Begin 2009 begonnen mensen in de materiaalverwerkende industrie te kijken naar pulslasers die een hoog piekvermogen kunnen leveren, en continue lasers met hogere vermogensniveaus. Het piekvermogen van dergelijke lasers kan in het algemeen 3 kW bereiken en het gemiddelde vermogen is 300 W. Sprongen in technologie hebben geleid tot een hoger piek- en gemiddeld vermogen. Vandaag zijn piekvermogens tot 20 kW, gemiddelde vermogens van 2 kW en ultra-high-power continue lasers geïntroduceerd. Het continu bijwerken van vermogen heeft de fiberlaser naar het stadium van de verwerking van ruimtevaartapparatuur geduwd.
Vergeleken met traditionele Nd: YAG-lasers hebben vezellasers een aanzienlijk verbeterde elektro-optische conversie-efficiëntie en bundelhelderheid (single-mode of low-bit werking) en hoeven ze niet voorverwarmd te worden. Wanneer het vermogen wordt gewijzigd, of het nu de flat-top-modus is (zoals weergegeven in de afbeelding) (1)) of de Gauss-modus, blijft de spotdiameter altijd stabiel, terwijl de pulsfrequentie hoger is en de realtime aanpassing van de parameters is sterker. Omdat de fiberlaser een enkele zender gebruikt om te exciteren, heeft het een kwalitatieve sprong voorwaarts in termen van betrouwbaarheid, vermogensstabiliteit en flexibiliteit in vergelijking met flitspomplasers.
Gezien de flexibele en diverse toepassingsmethoden van fiberlasers kunnen ze niet alleen als nieuwe machines worden geïnstalleerd, maar kunnen ook bestaande productielijnen worden opgewaardeerd, zodat ze steeds meer marktaandelen innemen. Alle eerdere productiesystemen die Nd: YAG-lasers gebruiken, kunnen worden omgezet in fiberlasers.
Boorbehoeften in de luchtvaart
De lucht- en ruimtevaartindustrie is ongetwijfeld een andere industrie die enorm heeft geprofiteerd van fiberlasers. In de huidige luchtvaartindustrie kan een turbinemotor maar liefst miljoenen gaten hebben, die voornamelijk worden gebruikt om het apparaat tijdens bedrijf te helpen warmte snel af te voeren. De dikte, hoek, diameter en vorm van de gaten variëren. Op het gebied van boortoepassingen in de lucht- en ruimtevaart is de nieuwe fiberlaser een snellere, flexibelere, stabielere en kosteneffectievere optie.
Er zijn twee hoofdmanieren om koelgaten voor luchtvaartapparaten te produceren: één is om meerdere pulsen te gebruiken om boorgaten te vormen volgens de vereiste opening (pulsboring); de andere is om kleine vlekken te gebruiken om de balk in een cirkelvormig bereik te verplaatsen om een boorgat (bus) te vormen. Over het algemeen is de socket langzamer, maar de vorm is perfecter. In sommige toepassingen kunnen alleen mouwgaten worden geselecteerd. Deze gaten hebben meestal een diameter van 0,015-0,030 inch. Er is ook een speciale boorvereiste in het luchtvaartveld, dat een waaiervormig gat is dat het stroombeperkende gat verbindt. Deze waaiervormige gaten zijn de uitlaat van de koellucht, het doel is om dezelfde luchtstroom naar een groter gebied te leiden om een beter koeleffect te bereiken. Momenteel zijn er voornamelijk de volgende processen voor het produceren van waaiervormige gaten: de eerste is een kleine spot Q-geschakelde laser + scanner. De scanner wordt gebruikt om de vorm bij de uitgang van de opening te scannen. Als u deze methode gebruikt om een waaiervormig gat te verwerken, moeten twee machines afzonderlijk werken. De tweede methode is om de spotgrootte te verkleinen om een conus te maken en vervolgens CNC-nesting te gebruiken, maar deze methode is veel langzamer dan de "tweestapsmethode" uitgerust met een scanner; De derde methode is om EDM-boortechnologie te gebruiken en een waaiervormig gat toe te voegen nadat het beperkingsgat is gevormd. Het is erg belangrijk om het afpellen van de thermische barrièrecoating te voorkomen bij het boren van een waaiervormig gat, en de meeste apparaten hebben nu een thermische barrièrecoating.
