Lasermikrobearbejdning bruges i stigende grad til at fremstille huller i mikroskala, smalle snit, fine riller og komplekse præcisionsfunktioner i avancerede tekniske materialer. Efterhånden som flymotorer, halvlederkomponenter, teknisk keramik og højtydende komponenter bevæger sig mod mindre funktioner og strammere dimensionskrav, kan konventionel mekanisk bearbejdning og laserbearbejdning i frit rum stå over for begrænsninger relateret til værktøjsslid, varmeakkumulering, fokuskontrol og overfladeintegritet.

Vandstrålestyret laserteknologi kombinerer pulserende laserenergi med en fin, stabil vandstråle. Laserstrålen kobles ind i vandstrålen og styres mod emnet ved total intern refleksion ved vand-luft-grænsefladen. Det strømmende vand hjælper samtidig med afkøling og fjerner en del af det smeltede eller ablaterede materiale fra bearbejdningszonen.

Denne kombination skaber en karakteristisk lasermikrobearbejdningsproces til præcisionsskæring, lasermikroboring og kontrolleret materialefjernelse.

Afhængigt af materialet, funktionsgeometrien og proceskonfigurationen kan vandstrålestyret laserbearbejdning anvendes på nikkelbaserede superlegeringer, titanlegeringer, keramik, siliciumcarbid, halvledermaterialer, kulfiberforstærkede kompositter og diamantrelaterede materialer.

Hvad er lasermikrobearbejdning?

Lasermikrobearbejdning refererer til brugen af ​​kontrolleret laserenergi til at producere små, højpræcisionsfunktioner ved at fjerne materiale på mikroskala- eller næsten mikroskalaniveau.

Typiske processer omfatter:

• lasermikroboring;
• præcisionslaserboring;
• laser mikrohulboring;
• mikroskæring;
• finrillning og notfræsning;
• præcisionskonturbearbejdning;
• lokaliseret materialefjernelse;
• bearbejdning af komplekse mikrofunktioner.

I modsætning til konventionel fræsning eller boring kræver laserbehandling ikke et skæreværktøj i fysisk kontakt med emnet. Dette eliminerer mekanisk værktøjsslid og reducerer skærekræfter på sarte komponenter.

Konventionel lasermikrobearbejdning præsenterer dog også tekniske udfordringer.

En frirumslaserstråle skal normalt fokuseres nøjagtigt på bearbejdningsoverfladen. Den nyttige bearbejdningszone påvirkes af brændvidde, overfladegeometri, strålens indfaldsvinkel og den relative position mellem det optiske system og emnet.

Under dyb skæring eller boring kan gentagen interaktion mellem laser og materiale også forårsage varmeakkumulering, en varmepåvirket zone, omstøbt materiale, oxidation, konisk aflejring eller aflejring af snavs. Sværhedsgraden af ​​disse effekter afhænger stærkt af laserpulsens varighed, bølgelængde, effekttæthed, hjælpegas, materiale og processtrategi.

Af denne grund er der udviklet forskellige lasermikrobearbejdningssystemer til forskellige industrielle krav. Vandstrålestyret laserbearbejdning er en af ​​de specialiserede teknologier, der anvendes, hvor præcision, køling og kontrolleret energitilførsel er særligt vigtige.

Hvad er vandstrålestyret laserteknologi?

En vandstrålestyret laser er en laserbearbejdningsteknologi, hvor en laserstråle kobles koaksialt til en tynd vandstråle med høj hastighed.

Vandstrålen fungerer som en fleksibel optisk guide.

Ved konventionel laserbearbejdning udbreder den fokuserede laserstråle sig gennem luft fra fokuseringsoptikken til emnet. Ved vandstrålestyret laserbearbejdning introduceres laseren i en fin vandstråle gennem en optisk koblingsstruktur og dyse.

På grund af forskellen i brydningsindeks mellem vand og den omgivende luft kan korrekt koblet laserlys begrænses i vandsøjlen ved total intern refleksion.

Princippet kan i forenklet optisk forstand sammenlignes med lysføring i en optisk fiber.

Den resulterende vandstyrede laserstråle bevæger sig med strålen mod emnet.

I bearbejdningszonen leverer laseren den energi, der kræves til materialefjernelse, mens det kontinuerligt strømmende vand kan:

• afkøl det lokale forarbejdningsområde;
• begrænse overdreven varmeophobning;
• fjern en del af bearbejdningsaffaldet;
• skyl smeltet eller ablateret materiale ud af savsnittet;
• reducere overfladeforurening;
• understøtter mere stabil behandling over en nyttig arbejdsafstand.

