Лазераар нягтлах машины онцлог шинж чанарууд юу вэ?

Лазерийн боолтонд хамгийн өндөр нарийвчлал ба давталт

Лазерийн боолт микро түвшний нарийвчлалд хэрхэн хүрэх вэ

2023 онд Фраунхофер институтын хийсэн судалгаагаар лазерын цэгнэлт нь ойролцоогоор дундажаар 5 микрометр нарийвчлалд хүрдэг. Энэ нь яаж ажилладаг вэ? Үндсэндээ эдгээр системүүд маш төвлөрсөн гэрлийг зөвхөн 0.1-0.3 миллиметр өргөнтэй туяанд фокусладаг. Энэ нь бидний найрсан волосны нэг чийгэн дээр үүсэх хайлмал бөөрөнхийг илүү жижиг болгоно гэсэн үг юм. Ийм түвшний удирдлага нь зүрхний пейсмекер эсвэл хамгийн бага хазайлт ч чухал болдог бусад мэдрэг электрон бүрэлдэхүүн хэсгийг үйлдвэрлэх үед ихээхэн ялгаа гаргадаг. Традицийн TIG цэгнэлт нь хагас миллиметреэс хэт тонгорхог бүхнийг хэрэгжүүлэхэд тулгардаг учраас ийм нарийн ажлын хувьд тохиромжгүй байдаг. Лазерын системүүд материалууд процесс явагдах үеийн урвалд үндэслэн тасралтгүй тохируулга хийдэг хаалттай хүрээний хяналтын механизм ашиглан энэ хязгаарлалтаас гарч ирдэг.

Цацрагийн фокус болон хяналтын системийн нарийвчлалд үзүүлэх нөлөө

Нарийвчлал нь цацрагийн хэлбэржүүлэх оптик, 500 мм/с хурдтай дахин байрших чадвартай гальванометрийн сканер, температур тогтвортой ширхэг лазер ашигладаг. Орчин үеийн тохируулга нь CCD камерийг хиймэл оюун ухааны алгоритмуудтай интеграци хийж, холболтын үед фокусын зайг динамик байдлаар тохируулдаг бөгөөд муруй, эсвэл жигд бус гадаргуу дээр ч <0.1°-иас бага өнцгийн нарийвчлалыг хадгалдаг.

Хэмжээний нягтшлын хувьд традицион холболтын аргатай харьцуулах

Онгоны үйлдвэрлэгчид эсэргүүцлийн цэвэр холболтыг лазерын технологитой сольсноор холболтын дараах машинд боловсруулах үйл явцыг 63%-иар бууруулсан байдаг (SAE Техникийн материал 2023). Энэ нь үйлдвэрлэлийн зардлыг болон мөчлөгийн хугацааг илүү ихээр бууруулдаг.

Тохиолдолын судалгаа: Өндөр нарийвчлалтай автомашины хэсгийн нягтлах

Цоцогчийн савны бракийн түвшинг жилд 12%-аас 0.8%-р хүртэл бууруулахын тулд пульсжуулсан шилэн кабель ашиглан нягталсан. 50 мкм-ийн пульсын хяналт болон дагуурын засварын системийг хослуулснаар жилд 1.2 сая ширхэг нэгжид ±30 мкм-ийн нарийвчлалтай тогтмол нягтлалыг хангасан.

Автомжуулалт ба бодит цагт хяналт тавихын давтамжид үзүүлэх нөлөө

Роботын интеграци нь 10,000 циклд 0.01%-аас бага параметрийн хазайлттайгаар 24/7 ажиллах боломжийг олгоно. Бодит цагт спектроскопи нягтлалын хурд 2 м/с хүртэлх хугацаанд плазмын цацрагийг шинжилдэг бөгөөд хүч-эмх цэгтэй хяналтын датчик эвгүй суурин дээр ч 0.05 Н нарийвчлалтай хүчээр шахалт үзүүлж, тогтвортой нягтлалын чанарыг хангана.

