Лазерийн шинжлэх ухааны машин хэрхэн ажилладаг вэ?

Лазерийн Шинжлэх Ухааны Ард Түмний Шинжлэх Ухаан: Гэрлээс Дулаан Болж Хувиралт

Лазерийн Шинжлэх Ухаанд Энергийн Хувирлыг Ойлгох

Лазерийн бичих төхөөрөмжүүд стимуляци хэмжээст цацраг гэж нэрлэгддэг зүйлийн тусламжтайгаар гэрлийн энергиийг дулаан болгон хувиргадаг тул лазерийн нэрэнд "SE" гэсэн үсгүүд ордог. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн дотор лазер диод нь долгионуудыг нарийвчлан зохицуулж, ердийн нарны гэрлээс ойролцоогоор 100,000 дахин хүчтэй энергийг төвлөрүүлдэг. Энэ маш хүчтэй цацраг материал дээр тусах үед температурыг мгновенно 500-3000 Цельсийн хооронд нэмэгдүүлж, материалыг шууд өөр төлөвт шилжүүлдэг. Энэ процессын үр ашгийг ихэвчлэн 10%-30% хооронд үнэлдэг. Зарим шинэ загварууд нэмэлт дулааныг тусгай шингэн хөргөлтийн систем ашиглан боловсруулж чаддаг тул хуучин хувилбаруудаас экологийн хувьд илүү сайн байдаг.

Лазерын цацрагийн үүсгэлт, фокусжилт ба материалтай харилцан үйлчлэл

Гурван оптик бүрэлдэхүүн хэсэг бичих процессийг хэлбэржүүлдэг:

1. Резонатор : Толинуудын хооронд фотонуудыг ойлгох замаар гэрлийг ихэсгэдэг
2. Цацрагийн өргөтгөгч : Цацрагийн диаметрийг нэмэгдүүлж, илүү нарийн фокустчлоно
3. F-Theta линз : Цацрагийг 0.05-0.2 мм-ийн хэмжээтэй цэг болтол фокустчилна

: Фокусын цэг дээр чадлын нягт нь 10-10¹¹ Вт/м² хүрч, энэ нь стадионы гэрлийг тавилганы орой дээр төвлөрүүлсэнтэй эквивалент юм. Энэхүү интенсив чанар нь материалын төрлөөс хамаарсан урвалыг үүсгэдэг:

Материалууд лазерын халуунд хэрхэн урвалд орох вэ: Уурших, хайлах болон буллирах

Металл боловсруулахад шаардагдах энерги их хэмжээтэй байдаг нь металлууд дулаан сайн дамжуулдаг тул юм. Жишээ нь алюминийг авч үзбэл, тэр нь жинхэндээ ойролцоогоор 2327 градус Цельсийн температурт уур болон хувирдаг бол харин цайрын хувьд ийм зүйл болоход зөвхөн ойролцоогоор 906 градус л хангалттай. Харин полимер материалуудыг авч үзвэл, энэ нь мөн сонирхолтой байдаг. Эдгээр материалууд 300-500 градус Цельсийн хоорондох температурт задарч эхэлдэг бөгөөд энэ нь гадаргуун дээрх орон нутгийн шаталтаас үүдэлтэй хар толботой харагдуулах болно. Арьс шиг дулааныг мэдрэгч материалуудын хувьд үйлдвэрлэгчид импульст лазерын технологийг ашигладаг болсон. Эдгээр лазер нь 50-200 наносекундын хооронд үргэлжилэх энергийн богино цохилтыг илгээж, дулааны нөлөөг ойролцоогоор хагас миллиметр хүртэл хязгаарлан байлгадаг. Одоогийн зарим шинэлэг тоног төхөөрөмжүүд одоо хоёр ялгаатай лазерын долгионы уртыг, тухайлбал 1064 нанометр ба 355 нанометрийг нэгтгэж, зэрэгцээ нунтаг төмрийг боловсруулах, гадаргуугийн эдгээр хоёр үйлдлийг зэрэг хийх боломжийг олгодог. Энэ арга нь металл гадаргуу дээр ямар нэгэн бодитоор гэмтэл учруулахгүйгээр өнгөний сайхан өөрчлөлтийг гарган авах боломжийг олгох бөгөөд индустрийн ихэнх хэрэглэгчид чанарын хяналтын зориулалтаар энэ боломжийг маш ихээр үнэлдэг.

