Лазерна технологія

ЛА́ЗЕРНА ТЕХНОЛО́ГІЯ  — сукупність технологічних прийомів і способів оброблення ма­теріалів з використанням лазерів. Л. т. зародилася на поч. 1960-х рр. За кілька років до того з’явилися перші лазери, почалися швид­кий розвиток і виробництво лазер. систем. Уже на початку «лазер. ери» визначилася значна кількість потенцій. застосувань лазерного випромінювання в різних галузях людської діяльності. Найбільшого поширення воно набуло у промисловості (indus­trial laser applications). Влас­не поняття «Л. т.» нині зазвичай охоплює саме пром. застосування. В основі цих технологій лежать різні фіз.-хім. процеси взаємодії лазер. випромінюван­ня з речовиною — локал. нагрівання, розплавлення, випарову­вання, вибух. руйнування, нане­сення або зчитування інформації, абляція тощо. Вони можуть фак­тично переходити від однієї опе­рації до ін. шляхом зміни одного–трьох параметрів лазер. випромінювання — потужності або густини потужності, тривалості дії на матеріал, довжини хвилі. Завдяки забезпеченню високої локальності дії на виробництві досягають надзвичай. точності та якості оброблення, виконують унікал. мікро- та нанооперації. Крім того, поєднання Л. т. з інформаційними технологіями до­зволяє керувати зміною сфокусов. лазер. випромінювання у часі та просторі, що відкриває унікал. можливості для виконання великого розмаїття технол. завдань. До Л. т. належать: прошивання отворів, різання, зварювання, модифікування, про­грамов. термодеформування, маркування та гравіювання, балансування, вирощування три­мір. виробів, текстурування мік­рорельєфу поверхні, поверхневе очищення тощо. Прошивання отворів малих розмірів (10+ мкм) застосовують при ви­готовленні діафрагм, сит та ін. деталей у машино- та приладобудуванні. При цьому забезпечують регулювання форми отво­рів від циліндрич. до конічної та навіть гранованої. Гол. обмеженням під час виготовлення якіс. отворів є товщина матеріалу (до 5–10 мм). Продуктивність прошивання малих отворів може досягати десятків і навіть тисяч на сек. Особливо ефектив. є оброблення мікро- та наноотворів у деталях із надтвердих матеріалів — діаманта, сапфіра, рубіна, новіт. композитів тощо. Прошивання отворів виконують переважно завдяки використанню густини потужності, що спричиняє не тільки розплавлення, але і випаровування та навіть вибух. викидання матеріалу з зони дії сфокусов. лазер. випромінювання. На деяких режимах ініціюється процес локал. руйнування матеріалу — абляція (сублімація), що дозволяє отримати більш високу якість оброблення. Діапазон густини потужності для цієї операції складає 10⁶–10⁹ Вт/см². Різан­ня матеріалів спочатку роз­гля­далося лише як специф. опе­ра­ція для розділення надтвердих кристаліч. та аморф. матеріалів шляхом генерування локал. напруг з подальшим крих- ким терморозколюванням матеріалу в напрямку дії лазер. випромінювання. Різновидом такої операції стало виготовлення мікрощілин і мікропазів у матеріалах, що важко або зовсім неможливо було обробляти традиц. методами. З появою нових ефективніших лазер. сис­тем стало можливим використовувати лазерне випромінювання для розкрою габарит. де­талей із лист. матеріалів для різних маш.-буд. галузей — автомобілебудування, авіакосміч. промисловості, суднобудування, енер­гет. комплексу тощо. Швидкість розрізання таких матеріалів може досягати залежно від товщини матеріалу до кількох десятків метрів на хвилину при забезпеченні високої якості та точності і знач. економії. Густина потуж. сфокусов. випромінювання складає 108–109 Вт/см². Лазерне зварювання матеріалів стало вже майже традиційним у аерокосміч. комплексі, енергетиці, автомобілебудуванні, електроніці та ін. вироб. галузях. Широке застосування цієї нової технології сталося завдяки високій якості оброблення, можливості досягнення знач. швидкості, особливо в умовах автоматизації процесу, з’єд­нан­ня різних за властивостями матеріалів. Зварювання проводять із забезпеченням густини потуж. сфокусов. лазер. випромінюван­ня на рівні 10⁴–10⁵ Вт/см², достатньому для розплавлення матеріалу. Модифікування матеріалу є результатом терміч. впливу на нього. Воно проявляється у вигляді різних металогр. структур. перетворень під дією локалізов. нагрівання та надшвидкіс. охолодження за рахунок високої теплопровідності метал. матеріалів. Такі процеси протікають в умовах опромінення ме­тал. матеріалів лазер. променем з густиною потуж. 10³–10⁴ Вт/см². Серед різновидів модифікування — поверхневе зміцнення та поверхневе легування. Можливість отримувати вироби склад. простор. форми з листов. матеріалу деформуванням лазер. випромінюванням з’явилася по­рівняно недавно. Така технологія гнучка та не потребує спец. важкого обладнання. Її реалізують у результаті сканування фо­кусуючого лазер. променя згідно заданої програми. Технологію застосовують у хім. промисловості, виробництві електрич. і електрон. приладів. Одна з найпоширеніших Л. т. у різних галузях — маркування та гравіювання. Її особливість, на відміну від традиц. методів, — безконтактність, велика швидкість нанесення та зчитування інформації, можливість нанесення інформації на носії з будь-яких матеріалів. Зав­дяки цій технології глобал. розповсюдження набуло штрих-ко­дування виробів майже в усіх галузях виробництва. Гол. механізми нанесення знаків: випаровування, розплавлення, абляція (для відповідал. виробів електрон. приладів) тощо. Балансування виробів лазер. випромінюванням — специф. операція, яка виконується під час виготовлення прециз. виробів, що обер­таються з надзвичайно високою швидкістю (до кількох тисяч обер­тів на хвилину). У місці дисбалансу деталі за допомогою лазер. випромінювання видаляють зайвий матеріал з точністю до тисячних часток міліграма без зупинки обертання деталі. Вирощування тримір. виробів у спец. літературі нині відоме під різними назвами: 3D printing, Rapid Prototyping, Selective Laser Sin­tering, Free Form Fabrication, Additive Manufacturing, Laser Ste­reolitography, 3D Object Sinte­ring та ін. Гол. принцип виготовлення об’єкта полягає в пошар. відтворенні запроектов. виробу за допомогою лазер. випромінювання, що сканує у просторі згідно заданої програми. Для цього використовують метал. порошк. суміш або фотореактивну полімерну рідину (для Laser Stereolitography). Ці методи дають можливість виготовляти деталі склад. простор. форми без використання коштов. традиц. технологій та обладнання. Текстуруванням поверхні матеріалу отримують за­даний дизайн мікрорельєфу по­верхні виробу для надання їй спец. експлуатац. якостей. Це новий напрям, що активно розвивається для створення перспектив. конструкцій машин і приладів для аерокосміч., елек­трон. та ін. сучас. галузей. Поверхневе очищення виробів за допомогою лазер. випромінювання використовують для видалення різних типів мікроскопіч. забруднень з відповідал. ви­робів у електрон. техніці, медицині, біології тощо.

Завантажити статтю