Өндөр хурд, үр ашгийг сайжруулах болон энерги оптимизаци

Концентрацилагдсан энерги дамжуулалтаар өндөр хурдны нягтлалыг хангах

Лазерын цэгнэлт нь 2 мм зэвэрдэггүй гангийн хувьд 1 МВт/см²-аас дээш энергийн нягт буюу MIG цэгнэлтээс (≈0.8 МВт/см²) 3–5 дахин илүү үзүүлэлтэд хүрэх учраас 100 мм/с хурдтай явж чадна. Гэрийн туяа нь материалд хязгаарлагдмал дулааны нөлөөтэйгоор хурдан хайлуулж, найралтын бат бөх чанарыг алдалгүй илүү хурдан боловсруулах боломжийг олгоно.

Масс үйлдвэрлэлийн орчинд гарах ашиг шим

Автомашин үйлдвэрлэлд лазерын цэгнэлт нь эсэргүүцлийн цэгнэлттэй харьцуулахад циклийн хугацааг 40–60% бууруулдаг. Нэгэн EV үйлдвэрлэгчийн мэдээлснээр цорын ганц лазерын систем цагт 1200 ширхэг цахилгаан баттерейн самбарын цэгнэлтийг хийж чадаж байсан бол ультра авиан аргаар 700 ширхэг хийдэг байв. Энэ нь их хэмжээний үйлдвэрлэлд лазер илүү сайн нэвтрэлттэйг харуулж байна.

Fiber, Disk, CO₂ лазерийн энерги хувиргах үр ашгийн харьцуулалт

2024 оны материал боловсруулах судалгаагаар нимгэн хавтангийн хайлшлагын үед шилэн лазер нь CO₂ системээс метр тутамд 52% бага энерги зарцуулдаг бөгөөд иймд уламжлалт үйлдвэрлэлтийн хувьд илүү дэмжигдсэн сонголт болсон.

Чиг хандлага: Роботын системтэй нэгдэж тасралтгүй ажиллах

6 тэнхлэгт роботтой автомжуулсан лазерын эсэргүүд нь зүйлсийн үйлдвэрлэлд 98% ажиллагааны цагийг хангаж, дараалан 14,000 хайлшлаг хийж, ойролцоогоор 0.1 мм-ийн байршилд хазайлт гаргадаг. Энэхүү нэгдэл нь асуудал учруулах гар ажиллагааны хугацааг арилгаж өгдөг бөгөөд энэ нь уламжлалт хайлшлагын ажлын явцад нийт шилжилтийн цагийн 25% хүртэл эзлэх боломжтой.

Стратеги: Чанар алдалтгүй хамгийн их хурдтай хайлшлаг хийхийн тулд параметрүүдийг тохируулах

Дэвшилтэт системүүд төвтэй дулаан зураглалыг ашиглан чадлыг (1–6 кВт), фокусын байрлалыг (±0.05 мм), хурдыг (10–150 мм/с) динамик байдлаар тохируулдаг. Түрхэвчийн тогтворжуулалтыг 50–200 мкм флуктуацийн хязгаарт барьж, 1.5 мм хөнгөн цагаан дээр минутанд 75 метр хурд хүрч, цоорхойжилтыг 0.2%-иас доош барьж чаддаг.

Хамгийн бага хэмжээний дулааны деформаци ба гүн нэвтрэлтийн чадавх

Лазерийн боолтын цөөн хэмжээний дулааны нөлөөллийн бүсийн физик

Лазерийн боолт нь энергийг 1,060–1,080 нм долгионы уртад микрон хэмжээст цэгт төвлөрүүлснээр дулааны нөлөөллийн бүс (HAZ)-ийг хамгийн ихээр багасгадаг. Нумын боолт шиг дулааныг өргөн тархаах арга замд эсрэгээр, энэ нарийвчлал нь термаль деформацийг хүртэл 75%-иар багасгаж, агаарын нисэх онгоцны хайлш болон эрүүл мэндийн зориулалтаар суулгах материалд микроструктурын тогтвортой байдал чухал болох үед суурь материалын шинж чанарыг хадгалж өгдөг.

