Лазер баглах машиныг яагаад нарийн баглах ажилд тохиромжтой болгож байгаа вэ?

Дулааны нөлөөний бага бүс болон дээд зэргийн багц нэгтгэлийн нарийвчлал

Лазерийн багц нэгтгэлийн нарийвчлал дулааны нөлөөний бүсийг (HAZ) хэрхэн багасгадаг вэ

Лазерийн цавах тоног төхөөрөмж нь энергиа маш нарийн цацрагт төвлөрүүлдэг тул 0.1 мм-ийн өргөнтэй хүртэлх нарийн дэлгэрэнгүүдэд ажилладаг. Энэ арга нь процесс явагдах үед дулааны нөлөөг 85 хувь багасгадаг бөгөөд энэ нь 2023 онд Материалын Боловсруулалтын Сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгааны мэдээ юм. Лазер нь зөвхөн шаардлагатай хэсгийг л хайлуулдаг тул микроскопын түвшинд орчны материалыг өөрчлөлтгүй хэвээр нь үлдээдэг. Энэ нь температурын хяналт чухал байдаг ажлуудад тухайлбал бага зэрэг өөрчлөлт нь бие доторх ажиллагааг нөлөөлж болох эмнэлгийн төхөөрөмж эсвэл ургамлын жижиг хэсгүүдийг хийхэд маш тохиромжтой.

Төвлөрсөн Энергийн Оролт ба Термал Дистортын Багасгалтанд Гүйцэтгэх Үүрэг

5–25 кВт/мм² хүртэлх чадлын нягттай лазерын систем нь металлыг мөгц ууршуулж, тал руу нь дулааныг дамжуулахыг хамгийн ихээр багасгадаг. Энэ хурдан энергийн шилжилт нь ихэнх тохиолдолд термал булын хэлбэрээр илэрхийлэгдэх дулааны гажилтыг ∼0.1 мм хүртэл багасгадаг. Автоматжуулсан цацрагийн хэлбэлзэл нь дулааны тархалтыг сайжруулж, цэвэр агаарын хөнгөн цагаан хавтангийн зузаан 0.5 мм бүхий нарийн бүтээлмээр ч гэсэн холболтын гажилтыггүй байлгаж чаддаг.

Лазерийн холболт vs. Традицийн арга: HAZ ба нарийвчлалын харьцуулалт

Параметр	Лазерийн нэвтрүүлгэ	Традицийн холболт (TIG/MIG)
ХАВ-ийн ердийн өргөн	0.2–0.8 мм	3–10 мм
Холболтын нарийвчлал	±50 мкм	±500 мкм
Хамгийн их холболтын хурд	12 м/мин	1.5 м/мин
1мм Зэс дэх дистортион	<0.05мм	0.3–1.2мм

Цахилгаан баттерейн тавцан үйлдвэрлэхэд лазерийн цавах технологи нь хэмжээний нарийвчлал, нэгдмэл чанарын ачаар цавласны дараах дахин ажиллах хэмжээг 92% бууруулдаг.

Жишээ туршлага: Агаарын холиосны хайлшийг бага ХАЗ-аар микроскопт хагаралт үүсэхээс сэргийлэх

Нисдэг хөлөгний цахилгаан хөдөлгүүрийн хэсгүүдэд никель дээр суурилсан дээд хайлш цавах үед лазерийн систем нь 0.3мм ХАЗ-ийн нарийн зургийг гаргаж авч бөөмийн хилүүд дээрх стрессын концентрацыг багасгадог. Рентген дифракцийн шинжилгээ нь плазмын нум цавахтай харьцулахад үлдэгдэл стрессыг 34% бууруулдаг (Агаарын материал судалгаа 2023). Энэ нь симуляцийн нисдэг мөчдийн үед хөдөлгүүний нарийн амьдралд 7 дахин сайжруулалтанд хувь нэмрээ оруулдаг.

