Лазерне свердління
Ла́зерне свердлі́ння (англ. laser drilling) — лазерна технологія обробки матеріалів, при якій з використанням сфокусованого лазерного променя всередину заготовки локально передається така кількість енергії, що в результаті відбувається розплавлення і часткове випаровування матеріалу цієї заготовки[1]. Цим методом виконуються отвори діаметром 0,003…1 мм при відношенні глибини до діаметра від 0,5 до 10. Продуктивність прошивання малих отворів може досягати десятків і навіть тисяч на секунду. Особливо ефективним є оброблення мікро- та наноотворів у деталях із надтвердих матеріалів з низькою теплопровідністю[2]
Принцип лазерного свердління[ред. | ред. код]
Основними процесами при лазерному свердлінні матеріалів, так само як і при лазерному різанні, є розігрів, плавлення і випаровування із зони лазерного опромінення. Для того щоб забезпечити дані процеси, необхідно мати щільності потужності 106…109 Вт/см², які створюються оптичною системою у фокальній плямі. У процесі свердління при поглибленні отвору іонізована пара (плазма) витискається назовні за рахунок різниці тисків між зовнішнім середовищем і внутрішнім простором отвору.
Методи лазерного свердління[ред. | ред. код]
Одноімпульсне лазерне свердління[ред. | ред. код]
При цьому методі лазерне випромінювання включається лише на короткий час, і свердління наскрізного отвору в матеріалі виконується за один імпульс випромінювання.
Недоліками цього методу є мала максимальна товщина матеріалу для такого свердління (до 2 мм) і велика енергія, необхідна для лазерного імпульсу.
При застосуванні випромінювання твердотільного лазера з накачуванням лампою-спалахом відтворюваність параметрів свердління обмежується низькою стабільністю енергії імпульсів лазерного випромінювання.
Використання випромінювання волоконного лазера значно підвищує відтворюваність параметрів свердління.
Перкусійне (ударне) лазерне свердління[ред. | ред. код]
При цьому методі декілька імпульсів лазерного випромінювання почергово б'ють в одну і ту ж точку на поверхні заготовки, розплавляючи та випаровуючи деяку кількість її матеріалу. Після цього розплавлений матеріал витісняється з отвору під дією тиску парової фракції матеріалу. Це дозволяє виконувати суттєво глибші отвори (близько 30 мм), ніж при методі лазерного свердління одноімпульсним випромінюванням.
Перевагами даного методу є збільшена глибина свердління, можливість виконання отворів під кутом до поверхні, вища геометрична точність отворів (за конусністю) та можливість обробки навіть дуже твердих матеріалів.
Недоліком методу є збільшена тривалість технологічного процесу.
Трепануюче лазерне свердління[ред. | ред. код]
При цьому методі спочатку виконується наскрізний отвір, як і при перкусійному лазерному свердлінні. Потім отвір розширюється до необхідного діаметра шляхом відносного руху лазерного променя і заготовки.
До переваг цього методу належить зменшена товщина оплавленого шару на стінці отвору.
Його недолік полягає у можливості пошкоджень задньої стінки заготовки, так як під час відносного руху лазерний промінь проходить крізь отвір.
Спіральне лазерне свердління[ред. | ред. код]
За принципом дії цей метод є ідентичним до перкусійного лазерного свердління й відрізняється від нього лише додатковим рухом лазерного променя по спіралі.
Спіральне лазерне свердління підходить перш за все для виконання високоточних отворів (за діаметром і концентричністю) у заготовках товщиною до 2 мм. Крім цього, цей метод також дозволяє виконувати отвори з додатною та від'ємною конусністю.
Переваги та недоліки лазерного свердління[ред. | ред. код]
- Переваги
- безконтактність обробки без прикладання зусилля до самої заготовки;
- можливість застосування лазерного свердління для виконання отворів у важкодоступних місцях (наприклад, в паливних форсунках), завдяки використанню дрібної оптики;
- мінімальна теплове навантаження і відсутність потреби в охолоджувальній рідині;
- добрі умов для автоматизації процесу;
- технологічна гнучкість;
- можливість виготовлення отворів мінімального діаметра (приблизно від 40 мкм), які практично не піддаються традиційному механічного свердлінню або зовсім не можуть бути виконані з його допомогою.
- Недоліки
- переважно вища порівняно з традиційними методами вартість свердління;
- значні порівняно з традиційними методами енергозатрати, а значить низький ККД.
Використання[ред. | ред. код]
Лазерне свердління широко застосовують для отримання отворів не тільки в твердих і надтвердих матеріалах, але і в матеріалах, що відрізняються підвищеною крихкістю.
До матеріалів, що підлягають свердлінню з допомогою променя лазера, належать такі неметали, як алмази, рубінові камені, ферити, кераміка тощо, свердління отворів у яких звичайними методами становить певні труднощі чи є малоефективним.
Ця технологія забезпечує отримання отворів:
- у крилах літаків для відсмоктування приграничного шару повітряного потоку при обтіканні;
- в лопатках турбін для їх повітряного охолодження;
- у форсунках для дизельних двигунів автомобілів;
- у виробах з листового металу, що мають тонку геометрію.
Див. також[ред. | ред. код]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ Ruby laser treatment. DermNet NZ. ww.dermnetnz.org. Архів оригіналу за 14 липня 2016. Процитовано 1 березня 2016.
- ↑ Dubey, Avanish (May 2008). Laser beam machining—A review. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 48 (6): 609—628. doi:10.1016/j.ijmachtools.2007.10.017.
Джерела[ред. | ред. код]
- Вакс Е. Д., Миленький М. Н., Саприкин Л. Г. Практика прецизионной лазерной обработки. — М.: Техносфера, 2013. — 696 с. — ISBN 978-5-94836-339-4
- Рыкалин Н. Н. Лазерная обработка материалов. — М.: Машиностроение, 1975. — 296 с.
- Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А. Г. Григорьянца. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 c.
- Крылов К. И., Прокопенко В. Т., Митрофанов А. С. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1978. — 336 с.