Түлхүүр цоорхойн боолтын механизм ашиглан гүн нэвтрэлт олж авах

The түлхүүр цоорхойн үзэгдэл галт тэрэгний хувьд 15 мм, харин хөнгөн цагааны хувьд 25 мм гүнтэй байх боломжийг олгодог. Лазерын интенсив чадал нь 1 МВ/см²-ийг давах үед уурших үзэгдэл плазмаар дүүрсэн цоорхойг үүсгэж, энергиэ боловсруулагч материалд маш гүн рүү дамжуулдаг. Энэ нь нумын боолтоос хамаагүй илүү 10:1-ийн гүн болон өргөний харьцааг үүсгэдэг бөгөөд цаасан бүсийг 30%-иар нарийсгасан хэвээр хадгалдаг.

Туршлагын тохиолдол: Агаарын нисэх онгоцны хайлшийг хазайлтаа багасган холбох

Ti-6Al-4V деталей дээрх 2022 оны симуляци суурьт судалгаа нь лазерын боолтын аргаар бүрэн шулуун болгох зардлыг нэгжид 280 ам.доллараар бууруулсаныг харуулсан. Адаптив хөргөлттэй 4 кВ цахилгаан салаас ашиглан инженерчид турбины хөвчний бүтцэд деформацийг 0.12 мм хүртэл хязгаарласан байна — плазмын нумын боолтоос 65%-иар бага бөгөөд деталь тус бүрт гараар засварлах 3.2 цагийг бүрэн арилгасан.

Нимгэн ба халуунд мэдрэг материалд нумын боолтонд давуу тал

Баттерейн фоль, мэдрэгчийн бүрхүүл шиг 1 мм-с бага материалд лазерын боолтод томоохон давуу тал байдаг:

0.2 мм хэмжээтэй нержавейка шим материалд хэт халалтаас зайлсхийх боломжийг олгох бөгөөд нийлүүлэлтийн хүчийг 95% илүү тогтвортой хадгалж чаддаг — MEMS болон уян хатан электрон бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлд маш чухал.

Үндсэн технологи: Орчин үеийн лазерийн нэгдэлтийн машинд хэрэглэгдэх лазерын төрлүүд

Орчин үеийн лазерийн нэгдэлтийн машинууд нь тодорхой материал, зузаан болон нарийвчлалын шаардлагад нийцүүлэн янз бүрийн лазерын төрлийг ашигладаг. Эдгээр технологи бүр нь үр ашгийг, цацрагийн чанарыг болон хэрэглээний хүрээг тэнцвэржүүлдэг бөгөөд үйлдвэрлэгчдэд системийн ажиллагааг үйлдвэрлэлийн зорилтойгоо уялдуулах боломжийг олгодог.

Шилэн кабелийн лазер: Үр ашгийн давуу талаар иргэний хэрэглээнд доминант байдал эзлэх

Шилэн кабелийн лазер нь CO₂ системийнхээс 30–50% илүү өндөр ваттын үр ашгийг бий болгодог тул (Material Processing Journal 2023) иргэний хэрэглээнд хамгийн их түгээвэртэй болжээ. Хатуу төлөвийн загвар нь цөөн засвар шаарддаг, цацрагийн чанар сайн байдаг бөгөөд автомашин, цаасан металлын үйлдвэрлэлд хэрэглэгдэх цэвэр төмөр, цагаан тугалганы гүн нэвтрэлттэй нэгдэлтэнд тохиромжтой.