Teknologien søges nogle gange bredere som en vandstrålelaser . Den bør dog ikke forveksles med konventionel slibende vandstråleskæring.

Vandstrålestyret laserbearbejdning er grundlæggende en laserbaseret materialefjernelsesproces.

Hvordan fungerer vandstrålestyret laserteknologi?

En vandstrålestyret laserproces kan forstås gennem fem hovedfaser.

1. Generering og fokusering af laserstråler

En pulserende laserkilde genererer behandlingsstrålen.

De nøjagtige laserparametre afhænger af materialet og anvendelsen. I de tekniske konfigurationer, der er dækket af de leverede procesdata, omfatter repræsentative systemområder:

• lasereffekt: cirka 20-400 W;
• bølgelængde: 532 nm;
• pulsvarighed: cirka 1–500 ns.

Disse værdier repræsenterer et teknisk konfigurationsområde snarere end universelle krav til alle vandstrålestyrede lasersystemer.

Laserstrålen rettes gennem fokuserende optik mod det optiske koblingsområde.

Præcis kontrol af laserens indfaldsvinkel, stråleposition og optisk vindue er afgørende, fordi effektiv laser-til-vand-kobling direkte påvirker stråleindeslutning og processtabilitet.

2. Laserkobling i vandstrålen

Den fokuserede stråle kommer ind i et trykvandskammer og justeres med en præcisionsdyse.

Det optiske vindue, koblingsgeometrien og dysen skal arbejde sammen for at opnå koaksial justering mellem laseren og vandstrålen.

Repræsentative dysediametre i de medfølgende tekniske data ligger i intervallet cirka:

20 til 100 um

Vandtrykket kan konfigureres inden for et bredt område. Referenceprocesinformationen viser:

50 til 800 bar

Det faktiske tryk og dysediameteren skal vælges i henhold til dysestabilitet, procesafstand, laserparametre og den ønskede funktionsstørrelse.

Dårlig koblingsjustering kan føre til tab af optisk energi, ustabil strålestyring eller lokal beskadigelse af koblingskomponenterne.

Af denne grund er højeffektiv laser-vand-kobling en af ​​de vigtigste tekniske udfordringer i et vandstrålestyret lasersystem.

3. Laserstyring ved total intern refleksion

Efter at være kommet ind i vandstrålen, reflekteres laserstrålen gentagne gange ved vand-luft-grænsefladen.

Denne totale interne refleksion begrænser laserenergien inden for den fine vandsøjle.

I stedet for at danne en konventionel frirumsfokuseret kegle, der hurtigt divergerer væk fra fokusplanet, følger laserenergien vandstrålen over en defineret behandlingsafstand.

Repræsentative tekniske data angiver arbejdsafstande på cirka:

5 – 50 mm

Den effektive arbejdsafstand er applikations- og systemafhængig og påvirkes af vandstrålestabilitet, dysegeometri, tryk, laserkobling og miljøforhold.

Denne guidede leveringsmekanisme er en af ​​de grundlæggende forskelle mellem vandstrålestyret laserteknologi og konventionel fokuseret laserbearbejdning.

4. Laser-materiale-interaktion

Når den guidede laser når emnet, absorberes laserenergien af ​​materialet.

Afhængigt af materialeegenskaberne og laserparametrene kan materialefjernelse involvere lokal smeltning, fordampning, ablation og gentagen pulserende energiinteraktion.

Laseren er fortsat den primære kilde til behandlingsenergi.

Vandstrålen er ikke et slibende skæremedie.

Denne sondring er vigtig, fordi teknologien ikke skal fortolkes som en lille konventionel vandstråleskæremaskine.

I rapporterede og anvendelsesspecifikke konfigurationer kan processen anvendes på materialetykkelser lige fra tynde præcisionsstrukturer til væsentligt tykkere komponenter. Den medfølgende tekniske reference viser et bredt område for bearbejdningstykkelser på cirka:

0.01 30 til mm

Den faktiske opnåelige dybde eller tykkelse afhænger stærkt af materiale, funktionsgeometri, lasereffekt, pulskarakteristika og processtrategi.

5. Afkøling og bortskaffelse af affald

Vandstrålen interagerer kontinuerligt med bearbejdningszonen.

Dette giver to vigtige funktioner.

For det første fjerner vand varme fra det omgivende materiale og kan reducere overdreven varmeakkumulering.

For det andet hjælper den strømmende stråle med at skylle bearbejdningsprodukter væk fra interaktionsområdet.

