snopa (enosmerni ali nizko-bitni način delovanja) in ne zahtevajo predgrevanja. Ko se moč spremeni, ne glede na to, ali gre za raven zgornji način (kot je prikazano na sliki) (1)) ali Gaussov način, premer točke vedno ostane stabilen, hkrati pa je frekvenca impulza višja in sprotna prilagoditev parametrov je močnejša. Ker vlaknasti laser za vzbujanje uporablja en sam oddajnik, ima kvalitativni preskok v smislu zanesljivosti, stabilnosti moči in fleksibilnosti v primerjavi z laserji za bliskovne črpalke.
Glede na fleksibilne in raznolike načine uporabe vlaken z laserji se ne morejo vgraditi le kot novi stroji, temveč se lahko nadgradijo tudi obstoječe proizvodne linije, tako da zasedajo vse več tržnih deležev. Vsi prejšnji proizvodni sistemi, ki uporabljajo Nd: YAG laserje, se lahko pretvorijo v optične laserje.
Potrebe po vrtanju v letalstvu
Vesoljska industrija je nedvomno še ena panoga, ki je imela veliko koristi od laserjev z vlakni. V trenutni letalski industriji ima lahko turbinski motor kar nekaj milijonov lukenj, ki se v glavnem uporabljajo za pomoč napravi, da med delovanjem pravočasno odvaja toploto. Debelina, kot, premer in oblika lukenj se razlikujejo. Na področju aplikacij za vesoljsko vrtanje je novi vlakni laser hitrejši, prožnejši, stabilnejši in stroškovno učinkovitejši način.
Obstajata dva glavna načina izdelave hladilnih lukenj za letalske naprave: eden je uporaba več impulzov za oblikovanje vrtin v skladu z zahtevano odprtino (impulzno vrtanje); druga je uporaba majhnih pik za premikanje žarka v krožnem območju, da se oblikuje vrtalna luknja (Socket). Na splošno je vtičnica počasnejša, vendar je oblika bolj popolna. V nekaterih aplikacijah lahko izberete samo luknje za tulce. Te luknje imajo običajno premer 0,015-0,030in. Na letalskem področju obstaja tudi posebna zahteva za vrtanje, to je luknjasta oblika, ki povezuje luknjo za omejevanje toka. Te luknjače oblikovane luknje so odvod hladilnega zraka, njihov namen je preusmeriti isti pretok zraka na večje območje, da se doseže boljši hladilni učinek. Trenutno obstajajo v glavnem naslednji postopki za izdelavo lukenj v obliki ventilatorjev: prvi je majhen točkovni laserski + skener s Q-stikalom. Optični bralnik se uporablja za skeniranje oblike na izhodu iz ustja. Uporaba te metode za obdelavo luknje v obliki ventilatorja zahteva, da dva stroja delujeta ločeno. Druga metoda je zmanjšati velikost pika, da ustvarite konus, in nato uporabite CNC gnezdenje, vendar je ta metoda veliko počasnejša od "dvostopenjske metode", opremljene s skenerjem; Tretja metoda je uporaba tehnologije vrtanja EDM in dodajanje luknje v obliki ventilatorja po oblikovanju zaporne luknje. Zelo pomembno je, da se pri vrtanju luknje v obliki ventilatorja izognete luščenju prevleke s toplotno pregrado in večina naprav ima zdaj toplotno zaporo.
Aplikacije za zračno vrtanje - laserji z vlakni
V primerjavi z Nd: YAG impulznimi laserji so prednosti vlaken z laserji očitne. Prvič, vir črpalke vlaknastega laserja je dioda in ne bliskavica, zato lahko tvori popoln kvadratni val. Drugič, laser Nd: YAG z uporabo bliskovne črpalke upočasni, tako da je del laserske energije vedno pod pragom izhlapevanja ciljnega območja. Ta del energije bo stopil material in povzročil luščenje toplotne pregrade. Za izpolnitev specifikacij prenovljene plasti mora biti obdobje impulza krajše od 1 ms. Glede tega imajo vlakni z laserji absolutno prednost, saj lahko ustvarijo kvadratne valovne oblike, zato lahko uporaba impulzov 10 ms izpolnjuje zahteve letalske opreme za preoblikovanje in določanje razpok.