Диск лазер: Чадал болон цацрагийн чанарыг тэнцвэржүүлэх

Дискэн лазер нь эргэх чадал бүхий хагас дамжуулагч диск ашиглан өндөр чадал гаргадаг (8–16 кВт) бөгөөд дифракц дээрх шугамын чанартай ойролцоо байдаг. Энэ нь тээврийн хэрэгсэл, хүнд машин техникт 25 мм хүртэлх зузаан металл холбоход тохиромжтой бөгөөд хяналттай орчинд нэгдэлтийн нарийвчлал ±0.1 мм-ээс бага байна.

CO₂ лазер: металл бус материал холбох эд ангилах ашиглалт

Металл холбох ажиллагаанд ихэвчлэн орныг алдсан ч гэсэн CO₂ лазер нь 10.6 мкм долгионы урттай тул цахилгаан дамжуулах чанаргүй материал болох полимер, акрил, керамикт илүү шингэх чадвартай. Энэ нь анагаах ухааны багажны полимер холболтонд 12–18 МПа хүртэлх холбогч хүчийг өгдөг (Advanced Joining Quarterly 2023).

Шууд диод ба хатуу төлөвийн лазер: шинэчлэгдэж буй орлох технологи

Шууд диод лазер нь оптик замын системийг хялбарчилсан байдлаар шилжүүлснээр шилэн кабельд суурилсан системүүдтэй харьцуулахад ойролцоогоор 40 хувиар зардлыг хэмнэдэг. Энэ нь цахилгаан баттерейн самбаруудыг хооронд нь зэвсэх зэрэг цөөн чадал шаарддаг ажлуудад ийм лазерыг сайн ашиглах боломжийг олгодог. Нэмэлтээр Nd:YAG кристал ба шилэн кабель дамжуулалтын системийг хослуулсан гибрид хатуу төлөвийн лазер байдаг. Эдгээр нь хэт бага хэмжээний халуун (квадрат сантиметрт 50 жоуль буюу бага) үед зэсний хайлшийг микро түвшинд зэвсэх боломжийг олгоно. Ийм нарийвчлал нь хэт их халуун ихээр саад учруулах магадлалтай полупроводник буюу хагас дамжуулагчийн багцын хувьд, мөн электроник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нягтран суурилгасан тохиолдолд маш чухал ач холбогдолтой.

Лазерээр зэвсэх технологийн шинэчлэл ба ирээдүйн чиг хандлага

Ухаалаг сенсор ба хиймэл оюунд суурилсан үйл явц удирдлага

2023 онд Фраунгофер институтын хийсэн судалгаагаар хиймэл оюун ухааны хяналтын систем нь хүмүүсийн гар аргаар хийх боломжтойгоос ойролцоогоор 32 хувиар буруу гажигийг бууруулдаг. Эдгээр системийг ийм үр дүнтэй болгож буй юу вэ? Тэдэн нь тэргүүлэгч өндөр хурдны камер, мөн инфра улаан туяаны сенсоруудыг ашиглан шахалтын явцыг сайтар ажигладаг. Зүй зэрэгцээ болсон тохиолдолд, алдааг илрүүлснээс хойш зөвхөн таван миллисекундын дотор лазерын фокус эсвэл чадлын түвшинд засвар хийдэг. Их нэрт үйлдвэрлэгчид одоо үнэн зөв сая сая орчим симуляци хийсэн нөхцөл байдал дээр сургасан машин сургалтын загваруудыг түгээн хэрэглэж эхэлсэн. Эдгээр загварууд нь сүүлийн үед үйлдвэрлэлд байнга тохиолддог болсон титан алюминийн найрлагат материал шиг нарийн боловсруулалт шаарддаг олон талын тохируулгийг сайжруулахад тусалдаг.