Dette kan reducere ophobning af omstøbning, forkullede rester og aflejring af affald under passende forarbejdningsforhold.

Af denne grund betragtes vandstrålestyret laserbearbejdning ofte som en laserproces med lav termisk belastning sammenlignet med mange konventionelle laserbearbejdningskonfigurationer.

Den teknisk nøjagtige beskrivelse er dog reduceret termisk påvirkning , ikke en ubetinget "nul varmepåvirket zone".

Den endelige termiske effekt afhænger af:

• materialegenskaber;
• laserpulsens varighed;
• pulsfrekvens;
• effekttæthed;
• behandlingshastighed;
• vandstråletryk;
• dysediameter;
• funktionsgeometri;
• antallet af behandlingspassager.

Er en vandstrålelaser det samme som vandstråleskæring?

Nej.

En vandstrålestyret laser og et konventionelt vandstråleskæresystem bruger fundamentalt forskellige materialefjernelsesmekanismer.

Udtrykket vandstrålelaser bruges undertiden uformelt i søgninger og tekniske diskussioner. En mere præcis teknisk beskrivelse er:

Vandstrålestyret laser

eller:

Vandstyret laserbearbejdning

Til industrielt udstyr bruger Greenstone den bredere betegnelse " vandstrålestyret laserbearbejdningssystem" , fordi teknologien kan udføre mere end blot at skære.

Anvendelser kan omfatte boring, mikrohulsbearbejdning, sporstikning og andre præcisionsmaterialefjernelsesprocesser.

Vandstrålestyret laser vs. konventionel lasermikrobearbejdning

Konventionel lasermikrobearbejdning og vandstrålestyret laserbearbejdning bruger begge laserenergi til at fjerne materiale, men deres strålelevering og termiske styringsmekanismer er forskellige.

En vigtig begrænsning ved konventionel fokuseret laserbehandling er variationen i strålestørrelse væk fra fokusplanet.

Under dybere skæring kan interaktionen mellem stråle og materiale ændre sig, når bearbejdningsfronten bevæger sig væk fra den optimale fokusposition.

Dette kan bidrage til spaltningsvinkel og uensartet væggeometri.

En stabil vandstyret bjælke kan opretholde energitilførslen langs vandstrålen over en nyttig bearbejdningsafstand. I egnede anvendelser understøtter dette smalle snit og ligere sidevægge.

De medfølgende applikationsdata viser repræsentative vandstyrede lasersnitbredder på cirka:

60-90μm

Til sammenligning rapporterer det samme referencemateriale diamantwire-skærebredder på cirka:

80-120μm

Disse tal bør fortolkes som anvendelsesspecifikke sammenligningsdata snarere end universelle værdier for alle maskiner og materialer.

Overfladekvalitet er en anden vigtig faktor.

Mekanisk diamanttrådskæring kan efterlade værktøjs- eller slibemærker, mens nogle konventionelle termiske laserprocesser kan producere omstøbt, oxideret eller karboniseret materiale.

I en korrekt optimeret vandstrålestyret laserproces kan kontinuerlig vandskylning forbedre fjernelse af affald og reducere termisk inducerede rester.

For udvalgte præcisionsapplikationer kan den rapporterede overfladeruhed nå ned under:

Ra 1.0 μm

Den faktiske overfladeruhed afhænger af materiale, procesparametre og den nødvendige geometri.

Lasermikrobearbejdningssystemer og -udstyr

Der findes ikke et enkelt lasermikrobearbejdningssystem, der er egnet til alle materialer og mikrofunktioner.

Industrielle lasermikrobearbejdningsteknologier omfatter:

• nanosekund lasersystemer;
• picosekund lasersystemer;
• femtosekund lasersystemer;
• ultraviolette lasersystemer;
• vandstrålestyrede lasersystemer.

Nanosekund lasermikrobearbejdning

Nanosekundlasere anvendes i vid udstrækning til industriel skæring, boring, mærkning og materialefjernelse.

De kan give relativt høj behandlingseffektivitet, men den længere pulsvarighed sammenlignet med ultrakortpulslasere kan resultere i større termisk interaktion med materialet.

Picosekund- og femtosekundlasermikrobearbejdning

Ultrakortpulslasere reducerer den tid, der er tilgængelig for varme at diffundere ind i det omgivende materiale.

De bruges i vid udstrækning til præcisionsbearbejdning, hvor der kræves meget små funktioner og lav termisk skade.