Лазерийн бичвэр хийх төхөөрөмжийн гол бүрдэл хэсгүүд

Оптик систем: Линз, Толинууд ба Цацраг дамжуулалт

Лазерын систем нь микрон түвшинд хүртэлх маш жижиг хэмжээтэй газар цацрагийн энерги илгээж, тусгах зарчимд ажилладаг. Германийн чистай линзүүд нь зузаан нь миллиметрийн аравны нэг хэмжээстэй байдаг энэ жижиг цацрагийг зохицуулдаг. Ашигладаг тольнуудад алтны давхарга хийгдсэн бөгөөд тэдгээр нь орж ирсэн гэрлийн 99%-иас дээш хувийг ойлгох чадвартай байдаг тул ажиллагааны явцад энергийн алдагдлыг багасгадаг. Эдгээр хэсгүүд нь акрилын хавтан эсвэл анодчилсон боловсруулалттай гадаргуун дээр ажиллах үед цэвэр огтлолт ба нарийн бичвэр хийх боломжийг бүрдүүлдэг. Сүүлийн жилүүдэд лазерийн чадлыг хэрхэн дамжуулах асуудалд ч мөн дэвшил гарч байна. Үйлдвэрлэгчид 2000-эад оны эхэн үеэс хэрэглэж эхэлсэн хуучин системүүдтэй харьцуулахад орчим 18 хувийн цахилгааны алдагдал буурсан гэж мэдэгдэж байна.

Хөдөлгөөний удирдлагын систем: CNC ба XYZ тэнхлэгийн нарийвчлал

Орчин үеийн CNC системүүд серво-хөдөлгүүртэй XYZ тэнхлэгийг ашиглан 5 мкм-ийн нарийвчлалтайгаар лазерын толгойг удирддаг. Энэ нь хагалгааны багажны микротекстээс эхлээд том форматын гарчиг хүртэлх нарийн вектор дизайнүүдийг гажалтгүй давтан гаргах боломжийг олгодог. Үйлдвэрийн машинууд ихэвчлэн шугаман энкодерийг бодит цагт дахь мэдээллийн хүрээнд ашигладаг бөгөөд 10,000 мм/мин хурдтай үед байршлын алдааг засдаг.

Тогтвортой ажиллагааны тулд лазерын эх үүсвэр ба хөргөлтийн механизм

Ямар төрлийн лазертай талаар ярьж байгаа нь үнэхээр түүний хийж чадах зүйлсийг тодорхойлоход тусална. CO2 лазеруудын долгионы урт ойролцоогоор 10.6 микрон байдаг тул мод, пластик болон бусад органик материал дээр маш сайн ажилладаг. Ойролцоогоор 1.06 микрон богино долгионы урттай шилэн кабель лазерууд нь метал ажиллах, ялангуяа гравюр хийх үед илүү тохиромжтой сонголт юм. Үйлдвэрийн тохируулгын хувьд ихэнх системүүд шатлагдсан гангийн гадаргууг зөв боловсруулахын тулд дор хаяж 100 ваттын чадал шаарддаг. Ажлын ширээний загварууд ерөнхийдөө ойролцоогоор 30 ваттын чадалтай бөгөөд акрил, эвгүй мод зэрэг хөнгөн материалуудыг асуудалгүй ажилладаг. Эдгээр машинуудыг гладиаж ажиллуулахын тулд идэвхтэй хөргөлтийн шийдэл шаардлагатай. Ихэнх дэлгүүрүүд температурыг зөвхөн нэг хэмийн нэмэх, хасах хязгаарт тогтвортой байлгах цацраг хөргөгчид хөрөнгө оруулдаг. Ийм төрлийн температурын хяналт нь тэмдэг, гравюрын чанарыг муутгаж буй зовиуртай чадлын уналтыг саатуулдаг. Хөргөлтийн аргуудын ялгаа нь мөн цаг хугацааны дамжаанд томоохон нөлөө үзүүлдэг. Зөв хөргөгдсөн лазерууд пассив хөргөлтийн аргад тулгуурласан лазеруудаас ойролцоогоор 40 хувиар илүү их үргэлжлэх хандлагатай байдаг тул үйлдвэрлэгчдэд солих тоо багасаж, урт хугацааны зардал буурдаг.