Нэмэлт нугалаасыг сайжруулахын тулд Гибрид Лазер-Нумын Шахалтын Систем

Лазерын бултуургыг хийн металлын нугалаха (GMAW) ашиглан зэсэх нь зэвсэглэлийн зузаан хавтгайнууд дээрх нэгдэлтийн зайны тэсвэрт чадлыг сайжруулах болон проникцийн гүнд 18%-иар нэмэгдүүлдэг. Энэхүү холимог арга нь 0.1 мм-ийн байршлын нарийвчлалыг хадгалж, хүнд машин техник үйлдвэрлэлд нугалсны дараах машинжуулалтын цагийг 41%-иар бууруулдаг байна (Материалын Боловсруулалтын Технологийн Сэтгүүл 2023).

Микро-нугалалтын хэрэглээнд зориулсан маш хурдан импульст лазер

Пикосекундын импульст лазер нь ангирагийн багажинд 50 мкм-ийн өргөнтэй шовуу үүсгэж, наносекундын системүүдтэй харьцуулахад дулааны стрессыг 79%-иар багасгадаг. Микроэлектроникт герметик битүүлэгтийн эрэлт ихсэж буйтай холбоотойгоор Samsung 2024 онд улам хурдан лазерийг оруулснаар ухаалаг утасны баттерейн хэсгийг нугалж байгаа үед гарцыг 15%-иар нэмэгдүүлсэн талаар мэдээлжээ.

Хяналт шинжилгээ: Дараагийн үеийн лазерийн системийн өртөг ба ROI

Анхдагч хөрөнгө оруулалт 28–35% өндөр байх хэдий ч дараагийн үеийн лазерийн системүүд дараах шалтгаанаар дунджаар 18 сарын дотор ROI-г санал болгодог:

2024 оны 412 үйлдвэрлэгчид хийсэн судалгаагаар лазерт технологийн системтэй байхыг тэдний 73% чухал гэж үзэж, жилийн үйлдвэрлэлийн зардлыг 9–14%-иар бууруулдаг гэж заасан. Гэсэн хэдий ч шинжилгээчид агаарын онгоцны загварчлал болон захидалтын автомашин үйлдвэрлэлтэд жижиг багтаамжит үйлдвэрлэлийг хязгаарладаг $220,000-аас дээш нэмэлт зардал гардаг гэж тэмдэглэжээ.

Лазерийн боодол технологийн талаарх асуулт хариулт

Лазерийн боодол юунд ашиглагддаг вэ?

Лазерийн боодол нь электроник, автомашин, авиаци, эрүүл мэндийн салбарт зэрэг нарийн нарийвчлал шаардлагатай үйлдвэрлэлийн орчинд өргөнөөр ашигладаг.

Лазерийн боодол үйлдвэрлэлийн зардлыг хэрхэн бууруулдаг вэ?

Лазерийн боодол нь боодлын дараах машинд боловсруулах алхамыг хамгийн бага байлгаж, үр ашгийг нэмэгдүүлж, материал ихээр алдагдахаас сэргийлдэг.

Лазерийн боодолд хязгаарлалт байдаг уу?

Лазерийн боодол анхны өртөг өндөр байж болох бөгөөд нарийвчилсан удирдлага, параметрийн тохируулгыг шаарддаг тул зөв тоног төхөөрөмж, мэргэжил дутмаг тохиолдолд хэцүү байж болно.

Лазерийн боодол орчин үеийн орчны хувьд эерэг үү?

Тийм, лазерийн нэгдэлтийг орчин цагийн үеийн орчныг хамгаалах технологи гэж үздэг тул энэ нь энергийн хэрэглээ болон материаллаг хаягдалыг үйлдвэрлэлийн явцад бууруулдаг.

Лазерийн нэгдэлтийн технологид ямар ахиц гарч байна вэ?

Саяхан гарсан ахицуудад ухаалаг шийдэлд суурилсан процессийн удирдлага, гибрид лазер-арк систем, маш түргэн импульст лазер, нарийвчлал болон үр ашгийг сайжруулах зорилгоор суумжлагдсан ухаалаг сенсорууд орно.