Лазерийн бохир холболт нь өндөр нарийн металл холболтын ажлуудад тохиромжтой юу?

Хэрхэн Лазер холболт Металл холболтын өндөр нарийн байдлыг хангах

Лазерийн холболтын зарчим: Микрон түвшний нарийцыг хангах

Лазерийн бохирлуурын цацраг нь квадрат сантиметр тутамд нэг сая ваттын энерги үүсгэх чадамжтай бөгөөд энэ нь металл материалыг зөвхөн 0.1 мм-аас ихгүй хэмжээтэй цэгт хайлуулах боломжийг олгодог. Энэхүү бохирлын нарийвчлал нь 50 микрон буюу түүнээс доош нарийвчлалыг бий болгодог бөгөөд энэ нь хэлхээний хавтан дээрх бага хэмжээтэй деталь эсвэл эмнэлгийн зүү шиг маш нарийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд маш чухал байдаг. Лазерийн бохирлуур нь бохирлох объекттой шүргэлцэхгүйгээр ажилладаг тул тоног төхөөрөмжийн элэгдэл үүсдэггүй. Иймд энэ технологийг арван мянган удаа ашигласаны дараа ч бүтээгдэхүүний чанар тогтмол байна. Өнгөрсөн жилийн үйлдвэрийн туршилтууд энэ нарийвчлал нь чанарын алдагдалгүйгээр арван мянган циклд тэсвэртэй байдаг болохыг харуулсан.

Наарийвчлалыг нөлөөлдөг гол хүчин зүйлс: Цацрагийн фокус, импульсын үргэлжлэх хугацаа, долгионы урт

Лазерийн бохирлолтын нарийвчлалыг гурван параметр тодорхойлдог:

Параметр	Нааривчлалд үзүүлэх нөлөө	Дээжийн тохируулах муж
Чиглэлт дуу	Энергийн нягтыг тодорхойлдог (микрон фокусын цэг)	0.05–0.3 мм фокусын диаметр
Импульсийн урт	Дулааны диффузыг удирддаг (0.1–20 мс)	нарийн металлд <4 мс
Нягтны дэлгэрэнгүй	Материал шингээх ашигт үзүүлэлт	гангийн хувьд 1,030–1,080 нм

Жишээлбэл, 1,070 нм долгионы урт нержавеющий ганг шингээх чадварыг 980 нм системтэй харьцуулахад 38%-иар сайжруулдаг (Laser Tech Quarterly, 2024).

Шуудруулах аргуудтай харьцуулах: Зузаан ханатай нержавеющий ган дээрх лазер vs. TIG/MIG

0.5 мм зузаан цав чангарсан гангаар хийсэн бохирдол нь онцлог дутагдалтай байдаг ч гэсэн лазерын системүүд нь уламжлалт аргуудтай харьцуулахад томоохон давуу талыг олгож байна. Эдгээр хөгжсөн системүүд нь TIG бохирдлын аргатай харьцуулахад дулааны нөлөөллийн бүсийг дунджаар 72% бууруулж, материалын уртлах бат бөхийг 650 МПа-аас дээш хадгалж байдаг. Нимгэн металл хэсгүүдийг авч үзэхэд энэхүү давуу тал нь тодорхой харагддаг. Уламжлалт бохирдлын аргууд нь нарийн бүтцийг муудах хандлагатай байдаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн орчинд ихэвчлэн тохиолддог. Лазерын технологи нь энэ тэгшитгэлийг бүрэн өөрчилж, нарийн агаарын тээврийн хоолойн 95% дээр туршлагын үед 0.25 мм-аас бага искэжилтийг хангаж чаддаг. Автомжруулах боломж нь өөр нэг том давуу тал юм. Хэрэв системүүдийг зохих ёсоор нэвтрүүлбэл, тэдгээрийн байрлалын алдааг ±0.05 мм-аас доош бууруулж чаддаг бөгөөд энэ нь ижил төстэй сургасан MIG операторуудын гар урлагийн боломжийг давж гарна.