Luchtboortoepassingen - vezellasers
Vergeleken met Nd: YAG gepulseerde lasers, zijn de voordelen van fiberlasers duidelijk. Ten eerste is de pompbron van de fiberlaser een diode in plaats van een flits, zodat deze een perfecte blokgolf kan vormen. Ten tweede vertraagt de Nd: YAG-laser met een flitspomp, zodat een deel van de laserenergie altijd onder de verdampingsdrempel van het doelgebied ligt. Dit deel van de energie smelt het materiaal en zorgt ervoor dat de thermische barrièrecoating afpelt. Om te voldoen aan de specificaties van de herschikte laag, moet de pulsperiode korter zijn dan 1 ms. In dit opzicht hebben fiberlasers een absoluut voordeel, omdat het blokgolfvormen kan genereren, zodat het gebruik van 10ms-pulsen kan voldoen aan de vereisten van luchtvaartapparatuur voor specificaties voor herschikken en kraken.
We gebruiken een verbrandingskamer als voorbeeld. Bij pulsboren draait de verbrandingskamer meerdere keren tegelijkertijd tijdens het boorproces. In dit geval zijn 5 pulsen nodig om door te boren en worden er nog 2 pulsen gebruikt om een waaiervormig gat te vormen. Gewoonlijk is de maximale herhalingsfrequentie van deze laser 10 pulsen / seconde. De fiberlaser kan een waaiergat vormen met een lange puls. Als dezelfde pulsperiode en pulsenergie worden gebruikt als de Nd: YAG-laser, kan de snelheid 10 keer het origineel bereiken. Of het nu gaat om enkele of twee lange pulsen of meerdere pulsen, dezelfde boorkwaliteit kan worden verkregen. Bovendien kan de fiberlaser ook de pulsperiode tijdens en na het boren aanpassen, in plaats van de hele tijd meerdere pulsen te gebruiken, wat gunstig is om schade aan het lichaam te voorkomen.
Het kenmerk van chirped fiberlaser is dat het kan produceren in flat-top modus, terwijl Nd: YAG laser ongeveer Gauss-modus is. Dankzij de flat-top modus overschrijdt de volledige energie van de eerstgenoemde daarom de verdampingsdrempel, terwijl een aanzienlijk deel van de laatstgenoemde onder de drempelwaarde ligt. Studies hebben aangetoond dat vezellasers minder energie nodig hebben om hetzelfde booreffect te bereiken onder dezelfde omstandigheden. De reden is de blokgolfmodus met vlakke bovenkant. Juist vanwege deze eigenschap zijn vezellasers efficiënter in het boren en minder thermisch beschadigd. Met minder thermische schade zullen zowel het afpellen van de coating als het opnieuw gieten verbeteren.
Een van de redenen waarom Nd: YAG-lasers veel aandacht hebben getrokken, zijn de unieke eigenschappen van de bundeldivergentie. De spotgrootte kan worden gewijzigd met de toename of afname van het vermogen. Zolang de focus opnieuw wordt scherpgesteld, kan het vereiste diafragma worden bereikt. Sommige Nd: YAG-lasers integreren een interne focustelescoop om de divergentiehoek van de straal te veranderen, maar deze aanpassing vereist een hoge mate van professionaliteit van de operator, tijdrovende en correcte parameters, dus veel mensen zijn niet optimistisch Deze methode. Op dit punt is de fiberlaser precies het tegenovergestelde. Omdat de scherpstelvorm perfect cirkelvormig is, verandert deze niet wanneer het vermogen wordt verhoogd of verlaagd, en als een schaalbare telescoop in het systeem wordt geplaatst, kan deze de grootte van het brandpunt tijdens het boren direct wijzigen. Het bereik is meestal 3-1.
De flexibiliteit van fiberlasers is ver boven die van Nd: YAG-lasers. Dit komt vooral omdat de hoge-responsdioden van de eerste de pulsperiode en het vermogensniveau kunnen veranderen tijdens het boren in de vlucht, waardoor operators verschillende vermogensniveaus en pulsperioden kunnen gebruiken om de gewenste pulssequentie te creëren. Begin bijvoorbeeld met een laag vermogen, korte puls en verhoog vervolgens het vermogen en de puls in een reeks op basis van specifieke boorvereisten. Omdat fiberlasers een hoog piekvermogen kunnen leveren in het kW-bereik terwijl de spotgrootte en de pulsperiode worden aangepast (tot 10 microseconden), is slechts één machine voldoende.
Bij gebruik van de mouwtechnologie kan de verwerkingssnelheid van de fiberlaser 10 keer die van de door de lamp verpompte Nd: YAG-pulslaser bereiken. Niet alleen dat, de fiberlaser kan ook tijdens het boren tijdens de vlucht worden omgezet in een continue output van maximaal 2 kW. Voor sommige ontwerpen van branders kan dit aantal verder worden verbeterd. Samengevat zijn gepulste vezellasers ideaal voor het snijden van dikkere platen en boortoepassingen met hoge snelheid.