Systemomkostninger, forarbejdningshastighed og dybdekapacitet skal dog tages i betragtning ved industriel produktion.

Vandstrålestyrede lasersystemer

Et vandstrålestyret lasersystem introducerer en anderledes procesarkitektur.

I stedet for kun at stole på pulsvarigheden til at kontrollere termiske effekter, kombinerer systemet pulserende laserbehandling med kontinuerlig vandstyring og -køling.

Et komplet lasermikrobearbejdningssystem baseret på vandstyret laserteknologi omfatter normalt:

• pulserende laserkilde;
• stråleleveringsoptik;
• laser-vand-koblingsmodul;
• optisk vindue;
• præcisionsdyse;
• højtryksvandsystem;
• vandfiltrerings- og behandlingssystem;
• trykstyringssystem;
• præcisionsbevægelsesplatform;
• processtyringssoftware;
• sikkerhedsindkapsling og hjælpesystemer.

Laserkilden, vandsystemet og bevægelsessystemet skal fungere som en integreret procesplatform.

Blot at kombinere en laser med en højtryksvanddyse skaber ikke en stabil vandstrålestyret laserproces.

Nøgleteknologier i et vandstrålestyret lasersystem

Højeffektiv laser-vandkobling

Det optiske vindue og koblingsstrukturen skal være designet til at kontrollere laserindfald, strålejustering og vandstrålediameter.

Præcis koaksial justering hjælper med at forbedre optisk indeslutning og reducere energilækage forårsaget af vinkelafvigelse eller forkert strålepositionering.

Vandstrålestabilitet og -kontrol

Stabil vandstråledannelse er afgørende for ensartet laserstyring.

Et præcisionstrykstyringssystem hjælper med at opretholde vandstråleparametrene.

Vandkvalitetsstyring kan omfatte:

• omvendt osmose;
• vakuumafgasning;
• finfiltrering;
• kontrollerede væskebaner.

Optimering af flowkanaler og strategier for hjælpegasser kan også anvendes i specifikke systemdesigns for at forbedre jetstabiliteten og forlænge den stabile jetlængde.

Laserbølgelængde og effektoptimering

Laserbølgelængden bør tages i betragtning i forhold til vandabsorption og materialeinteraktion.

De medfølgende tekniske oplysninger identificerer 532 nm grøn laserdrift som en repræsentativ metode på grund af dens egnethed til vandstyret laserkobling i specifikke systemarkitekturer.

Laserens effekttæthed, pulsvarighed og pulsfrekvens skal derefter justeres i henhold til materialet og bearbejdningsformålet.

Højere lasereffekt er ikke automatisk bedre.

Laserenergien og den stabile vandstrålelængde skal koordineres for at kontrollere ikke-lineært tab, termisk belastning og proceseffektivitet.

Koordineret procesparameterkontrol

Procesvinduet bestemmes af interaktionen mellem laser- og vandparametre.

Vigtige variabler inkluderer:

• laserkraft;
• pulsenergi;
• pulsfrekvens;
• pulsvarighed;
• behandlingshastighed;
• vandtryk;
• vandgennemstrømning;
• dysediameter;
• afstand mellem positioner;
• antal passeringer.

Til industriel produktion bør disse parametre udvikles som en komplet procesopskrift for hvert materiale og hver egenskabsgeometri.

Lasermikroboring og præcisionsmikrohulbearbejdning

Lasermikroboring er en af ​​de vigtigste anvendelser inden for lasermikrobearbejdning.

Industrielle komponenter kræver i stigende grad små huller med kontrolleret:

• diameter;
• dybde;
• tilspidsning;
• orientering;
• mellemrum;
• overfladeintegritet.

Mekanisk boring bliver vanskeligere, når hulstørrelsen mindskes, eller materialets hårdhed øges.

Værktøjsslid, værktøjsbrud og skærekræfter kan også blive betydelige problemer ved bearbejdning af avanceret keramik, superlegeringer eller tynde præcisionsstrukturer.

Lasermikroboring fjerner behovet for et fysisk skæreværktøj.

Vandstrålestyret laserteknologi tilføjer kontinuerlig vandassisteret køling og skylning til laserboreprocessen.

Dette er især relevant ved boring af mikrohuller i komponenter, hvor overdreven omstøbning eller varmeakkumulering er uønsket.

Typiske geometriske egenskaber kan omfatte:

• cirkulære huller;
• firkantede huller;
• rektangulære huller;
• formede huller;
• skrånende huller;
• komplekse mikroåbninger.