Нарийн төвөгтэй үйлдвэрлэлд лазерын боогийн давуу тал

Халах бүсийг хамгийн бага байлгах нь материал бүтцийг хадгална

Төвдөө хурц байгаа цацраг (0.1–0.3 мм диаметртэй) нь дулааныг тархахаас сэргийлж, халх эзлэхүүнийг нуман бооход байгаатай харьцуулахад 10%-иас бага байлгана. Энэ нь зэвэрдэг гангаар хийсэн нимгэн ханатай хэсгийн муруйлтыг сэргийлж, төмөрлөгийн хайлшийн хугалах бат бөх чанарыг 92%-иар хадгална (2023 онд хэвлэгдсэн Ахисан боохын технологийн тайлангийн дагуу).

Механик даралтгүйгээр төвөгтэй болон мэдрэг геометрийг боох боломжийг олгоно

Механик стрессыг арилгах нь эмнэлгийн багаж хэрэгсэл, агаарын тээврийн түлшний шугамын микрон түвшний нарийвчлалыг хангана. Роботын гар болон ширмэн лазерыг хослуулснаар оптик сенсор, микро урсгалын хоолойд шаардагдах 0.05 мм-ийн давтамжийг хангана.

Давтагдах чанар сайтай бөгөөд роботын автоматжуулалттай холигдоно

Автомжуулсан лазерын системүүд нь хаалттай гогцооны хяналтын систем ашиглан 99,8% процессийн тогтвортой байдлыг хангаж, их хэмжээний үйлдвэрлэлд гологдолын түвшинг <0,2%-иар бууруулдаг. Интегрчилсэн харааны систем нь параметрүүдийг бодит цагт тохируулж, 25 мм/с хурдаас илүү хурдад ч ISO 9017 стандартыг хангах боломжийг олгодог.

Агаарын болон эмнэлгийн төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн чухал хэрэглээ

Агаарын тээвэр: Өндөр гүйцэтгэлийн хэсгүүдийн хувьд гологдолгүй цавчилт

Агаарын тээврийн үйлдвэрлэлд лазерын боогуур нь турбины хөтөл болон түлшний системийн хэсгүүдэд ямар ч дутагдал илрэхгүй байх шаардлагатай тул чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр төхөөрөмжүүд 20 микрон өргөнтэй маш нарийн цацраг ашиглан ажилладаг бөгөөд онгоцны хөдөлгүүрт хэрэглэдэг тэсвэртэй никель-суурьт дээд хайлштай хамт ойролцоогоор 99.97% нэгдлийн бат бөх чанарыг хангаж чаддаг. Ихэвчлэн муруйцал үүсгэдэг уламжлалт ТИГ-ийн боох арга шиг биш лазерын боох нь илүү нарийвчлалтай байдаг. Байршил нь дунджаар дөнгөж плюс, минус 5 микрометр нарийвчлалтай байдаг бөгөөд энэ нь AS9100 чанарын стандартыг хангахад агаарын тээврийн салбарт шаардагдах зүйл юм.

Медицин: Титаны суулгацыг герметик байлгах, бага хэмжээний боох

Лазерын ганганы тоног төхөөрөмж нь тусгай төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлд чухал хэрэгсэл болон хувирчээ. Жишээ нь, зүрхний цохилтын аппаратын хайрцагнуудын усны шүүдэст сэлбэлт хийх, титаны нугын имплантатууд дээр 50 микрометрээс бага хэмжээтэй нумнуудыг хийхэд энэ төхөөрөмжийг ашигладаг. Энэ процессын үед дулааныг зохицуулан хэрэглэх нь титаныг 5-р зэрэглэлийн биологийн шийдэлд хадгалахад тусалдаг. Энэ чанар нь нугалах болон нумлаг холболтын үед ихэвчлэн алдагддаг бөгөөд ийм арга нь хүссэнгүй исэлдүүлэх давхаргыг үүсгэдэг. Сүүлийн үед волокон лазерын технологийн сайжруулалт нь маш нарийн материалыг ажиллах боломжийг олгож байна. Бид 0.1 мм-ээс хэлбэрээр хүрээлэн байрлах төрөлтэй дээд зэргийн нарийн тогтоогуур бүтцийг амжилттай ганганы тоног төхөөрөмжийн тусламжтайгаар 8 микрометр хүртэл нарийвчлалтайгаар хийж чадаж байна. Энэхүү технологийн дэвшлийн ачаар эмнэлгийн имплантатуудад тавигдах FDA-гийн шаардлагыг бүрэн хангаж байгаа бөгөөд ирээдүйд илүү нарийн дизайн бүтцийг хөгжүүлэх боломжийг нээж өгч байна.