Дэвшмэл цацрагийн хяналт болон фокусын нарийвчлал Лазертай хайгуулын машин

Орчин үеийн лазертай хайгуулын машин өндөр түвшний цацраг удирдах систем ашиглан микрон түвшний нарийвчлалд хүрэх. Энэ чадварыг хангахад гурван чухал технологи нь тус тус хувь нэмэр оруулдаг:

Цахилгаан лазерийн технологи болон цацрагийн тогтвортой байдал, нарийвчлалд үзүүлэх нөлөө

Цацрагийн лазер нь M² утга нь 1.1-ээс бага байх хүртэлх гауссын цацрагийн хэлбэрийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь дифракцын хязгаарыг ойролцоогоор заадаг. Энэ тогтвортой байдал нь 10¹⁰ Вт/см²-аас дээшхи чадлын нягтыг хадгалж, материалын зузааныг 0.05 мм хүртэлх цэвэрхэн түлхүүр цоонхны гантиглалтыг хангаж чаддаг байна.

Динамик, олон тэнхлэгт лазерын цацрагийн байрлалын гальванометрийн сканер

Өндөр хурдны гальванометрийн толь нь цацрагийг хамгийн ихдээ 8 м/сек хурдтайгаар чиглүүлж, ±5 мкм давтагдах чадвартай бөгөөд аэро-огторгуй, эмнэлгийн төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлд ашиглагддаг нарийн геометрт төгт байдаг. Интеграцит 7 тэнхлэгт хөдөлгөөний удирдлагаар цацрагийн тохируулгыг зэрэг зохицуулж, хамгийн их гагнуурын уян хатан байдлыг хангаж чаддаг.

Цацрагийн чанар (M² фактор) ба түүний гантиглалтын тогтвортой байдал дээрх нөлөөлөл

M² фактор нь фокусын цэгийн хэмжээ болон гүн рүү нөлөөлнө. M² ≤ 1.3 бүхий системүүд 200 мм-ийн ажиллах зай дээр тогтмол 0.1–0.3 мм-ийн боогийн холболтыг барьж чаддаг байна — энэ нь баттерейн табыг холбож байгаа өндөр нарийвчлал шаарддаг хэрэглээнд маш чухал юм. Үүнд зузааны өөрчлөлт 3%-аас доош байх ёстой.

Цахилгааны өндөр чадлыг фокусын нарийвчлалтай тэнцвэртэй байлгах

Фокусын хазайлтыг засварлах модулууд нь 6 кВт лазерийг тасралтгүй ажиллаж байх үед ±0.02 мм фокусын нарийвчлалыг хадгалж чаддаг. Энэ нарийвчлал нь EV баттерейн савыг холбоход геометр хазайлтыг саатуулдаг. Жишээ нь 0.1 мм-ийн хазайлт нь цахилгаан эсэргүүцлийг 15%-иар нэмэгдүүлж болно.

Эмнэлгийн, агаарын тээврийн болон автомашины салбаруудад өндөр нарийвчлалтай хэрэглээ

Лазерийн боох машиныг ашиглан эмнэлгийн багажинд микрон түвшний боох

Лазерийн ганган нь 10 мкм-аас бага зөрөөг хангах боломжийг олгодог буюу хүний волосны өргөний наймд нэг хэсэгтэй тэнцэх бөгөөд хирургийн багаж, шахмал төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой (ЭМБ-ийн инженерчлэлийн сэтгүүл, 2024 он). Энэхүү технологийн үр дүнд зүрхний стимуляторт герметик сэлбэг, титаны имплантатуудад гөлгөр, биологийн ховсрох холболт үүсдэг бөгөөд нэмэлт боловсруулалт шаардлаггүйгээр FDA-гийн стандартыг хангана.

Онгон агаарын тээврийн хэсгүүдийг гадныгийн аюулгүй байдал, ашиглалтын стандартын дагуу ганган холбох

Агаарын тээврийн салбарт лазерийн ганган нь турбиний хөрөө, шатахууны савны хэсгүүдэд хэрэглэгдэх никель дээр суурилсан хайлш материалыг 50 Ж/см²-аас доош дулааны орцуудтайгаар холбож, ажиллагааны температур 1200°C хүртэлх материал бүтцийн бүрэн байдалыг хадгалж чаддаг. 2023 оны ESA-гийн судалгаагаар лазерээр ганган холбосон хиймлийн дагуулагчийн хэсгүүд нь TIG ганган холболтоос 17% хөнгөн, 23% бат бөх байдалтай байв.