De medfølgende anvendelseseksempler demonstrerer cirkulære, firkantede og uregelmæssige hulgeometrier samt mikrohultværsnit i højtemperaturlegeringer og keramiske matrixkompositmaterialer.

Præcisionslaserboring til højtydende komponenter

Præcisionslaserboring er ikke kun defineret af evnen til at skabe et lille hul.

Kvaliteten af ​​en boret funktion skal evalueres ved hjælp af flere parametre.

Huldiameter og dimensionsnøjagtighed

Processen skal holde den nødvendige diameter inden for den tekniske tolerance.

Laserparametre, vandstrålediameter og bevægelseskontrol påvirker alle den endelige funktionsstørrelse.

Hulkonus

Et konisk hul kan påvirke gasstrømmen, køleevnen eller komponentfunktionen.

Vandstyret laserlevering kan understøtte relativt ensartet energioverførsel langs processtien i egnede applikationer, hvilket hjælper med at kontrollere overdreven tilspidsning.

Omstøbt lag

Smeltet materiale kan størkne igen på væggen af ​​et laserboret hul.

Den kontinuerligt strømmende vandstråle hjælper med at fjerne procesaffald og smeltet materiale fra interaktionszonen.

Under optimerede forhold kan dette reducere ophobning af omstøbning.

Varmepåvirket region

Termisk modifikation af det omgivende materiale er særligt vigtigt for legeringer, kompositter og varmefølsomme komponenter til luftfart.

Vandkøling kan begrænse overdreven termisk diffusion, selvom den endelige termiske respons skal verificeres for hvert materiale og proces.

Overfladeintegritet

Mikrorevner, delaminering, oxidation og andre overfladefejl kan reducere komponenternes pålidelighed.

Af denne grund bør udvikling af præcisionslaserboreprocesser omfatte mikroskopisk og, hvor det er nødvendigt, metallografisk inspektion.

Materialer til vandstrålestyret laserbearbejdning

Egnetheden af ​​vandstrålestyret laserbearbejdning afhænger af laserabsorption, termiske egenskaber, mekaniske egenskaber og interaktionen mellem materialet og det vandassisterede bearbejdningsmiljø.

Metaller og højtemperaturlegeringer

Ansøgninger kan omfatte:

• nikkelbaserede superlegeringer;
• titanlegeringer;
• rustfrit stål;
• udvalgte højtydende metaller.

Disse materialer anvendes i vid udstrækning inden for luftfart og præcisionsteknik.

Vandstrålestyret laserteknologi er særligt relevant for små huller og præcisionsfunktioner i komponenter, hvor konventionelt værktøjsslid eller termisk akkumulering skaber bearbejdningsvanskeligheder.

Kulfiberforstærkede kompositter

Kulfiberforstærkede polymerkomponenter anvendes i stigende grad i luftfartsstrukturer.

Konventionel bearbejdning kan skabe:

• fiberudtræk;
• delaminering;
• slid på værktøj;
• kantskader.

Laserbehandling introducerer forskellige udfordringer, især termisk skade på harpiksen.

Vandassisteret laserbehandling kan reducere varmeophobning og hjælpe med fjernelse af snavs.

CFRP-procesparametrene skal dog optimeres til den specifikke fiber-, matrix- og laminatstruktur.

Teknisk keramik

Teknisk keramik kombinerer hårdhed, slidstyrke og termisk stabilitet, men deres sprødhed gør konventionel bearbejdning vanskelig.

Relevante materialer omfatter:

• aluminiumoxid, Al₂O₃;
• aluminiumnitrid, AlN;
• zirkoniumoxid, ZrO₂;
• siliciumcarbid, SiC;
• siliciumnitrid, Si₃N₄;
• maskinbearbejdelig keramik.

Vandstrålestyret laserbearbejdning kan bruges til udvalgte skære-, bore- og præcisionsfunktionsapplikationer i disse materialer.

Reduceret mekanisk kraft er en vigtig fordel, fordi processen ikke er afhængig af en fysisk skærkant.

Halvleder- og elektroniske materialer

Potentielle applikationer omfatter:

• silicium;
• siliciumcarbid;
• udvalgte halvlederwafere;
• GaAs-relaterede strukturer;
• elektroniske substrater.

Processen kan bruges til udvalgte:

• waferskæring;
• præcisionsrillning;
• mikrohulsbearbejdning;
• kantbehandling;
• lokaliseret materialefjernelse.

Halvlederbehandling kræver applikationsspecifik kontrol af kontaminering, afskalning, termiske effekter og funktionsnøjagtighed.