Kot primer uporabljamo zgorevalno komoro. Pri uporabi impulznega vrtanja se bo zgorevalna komora med postopkom vrtanja večkrat hkrati vrtela. V tem primeru je za vrtanje skozi potrebno 5 impulzov in še dva impulza, ki tvorita luknjo v obliki ventilatorja. Običajno je največja ponovitev tega laserja 10 impulzov / sekundo. Fiber laser lahko tvori luknjo ventilatorja z dolgim impulzom. Če uporabimo enako obdobje impulza in energijo impulza kot laser Nd: YAG, lahko hitrost doseže 10-krat večjo od prvotne. Ne glede na to, ali gre za en ali dva dolga ali več impulzov, lahko dobite enako kakovost vrtanja. Poleg tega lahko vlaknasti laser prilagodi tudi obdobje pulza med vrtanjem in po njem, namesto da ves čas uporablja več impulzov, kar je koristno, da se telesu ne poškodujete.
Značilnost laserja z nazobčanimi vlakni je, da lahko oddaja v načinu z ravnim vrhom, medtem ko je Nd: YAG laser približno v Gaussovem načinu. Zato zahvaljujoč načinu ravnega vrha celotna energija prvega presega prag izhlapevanja, precejšen del slednjega pa je pod pragom. Študije so pokazale, da za doseganje enakega učinka vrtanja pod enakimi pogoji vlakni laserji potrebujejo manj energije. Razlog je kvadratni val + raven zgornji način. Ravno zaradi te lastnosti so vlakni laserji učinkovitejši pri vrtanju in manj toplotno poškodovani. Z manj toplotnimi poškodbami se izboljšata luščenje prevleke in preoblikovanje.
Eden od razlogov, zakaj so Nd: YAG laserji pritegnili veliko pozornosti, so edinstvene lastnosti razhajanja žarkov. Velikost pege se lahko spreminja s povečanjem ali zmanjšanjem moči. Dokler se fokus ponovno usmeri, je mogoče doseči potrebno zaslonko. Nekateri ND: YAG laserji vključujejo notranji fokusirni teleskop, da spremenijo odstopni kot snopa, vendar ta prilagoditev zahteva visoko stopnjo profesionalnosti upravljavca, zamudno in pravilne parametre, zato mnogi ljudje niso optimistični. V tem trenutku je z vlaknastim laserjem ravno obratno. Ker je njegova fokusirana oblika popolnoma okrogla, se ob povečanju ali zmanjšanju moči ne bo spremenila in če bo v sistem nameščen razširljiv teleskop, bo lahko med vrtanjem letenja neposredno spremenil velikost žarišča. Razpon je ponavadi 3-1.
Prilagodljivost vlaken z laserji je veliko večja kot pri laserjih Nd: YAG. To je predvsem zato, ker nekdanje diode z visokim odzivom lahko med vrtanjem letenja spremenijo čas impulza in nivo moči, kar operaterjem omogoča, da uporabljajo različne stopnje moči in obdobja impulzov, da ustvarijo želeno zaporedje impulzov. Na primer, začnite z nizko močjo, kratkim impulzom in nato povečajte moč in impulz v zaporedju, ki temelji na posebnih zahtevah vrtanja. Ker lahko laserski vlakni zagotovijo največjo moč v območju kW, hkrati pa prilagodijo velikost tačke in čas pulza (do 10 μs), zadostuje samo en stroj.
Pri uporabi tehnologije tulcev lahko hitrost obdelave laserskega vlakna doseže 10-krat večjo hitrost impulznega laserja Nd: YAG, ki ga črpajo žarnice. Poleg tega se lahko vlaknast laser med vrtanjem v letu pretvori tudi v neprekinjeno moč do 2kW, da se doseže hitro rezanje. Za nekatere modele zgorevalnikov lahko to številko še povečamo. Če povzamemo, so impulzni laserji iz vlaken idealni za rezanje debelejših plošč in hitro vrtanje.