Шошго төрлүүд: CO2, Шилэн ширхэг, UV ба MOPA

CO2, Шилэн ширхэг ба Диод лазерууд: Хэрэглээ ба Ялгаа

Ойролцоогоор 10.6 микрон дахь нүхтэй нүүрстөрөгчийн давхар исэл лазерууд нь хүмүүс ихэвчлэн дохио болон олон төрлийн гар ажиллагааны төслүүдэд огтлох эсвэл боловсруулах шаардлагатай мод, акрилын хавтан, хуванцар зэрэг материалыг маш сайн хэрэглэдэг. Харин 1,064 нанометрийн долгионы урттай шилэн кабель лазерууд нь металл гадаргуу, жишээ нь зэвэрдэггүй болон хөнгөн цагаан дээр материалд ямар нэгэн хохирол учруулахгүйгээр хурц харьцаатай тэмдэглэгээ үүсгэдэг. Эхний алхамаа тавих эсвэл жижиг хэмжээний үйл ажиллагаа явуулж буй хүмүүсийн хувьд диод лазерууд нь илүү ихэншдэг сонголт болдог бөгөөд эдгээр нь ердийн пластик, зарим тохируулгатай металлтай ажилладаг ба нийтдээ цахилгааныг бага хэрэглэдэг. 2025 оны Telesis-ийн саяхны зах зээлийн шинжилгээний дагуу эдгээр шилэн кабель лазерын системүүд одоогоор дэлхийн үйлдвэрийн газруудад суурилуулсан боловсруулах тоног төхөөрөмжийн талаас илүүг бүрдүүлж байна. Учир нь тэдгээрийн үйлчилгээний хугацаа маш урт буюу 100 мянгаас дээш цаг үргэлжилдэг.

Металл боловсруулах, үйлдвэрт ашиглах шилэн кабель лазер

Металл дээр фототермийн урвал ашиглан ширхэг лазерын бичих систем нь хамгийн өндөр үзүүлэлтэд хүрдэг. Цийлшгүй загвар нь CO2 системээс илүү хурдан боловсруулалт (секундэд 7 метр хүртэл) ба нарийвчлал (<20 мкм шугамын өргөн) боломжоор хангасан. Гол хэрэглээнүүд нь:

• Автомашины хэсгийн цувралжуулалт
• Анагаахын багажны UDI-д нийцсэн тэмдэглэл
• Агаарын тээврийн хэрэгслийн хэсгийн хяналтын чадвар

Нарийн төвөгтэй ба халуунд мэдрэг материалд зориулсан UV ба MOPA лазер

UV лазер (355 нм) нь шил, полимер, хагас дамжуулагчийн гадаргуугийн химийн байдлыг өөрчлөх замаар термийн деформацгүй 'хүйтэн' тэмдэглэл хийх боломжийг олгоно — энэ нь микроэлектроник ба хоолны савалтанд маш чухал юм. MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) ширхэг лазер нь програмчлах боломжтой 16.7 сая импульсын хувилбартай бөгөөд анодчилсон алюмин ба титан дээр нарийвчилсан өнгөтэй тэмдэглэл хийх боломжийг олгоно.

Лазерын янз бүрийн төрлөөр долгионы урт ба материалтай нийцэх чанар

2025 оны материал хоорондын нийцэлтэй байдал судалгаанаас (Omtech) гарсан мэдээлэл нь долгионы урт шууд шингэрэх хурданд нөлөөлдгийг баталжээ — CO2 систем нь эсгийн суурьтай материалд 98% шингэрэлтийг хангаж чаддаг бол UV лазер нь инфра улаан туяаныхаас илүү 85% гүн рүү поликарбонатад нэвтрэх чадвартай.