Diamant og superhårde materialer

Diamant, polykrystallinsk diamant og relaterede superhårde materialer udgør alvorlige udfordringer med værktøjsslid i mekanisk bearbejdning.

Vandstrålestyret laserbearbejdning er blevet undersøgt og anvendt til præcisionsbearbejdning af diamantrelaterede materialer.

Kontinuerlig vandkøling kan reducere overdreven termisk belastning, mens laserenergi sikrer berøringsfri materialefjernelse.

Ansøgninger kan omfatte:

• diamantslibning;
• PCD-bearbejdning;
• bearbejdning af superhårdt værktøj;
• præcisionskonturgenerering.

Materialekvalitet, bindemiddelfase og ønsket overfladeintegritet skal tages i betragtning under procesudviklingen.

Industrielle anvendelser af vandstrålestyret laserteknologi

Komponenter til luftfart og flymotorer

Luftfartskomponenter kræver streng kontrol af geometri, overfladeintegritet og forarbejdningsfejl.

Mange materialer til flymotorer er også vanskelige at bearbejde med konventionelle værktøjer.

Vandstrålestyret laserteknologi kan anvendes til udvalgte bearbejdningsopgaver, der involverer:

• komponenter i forbrændingskammeret;
• turbineafskærmninger;
• turbineblade og -skovle;
• kølehuller;
• nikkelbaserede superlegeringer;
• keramiske matrixkompositter;
• CFRP-strukturer til rumfart.

Lasermikroboring er særligt relevant for kølestrukturer til flymotorer.

Moderne turbinekomponenter kan kræve et stort antal små kølehuller med kontrolleret diameter, orientering og geometri.

De medfølgende tekniske eksempler viser runde, firkantede og uregelmæssige mikrohulsgeometrier, herunder træk i højtemperaturlegeringer og keramiske matrixkompositstrukturer.

For disse komponenter bør procesevalueringen overveje:

• hulkonus;
• omarbejdelse;
• termisk modifikation;
• mikrorevnedannelse;
• belægningens tilstand;
• funktionens repeterbarhed.

Halvleder og 3C-elektronik

Inden for fremstilling af computere, kommunikation og forbrugerelektronik fortsætter komponentdimensionerne med at falde.

Vandstrålestyret laserbearbejdning kan evalueres til præcisionsbearbejdning af Si, SiC og udvalgte sprøde elektroniske materialer.

Eksempler på anvendelser inkluderer:

• waferforarbejdning;
• skæring af halvledersubstrater;
• krystalslibning;
• præcisionsrillning;
• mikrohulsbearbejdning;
• bearbejdning af pudekanten;
• avanceret elektronisk materialebehandling.

Den kontaktløse natur af lasermikrobearbejdning eliminerer mekanisk værktøjsslid og kan reducere skærekraften på sprøde underlag.

Avanceret keramik

Teknisk keramik anvendes i:

• elektronik;
• rumfart;
• bilsystemer;
• medicinsk teknologi;
• præcisions industrielle komponenter.

Deres høje hårdhed og sprødhed gør mekanisk boring og skæring vanskelig.

Vandstrålestyrede lasersystemer kan anvendes til udvalgte keramiske mikrobearbejdningsprocesser, hvor smalle funktioner og lav mekanisk belastning er påkrævet.

Præcisionsteknik og forbrugerkomponenter

Andre potentielle anvendelsesområder omfatter:

• præcisionsgear;
• urkomponenter;
• mikromekaniske dele;
• metalfolier;
• præcisionsnåle;
• værktøj af hårdt materiale;
• mikrofiltre.

Processen er særligt relevant, hvor konventionelt værktøj bliver vanskeligt på grund af små dimensioner eller materialets hårdhed.

Medicinske komponenter

Præcisionsmedicinsk udstyr kan kræve små funktioner i komponenter såsom:

• bakker op;
• nåle;
• implantatstrukturer;
• mikrokirurgiske komponenter.

Enhver medicinsk anvendelse kræver separat validering af materialeintegritet, renlighed og fremstillingskrav.

Energi og avancerede industrielle komponenter

Potentielle anvendelser kan også omfatte udvalgte komponenter i:

• solteknologi;
• energisystemer;
• brændstofindsprøjtningssystemer;
• præcisionsdyser;
• avancerede motorkomponenter.

Egnetheden af ​​vandstrålestyret laserbehandling skal altid vurderes i forhold til materialet, dimensionerne og den nødvendige produktionshastighed.