Үйлдвэрлэлийн стандартын шаардлага хангах: ISO 13485 ба AS9100

Лазерийн цуврал холдог системүүд нь эмнэлгийн багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ISO 13485, агаарын тээвэрт AS9100 гэх мэт стандартын дагуу гэрчилгээ авдаг. Бүх параметрүүдийг сайн шалгасны дараа автоматаар хянах систем нь 50-5000 Гц-ийн хооронд пульсийн давтамж, 15-25 литр/минут хамгаалалтын хийн урсгалын хурд зэргийг хянах боломжтой. Эдгээр систем нь үйлдвэрлэлийн бүтээгдэхүүний хооронд 0.1%-аас бага хэлбэлзэлтэй байдагыг аудитын бэлэн тайлангаар харуулдаг. 2023 онд ISO гэрчилгээтэй цэгүүдээс цуглуулсан мэдээллээр эдгээр системийг нэвтрүүлсэн үйлдвэрлэгчид нь холболтын дараа шалгалтанд зарцуулах хугацааг 60% бууруулсан гэж мэдээлжээ. Ийм нарийвчлал нь өндөр нарийвчлалтай үйлдвэрлэлийн орчинд чанарын хяналтыг хамаагүй хялбар болгодог.

Бага эмгэгтэй мэс засалд хэрэглэх багажны шинэ хэрэглээ

Энэ технологи нь роботын мэс заслын багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд хөгжиж байгаа бөгөөд лазерийн холдогч нь 0.3 мм диаметртэй 316L зөөлөн цайрлаг гангаар хийгдсэн нэгдэл холбогч хэсгүүдийг холбодог. 2024 оны судалгаа нь Дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн процессууд лазерээр нэгтгэсэн артроскопын багажийн хөндийн эсэргүүцэл нь хайлшлагдсан багажнаас 40%-иар их байдаг тул цаашид загварыг нимгэлж болох боловч цэвэршил нь алдагдахгүй гэж олжээ.

Хамгийн сайн нэгтгэлийн чанар, нарийвчлалыг бий болгох лазерын параметрүүдийг оновчлох

Лазерын чадал, хурд, фокусын байршил: Нэвтрэлтийн гүн болон тогтвортой байдлын дээрх нөлөөлөл

Лазерийн цавахаас сайн үр дүн гаргаж авах нь дараах гурван үндсэн хүчин зүйлсийг тэнцвэртэй тохируулахад оршино: 800-6000 Вт-ын хүч чадал, минут тутамд 2-оос 20 метр хүртэлх хурд, цацрагийн фокусын нарийвчлал нь ойролцоогоор дээш доош 0.1 мм байх ёстой. 2024 онд хэвлэгдсэн сүүлийн судалгаа нь 1.5 мм зузаан цутгалан ган хавтгайн дээр өөр өөр тохиргоог турших үед сонирхолтой үр дүн үзүүлсэн. Цавчих цэгийн хэмжээг зөвхөн 0.2 мм болгон багасгахад нэвтрэх гүн 34% нэмэгдсэн байна. Гэхдээ энд л нэг асуудал байдаг. Хэрэв операторууд 4 киловаттын дээш чадал ашиглан 5 м/мин-аас бага хурдтай цавчих юм бол энэ нь цавах үед түлхүүр цонхны бүтцийг алдагдуулдаг. Дараа нь юу болох вэ? Металл доторх уурын нүхнүүд эцэст нь бүтээгдэхүүний дотор жижиг нүхнүүд үүсгэдэг. Иймээс одоо ихэнх үйлдвэрүүд лазерын авто-фокусын системд тулгуурладаг. Эдгээр амьд оптикууд нь линзүүд хугацааны явцад халж муруйх үед ч микрон түвшинд нарийвчлалыг хадгалж байдаг.