Лазерийн боловсруулалтын ажлын урсгал: Цахим загвараас эхлээд тэмдэглэгээний бүтэн боловсролт хүртэл

Программ хангамж дэх загварын бэлтгэл ба вектор замын үүсгэлт

Ихэнх төслүүд нь CorelDRAW эсвэл Adobe Illustrator зэрэг векторын програм дээрх дижитал загвараас эхэлдэг. Эдгээр програмууд зургийг лазерын хөдөлж буй замыг зааж өгөх математик шугам болон муруй болгон хувиргадаг тул бид ойролцоогоор 0.1 мм нарийвчлалтай маш нарийн хайчилалт хийх боломжтой. Вектор файлууд нь хэмжээг өөрчлөх үед чанар алдахгүй тул энгийн bitmap зургуудаас илүү дээр гэж үздэг, гэхдээ зарим тохиолдолд хэрэглэгч анхааралгүй байвал сандран харагдах үр дүн гарч болно. Жишээ нь, логоны ажилд ийм нарийн корпорацийн тамга нь элементүүдийн хоорондох хурц өнцгүүд болон гладкийн шилжилтийг хадгалахын тулд Bézier муруйнуудад ихэвчлэн тулгуурладаг. Зарим салбарын тайлангуудын мэдээллээр, босгох ажлын ойролцоогоор 8-н буюу 10-ийн 8 ихэнх асуудал харамсалтай нь муу векторын замын тохируулгатай холбоотой байдаг тул үйлдвэрлэлд илгээхээс өмнө файлуудыг цэвэрлэхэд нэмэлт цаг зарцуулах нь ирээдүйд алдагдал гарахаас сэргийлэхэд маш их ялгаатай.

Загваруудыг CNC удирдлагын систем рүү шилжүүлэх

Загварын ажил дууссаны дараа ихэнх хүмүүс үүнийг CNC тоног төхөөрөмжид ачаалахын өмнө .DXF эсвэл .AI файл болгон гаргаж авдаг. Өнөө үед тоног төхөөрөмжүүд ихэвчлэн USB флеш диск эсвэл сүлжээгээр дамжуулан мэдээллийг хүлээн авдаг боловч томоохон үйлдвэрүүд нь ихэвчлэн бүх зүйлсийг CAD/CAM системд холбодог тул ажлын урсгалын ихэнх хэсгийг автомжуулж чаддаг. Дараа нь юу болох вэ? CNC контроллер координатын цэгүүд болон хөдөлгөөний зааврыг машины тавцан дээрх бодит X-Y хөдөлгөөн болгон хувиргадаг. Энэ нь маш чухал учраас лазерын фокусын цэг материал-ын гадаргуутай зөв тохирч байгаа эсэх нь маш чухал байдаг. Олон техникчид өөрсдийн ажлын танхимд хийсэн ажиглалтаараа хэлэхдээ, хамгийн багадаа хагас миллиметр зөрчихөд л тод чанар нь гурвын хоёрд нь буурч, бүхнийг муудах боломжтой.

Лазерын параметрийг тохируулах: Хурд, Чадал, Пульсын давтамж

Материал тус бүрт тохирсон үр дүнгийн тулд тохируулгыг сайжруулах нь маш чухал:

80-150 ваттын хүчтэй ажиллах үед ихэнх металлууд зунгааран алга болдог бөгөөд хайлж чаддаггүй. Харин 10-30 ваттын доогуур хүч чийдэнгийн пластик, хиймэл материалуудыг хойшлогдох хэсгийг гэмтээхгүйгээр анхааралтайгаар авахад илүү сайн ажилладаг. Модон гадаргуу дээр шошго татах үед хэт удаан ажиллах нь илүү гүн хийх боломжийг олгодог ч энэ нь ихэвчлэн шатамхай модны төрлүүдийг хэт халуунаас харамхай болгох эсвэл түүнийг асаах эрсдэлийг үүсгэдэг. Импульсын давтамжийн тохируулга нь ажиллагааны явцад энерги хичнээн удаа илгээгдэхийг тодорхойлдог. Хамгаалалтын давхаргатай металл гадаргуу дээр хамгийн сайн үр дүн гаргахын тулд ихэнх мэргэжилтнүүд 20-50 килогерц давтамжийн хооронд ажилладаг. Орчин үеийн машинууд техникчид параметрийг шууд тохируулж чадах ухаалаг удирдлагын самбаруудаар хангагдсан байдаг. Эдгээр бодит цагийн тохируулга нь дэлгэрэнгүй ажлыг хийх, үйлдвэрлэлийн хурдыг алдалгүйгээр тодорхой төгс цэгийг олоход тусалдаг бөгөөд хугацаа хэт хязгаарлагдмал байх үед аль ч ажлын танхимын менежер түүнийг үнэлдэг.