Vigtigste fordele og tekniske overvejelser

Vandstrålestyret laserteknologi tilbyder adskillige potentielle fordele, men disse fordele afhænger af korrekt procesintegration.

Smalle snit- og præcisionsfunktioner

Fine vandstråler og kontrolleret laserenergi kan understøtte smalle skærebredder.

Applikationsspecifikke data leveret til vandstyret laserbearbejdning rapporterer snitbredder i området på cirka 60-90 μm.

Reduceret varmeakkumulering

Kontinuerlig vandinteraktion fjerner varme fra forarbejdningszonen.

Dette kan reducere omfanget af termisk modifikation sammenlignet med konventionelle laserprocesser under sammenlignelige anvendelsesforhold.

Fjernelse af affald med vand

Den strømmende stråle hjælper med at fjerne bearbejdningsrester og forarbejdningsprodukter.

Dette kan forbedre renheden af ​​​​spånsnittet og reducere ophobning af omstøbning under optimerede forhold.

Ingen slid på mekanisk værktøj

Fordi laserenergi udfører materialefjernelsen, er der ingen konventionel boremaskine eller skæreværktøj i kontakt med emnet.

Dette er særligt værdifuldt for:

• diamant;
• SiC;
• keramik;
• højtemperaturlegeringer;
• andre vanskeligt bearbejdelige materialer.

Udvidet effektiv behandlingsafstand

Vandstrålen styrer laseren ud over det konventionelle frirumsfokusområde.

Repræsentative procesdata viser arbejdsafstande på cirka 5-50 mm , afhængigt af system- og stråleforholdene.

Proceseffektivitet

For specifikke sammenligninger af siliciumcarbidskæring i de leverede applikationsdata blev der rapporteret vandstrålestyrede laserskærehastigheder på ca. 6-10 mm/min , sammenlignet med ca. 2-4 mm/min for diamantwireskæring og 1-2 mm/min for slambaseret skæring.

Den samme reference antyder en potentiel forbedring af proceseffektiviteten på 3-5 gange for sammenlignelige SiC-applikationer.

Disse tal er materiale- og processpecifikke og bør ikke generaliseres til alle emner.

Sådan vælger du et lasermikrobearbejdningssystem

Valg af et lasermikrobearbejdningssystem bør starte med applikationen snarere end maskinspecifikationen.

Følgende faktorer bør vurderes.

1. Emnemateriale

Identificere:

• materialekvalitet;
• belægning;
• kompositstruktur;
• termiske egenskaber;
• sprødhed;
• laserabsorptionsegenskaber.

2. Funktionsgeometri

Definer om processen kræver:

• skæring;
• boring;
• boring af mikrohuller;
• slidsing;
• riller;
• konturbearbejdning.

For huller, angiv:

• diameter;
• dybde;
• vinkel;
• krav til tilspidsning;
• hulafstand.

3. Materialetykkelse og bearbejdningsdybde

Den nødvendige dybde påvirker direkte lasereffekt, behandlingsstrategi og cyklustid.

Dybe funktioner kan kræve flere behandlingsgennemløb.

4. Tolerance over for termisk skade

For legeringer til luftfart, CFRP, keramik og halvledermaterialer bør tilladt termisk modifikation være klart defineret.

5. Overfladekvalitet

Angiv:

• krævet ruhed;
• omarbejdede grænser;
• kantkvalitet;
• krav til kværn;
• tilladte mikrorevner.

6. Produktionsgennemstrømning

En laboratorielasermikrobearbejdningsproces er muligvis ikke automatisk egnet til industriel produktion.

Cyklustid, automatisering og repeterbarhed skal evalueres.

7. Procesinspektion

For kritiske komponenter kan processen kræve:

• optisk mikroskopi;
• SEM-inspektion;
• tværsnitsanalyse;
• dimensionsmåling;
• metallografisk evaluering.

Det korrekte lasermikrobearbejdningssystem er derfor en kombination af laserkilde, vandstrålestyring, præcisionsbevægelse og en valideret procesopskrift.

Greenstone vandstrålestyrede laserbearbejdningssystemer

Greenstone leverer vandstrålestyrede laserbearbejdningssystemer og applikationsudviklingstjenester til præcisionslasermikrobearbejdning, lasermikroboring, præcisionslaserboring og avanceret materialebearbejdning.

Vores systemtilgang integrerer laserkilden, laser-vand-koblingsmodulet, præcisionsvandstrålestyring, bevægelsesplatform og processtyringssystem i henhold til kundens materiale- og bearbejdningskrav.