Параметрийн тохируулгаар нүхтэй байдал, дутагдал үүсэхийг хянах

Пульсийн урт (0.5-20 милисекунд хооронд) болон хамгаалагч хийн урсгал (арьдагч аргон хийн хувьд 15-25 литр/минут) нь нэгдэлтийн үед гарах гажигийн хувийг тодорхойлоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. 2 милисекундаас богино пульсыг авч үзвэл цасрагийн байнгын горимтой харьцуулахад дулааны оролцоог нь гуравны хоёроор бууруулдаг. Энэ нь талст өсөлтийг урьдчилан сэргийлэхэд никель хайлшийн хувьд чухал ач холбогдолтой. Цахиурын нэгдэлт нь тойрог дүрэмтэйгээр нэгдэлтийн далайцыг хагас милиметрээр өөрчлөх замаар ч мөн ашигтай байдаг. Энэ аргыг хэрэглэснээр нэгдэлтийн квадрат см тутамд байх нүхнүүдийн тоо 12-оос 2-оос бага болгон бууруулж болно. Одоогоор нэгдэлтийн явцад бодит цагийн хяналтын системд маш гайхалтай өөрчлөлт гарч байна. Эдгээр тогтолцоо нь коаксиал CCD камер болон машин сургалтын алгоритмыг хослуулан ашиглан бодит цагт гажиг илрүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд практик ашиглалтаар 99 хувийн нарийвчлалтай түвшинд хүрч байна.

Цэгцтэй бэхэлгээний хурд болон чанарыг тэнцвэржүүлэх: Харьцаа хэмжээ болон шилдэг арга зүй

Өндөр хурдны бэхэлгээ (>15 м/мин) нарийн тохируулгыг шаарддаг:

• Чадлын-хурдын харьцаа : автомашины биеийн хэсэгт бүрэн проникацыг хангахын тулд 0.4 кЖ/мм
• Цацрагийн хэлбэлзэл : 18 м/мин дэх 300 Гц-ийн дугуй загвар нь шүүлтийг 89%-иар бууруулдаг
• Урд/ард урсгалаар хийг : хурдатгалын үед исэлдлийг сэргийлэхийн тулд 0.5 секундийн рамп

Туршилтын үр дүн нь параметрүүдийг тогтоох ажлын урсгал (доод тал нь 5 давталттай DOE) нь анхны өнгөрөх хувийг эмнэлгийн багажны үйлдвэрлэлд 76%-с 94%-р нэмэгдүүлдэг гэдгийг харуулж байна.

Лазер бэхэлгээний үйл ажиллагааны дутагдалыг хянах болон бууруулах

Өндөр нарийн нэгдэлтэй баганы түгээмэл дутагдал: Түлхүүр цонхны үзэгдэл, Нэгдэлт дутмаг, Бөмбөлөг үүсэх

2013 онд Катаямын багийн судалгаагаар нарийн баганы үед түлхүүр цонхны асуудал, материалын хоорондох муу нэгдэлт, мөн 15-22 хувьд тохиолддог бөмбөлгийн нөлөө гэх мэт асуудалд хүрэлцэж байна. Эдгээр ихэнх асуудал нь параметрийн тохируулгын зөрүүгээс үүдэлтэй. Лазерын цацраг чиглэлээсээ бага зэрэг хазайхад, жишээ нь 0.1 мм-ийн зөрүүтэй бол дулааны нөлөөллийн хэмжээ бараг тал нь ихэсдэг. Хэрэв импульс хэт урт үргэлжилбэл металлын доторх хийн бөмбөлгүүдийг үүсгэдэг нүхнүүд үүсдэг. Жишээлбэл, цагаан тугалганы хайлш дээр нэгдэлтийн нүх сүв нь боловсруулалтын үед тогтворгүй түлхүүр цонх үүсэхээс үүдэлтэй байгаа нь 100 тохиолдолд 37 нь эзэлдэг.

Түлхүүр цонхны тогтвортой байдал, Цахилгаан дулааны динамикийг ойлгох

Сайн үр дүн гаргаж авах нь цахилгаан болтны үед түлхүүр цонхыг тогтвортой байлгахаас хамаардаг. Цахилгаан болтны үед түлхүүр цонх нь голчлон лазерийн хүч нь дээд хэмжээндээ хүрэхэд үүсдэг уурын зам юм. 200 Ваттын дээрхи хүчний түвшинд өөрчлөлт гарах эсвэл хөдөлгөөний хурд нь секундэд дунджаар ±5 мм-ийн хэлбэлзэл үзүүлэх үед хайлмал бүлүүн доторх байдал эвдэрдэг. Энэ нь металлын хөргөх арга зүйг муудаж түүнд үлдэгдэл хүчдэлийг үлдээнэ. Титанийн цахилгаан болтны талаарх судалгаа нь мөн сонирхолтой мэдээлэл олжээ. Цахилгаан болтны дутагдалд гарч буй бүхний 80% нь плазмын баганы хэлбэлзлээс үүддэг бөгөөд эдгээр хэлбэлзлийг онцгой дууны датчикуудаар бүр тодорхойлж болдог гэдгийг 2019 онд Луогийн хамт олон тогтоожээ. Өнөөгийн үеийн удирдлагын системүүд эдгээр асуудлыг үйлдвэрлэлийн шугам дээр томоохон асуудал болохын өмнө зөвхөн 10 миллисекундын дотор тохируулга хийж засаж чаддаг.