Лазерийн боловсруулах төхөөрөмжийн материал, түүний хэрэглээ болон нийцэл

Материал ба лазерын нийцэл нь боловсруулалт амжилттай эсэхэд ихээхэн нөлөөлдөг тул янз бүрийн гадаргуу өөр өөр долгионы урт, чадлын тохиргоонд өөр өөрөөр урвал үзүүлдэг. Жишээ нь, шингэн зэвэрдэг ган 1064 нанометрийн цахилгаан соронзон долгионы энергийг фибэр лазераас шингээж, орон нутгийн исэлдэлтийн замаар удаан хугацаагаар тэсвэртэй үлддэг аж үйлдвэрийн тэмдэглэл үлдээдэг. Нөгөө талаас, 10.6 микрометрийн давтамжид ажилладаг CO2 лазер модны целлюлозыг шатааж, модон бүтээгдэхүүнд хар өнгийн карбонжуулсан загвар үүсгэдэг. Харин шилэн дээрх ажилд УВ лазер хагас миллиметрээс бага нарийвчлалтай, гадаргуун доор жижигхэн трещиныг үүсгэж, маш нарийн боловсруулалт хийх боломжийг олгодог. Энэ нарийвчлал нь анхаарал шаарддаг медицин хэрэгслийн тэмдэглэлд маш чухал шаардлага юм.

ABS хэрэглэдэг шиг металл бус материалуудыг хэт халаахаас сэргийлэхийн тулд цахилгааны хүчийг нарийвчлан тохируулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь үйлдвэрийн аюулгүй байдлын стандартад чухал ач холбогдолтой. Материалын гэрлийг ойлгох чадвар ба дулаан дамжуулах чадварын харилцан үйлчлэл нь хэрэглээний амжилтыг тодорхойлдог бөгөөд зөв тохируулга хийснээр эрдэнийн чимэг, нисэх онгоцны хяналтын систем гэх мэт олон талын хэрэглээнд ашиглагддаг.

Түгээмэл асуулт

Лазерийн шошго гэж юу вэ, яаж ажилладаг вэ?

Лазерийн шошго бол зургийг эсвэл загварыг материалын дээр шатааж дүрсэлдэг технологи юм. Энэ нь гэрлийн энергиийг дулаан болгон хувиргаж, материалын гадаргууг өөрчилдөг.

Ямар төрлийн материалыг лазераар шошго тавих боломжтой вэ?

Мод, метал, шил, акрил, зарим төрлийн пластик гэх мэт олон төрлийн материалыг шошго тавьж болно.

Шошго тавихад ашигладаг лазерын төрлүүд ямар ямар байдаг вэ?

Ердийн төрлүүдэд CO2, ширмэнцэр, UV болон MOPA лазерууд ордог бөгөөд урт долгионоос хамаарч, тохиромжтой материал, хэрэглээний чиглэлээрээ ялгаатай байдаг.

Тодорхой материалд зохистой лазерын төрлийг хэрхэн сонгох вэ?

Зөв лазер сонгох нь материал дээрх долгионы урт ба цахилгааны хүчинд үзүүлэх урвал дээр хамаарна; ширмэнцрийн лазер нь металд тохиромжтой бол CO2 нь органик материал дээр сайн ажилладаг.

Лазераар боловсруулах нь материалын шинж чанарт нөлөөлөх үү?

Ашиглаж буй материалаас хамааран уурших, хайлж хайлуурах эсвэл өнгө өөрчлөгдөх зэрэг нутаг дэвсгэрт өөрчлөлт орох боломжтой.