Anvendelser kan evalueres for avancerede tekniske materialer, herunder højtemperaturlegeringer, titanlegeringer, teknisk keramik, siliciumcarbid, halvledermaterialer, kompositstrukturer og udvalgte diamant- eller superhårde materialer.

I stedet for at vælge en vandstrålelaserskæremaskine udelukkende ud fra laserstyrke, evaluerer Greenstone de komplette proceskrav, herunder:

• emnemateriale;
• komponenttegning;
• funktionens dimensioner;
• hul- eller savsnitgeometri;
• bearbejdningsdybde;
• tolerance over for termisk skade;
• overfladekvalitet;
• krævet produktionseffektivitet;
• automatiseringskrav.

For nye applikationer kan procestest og stikprøveevaluering udføres, før den endelige systemkonfiguration fastlægges.

Send dine materialeoplysninger, komponenttegning, måldimensioner og bearbejdningskrav til Greenstone. Vores tekniske team kan evaluere applikationen og anbefale en passende vandstrålestyret laserproces og lasermikrobearbejdningssystemkonfiguration.

GREENSTONE GLMJ6000 Vandstrålestyret lasermikrobearbejdningssystem

Til industrielle applikationer, der kræver højpræcisions-lasermikrobearbejdning, mikroboring af huller og kompleks tredimensionel bearbejdning, leverer GREENSTONE GLMJ6000 vandstrålestyret lasermikrobearbejdningssystem . Systemet integrerer en højpræcisions fem-akset CNC-platform med mikrovandstrålestyret laserteknologi, der muliggør kontrolleret laserbearbejdning af komplekse komponenter med høj dimensionsnøjagtighed, glatte snitflader og minimal termisk påvirkning.

GLMJ6000 bruger en 532 nm pulserende Nd:YAG-laser, der er koaksialt koblet til en vandstråle på mikronniveau. Når laserstrålen er koblet til vandstrålen, ledes den mod emnet ved hjælp af total intern refleksion i den stabile vandsøjle. Denne konfiguration undertrykker stråledivergens over den effektive arbejdsafstand, mens det kontinuerligt strømmende vand giver lokal køling og hjælper med at fjerne smeltet materiale og bearbejdningsaffald fra bearbejdningszonen.

Et 500/600 bar højtryksvandsystem med en vandtrykstabilitet på ±5 bar understøtter stabil mikrovandstrålegenerering gennem dyser på 50-120 μm . Kombineret med en gennemsnitlig lasereffekt på 400 W og en strålediameter på 300 μm er systemet designet til præcisionslaserboring, mikrohulsbearbejdning, finskæring og andre krævende lasermikrobearbejdningsprocesser.

Den femaksede bevægelsesplatform giver et bearbejdningsareal på 2000 × 1500 × 1000 mm , med et B-akse-rotationsområde på ±120° og et C-akse-rotationsområde på ±190° . Femakset simultan CNC-styring gør det muligt for laser-vandstråle-bearbejdningshovedet at følge komplekse tredimensionelle geometrier og opretholde den nødvendige bearbejdningsorientering på konturerede overflader.

Med et arbejdsbord på 2000 × 1500 mm og en maksimal bordbelastningskapacitet på 1500 kg kan GLMJ6000 håndtere både præcisionskomponenter og relativt store industrielle emner. Dens positioneringsnøjagtighed når ±10 μm i henhold til JIS / 20 μm i henhold til ISO , mens gentagelsespositioneringsnøjagtigheden når ±8 μm i henhold til JIS / 15 μm i henhold til ISO.

Typiske anvendelsesmaterialer og komponenter omfatter metaller, hårdmetal, materialer med høj reflektionsevne, siliciumkarbid og andre hårde eller sprøde materialer, præcisionskomponenter til ure, dele til luftfart og flymotorer samt præcisionsforme . Afhængigt af materialegenskaber, komponentgeometri og bearbejdningskrav kan GREENSTONE udvikle applikationsspecifikke vandstrålestyrede laserbehandlingsløsninger og systemkonfigurationer.

GLMJ6000 Tekniske Specifikationer

GREENSTONE kan tilbyde udvikling af vandstrålestyret laserprocesser, applikationstestning, prøvebearbejdning og skræddersyede udstyrsløsninger i henhold til emnets materiale, geometri, mikrohuls- eller skærekrav og den ønskede bearbejdningskvalitet. Kunder med specifikke krav til lasermikrobearbejdning, præcisionslaserboring, lasermikrohulsboring eller vandstrålestyret laserbearbejdning er velkomne til at kontakte vores tekniske team for applikationsevaluering.