Оптик датчикаар бодит цагт үйл явцыг хянах ба Искусственный интеллект суурилсан холбоо буцаа мэдээлэл

Өнөөгийн дэвшсэн лазерийн бохирдолт тоног төхөөрөмж нь пирометрүүдтэй зэрэг цахилгаан камерууд болон 5000 фрейм тутамд бичлэг хийж чаддаг гоё нарийн спектрийн шинжилгээний төхөөрөмжүүдтэй ирдэг. Эдгээр системийн ард байгаа ухаалаг интеллект нь мянган мянган бохирдолтын зураг ашиглан сургасан бөгөөд 50 микрон орчим хэмжээтэй жижиг трещинуудыг 99 орчим хувийн нарийвчлалтайгаар илрүүлэх боломжийг олгодог. Ийм дэвшлийн нөлөөгөөр хаягдлын хэмжээ 2/3 хувиар буурчээ гэж Цай нар 2024 онд хэвлэсэн судалгаанд заасан байдаг. Зүрхний пэйсмекер шиг амь зүрх авардаг эмнэлгийн төхөөрөмжүүдийг үйлдвэрлэхдээ үйлдвэрлэгчид олон мэдрэгчдээс ирсэн мэдээллийг нэгтгэн дижитал хос технологии-той хамтран ажилладаг нарийн битүү гогцооны удирдлагын системд тулгуурладаг. Эдгээр нэгтгэсэн арга барил нь үйлдвэрлэлийн зохицуулалт сайн байх үед бүтээгдэхүүний дутагдал 0.2 хувь буюу түүнээс доош буурахад хүрдэг.

Түгээмэл асуулт

Лазерийн ганганы арга нь уламжлалт ганганы аргатай харьцуулахад ямар давуу талтай вэ?

Лазерийн гангань нь бага хэмжээний халууны нөлөө үзүүлдэг, нарийвчлал өндөр, ганганы деформацийг бууруулдаг, автомжуулсан процесст тохирдог тул нисэх онгоц, эмнэлгийн төхөөрөмж үйлдвэрлэх шаардлагатай өндөр нарийвчлал шаарддаг салбарт илүү тохиромжтой.

Лазерийн гангань яаж өндөр нарийвчлалд хүрдэг вэ?

Лазерийн гангань нь цацрагийн фокус, импульсын үргэлжлэх хугацаа, долгионы урт зэрэг удирдамжийн параметрүүд болон бодит цагт тохируулга хийж нарийвчлалыг хадгалдаг урвалын систем ашиглан өндөр нарийвчлалд хүрдэг.

Лазерийн ганганы технологийг аль салбарт ихээр ашигладаг вэ?

Нисэх онгоц, эмнэлгийн төхөөрөмж, автомашины, нарийн төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл гэх мэт салбарууд нь лазерийн ганганы технологийг өндөр нарийвчлалтай, материал бүтцийн бат бөх чанарт бага нөлөө үзүүлдэг тул ихээр ашигладаг.

Лазерийн ганганы үед гашилтыг хэрхэн удирддаг вэ?

Гажиг үүсэхийг гэрлийн сенсор ба хиймэл оюуны сэтгэл зүйн бодит цагийн хяналтын системээр хянах ба гажиг илрүүлж, засах үедээ илрүүлдэг.

Орчин үеийн лазерийн бохирдлын үед хиймэл оюун ухааны ба сенсор ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

Хиймэл оюун ухаан ба сенсор нь бодит цагийн хяналт ба урвал үзүүлэх замаар бохирдлын нарийвчлалыг хадгалж, хаягдлын хэмжээг ихэд бууруулдаг.