Автомашины цахилгаан баттерейн үйлдвэрлэлд алдаагүй лазерийн ганган технологийг ашиглах

Автомашины үйлдвэрлэгчид EV батерейн боомтууд дэхь гологдолын хэмжээг 0.2-аас бага болгохын тулд лазерийн бооны технологийг ашигладаг. Энэ технологи нь 150 мкм өргөнтэй зэс-хөнгөн цагааны холболтын нэгдэл үүсгэх бөгөөд 400А гүйдлийг дамжуулах чадвартай бөгөөд дулааны дайрч эхлэх эрсдлийг арилгадаг. Ийм бат бөх байдлын благодар 10,000 нэгж тутамд дунджаар $740,000-ын санхүүгийн алдагдлыг эвдэрдэг (Ponemon 2023).

Бодит цагийн хяналт ба оюун ухаант технологийн удирдлага

Тогтвортой чанарын бүртгэл дээрх сенсорын интеграц Лазертай хайгуулын машин

Багц сенсорууд нь нэгдүгээрт хайлалтын температурыг дөрвөлжин 5 С хүртэл нарийвчлалтай хянаж байхдаа цаашид цацрагийн тэнцвэржилтийг 0.01 мм нарийвчлалтай хянах боломжтой. 2023 онд Фраунгофер институтийн хийсэн судалгаагаар ийм төрлийн хяналт нь нарийн ажлуудыг хийх үед гологдолыг ойролцоогоор 60% бууруулдаг. Хэрэв юу нэгэн зөрүү үүсвэл эдгээр системүүд цэгцтэй мэдэгдэл илгээхэд зөвхөн хагас секунд л шаардлагатай байдаг. Мультиспектрал сенсорууд энэ түвшинд л зогсохгүй, плазмын цацаргалт болон гэрлийн гадаргуу дээрх ойлт хоёрыг зэрэг хянах боломжтой. Энэ хоёр хяналтын төрөл нь материалын ялгаатай нэгжүүдийн хооронд шилжих үед ч хайлалтын чанарыг сайн байлгахын тулд бодит цагт тохируулгыг хийх боломжийг олгодог.

OCT болон дүрс олж авах технологи ашиглан бодит цагт нүхийг хянах

Оптик когерент томографи, буюу богиношруул OCТ нь цахилгаан бөөмийн түлхүүр цохныг 10 микрон нарийн чанартайгаар харуулдаг. Энэ нь зөвхөн 0,5 миллисекунд хугацаанд хөндий эсвэл холимог бодисыг илрүүлэх боломжийг олгодог. Мөн цахилгаан бөөмийн урвалын талбайг секундэд 50 мянган кадр авдаг өндөр хурдны CMOS камерууд байдаг. Энэ нь лазерын фокусыг ажиллаж байх үед нь засварлах боломжийг олгодог. Үйлдвэрлэгчид OCT болон CMOS системүүдийг хамт ашигладаг бол бөөмийн чанарын тогтвортой байдлыг ойролцоогоор 75%-иар сайжруулдаг. Энэ нь жижиг хэлбэрийн доголдлууд ч хүндрэл үүсгэж болох эмнэлгийн төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд маш чухал.

Лазерын параметрийг зохицуулах машин сургах алгоритм

Хэрэв мэдрэлийн сүлжээнүүдийг терабайтын мэдээлэл агуулсан хиймэл олборлолтын мэдээллийн сан ашиглан сургавал тэд нарийн төвөгтэй материалуудын хамгийн сайн тохируулгыг 98.7% нарийвчлалтай таамаглаж чаддаг. Жишээлбэл, автомашины цахилгаан баттерей үйлдвэрт эдгээр ухаалаг системүүд 200-оос 4000 ваттын хооронд цахилгаан эрчим хүчний түвшинг тохируулж, 0.1 миллисекундээс 20 миллисекунд хүртэлх импульсын үргэлжлэх хугацааг секунд тутам 800 удаа хурдан өөрчилж байдаг. Энэ нь цайр тосгой гангийн хувьд бүрэн нүхтэй бус цавчилтыг үүсгэдэг. Эдгээр системүүдийг онцгой болгож буй зүйл бол гадаргуу бохир байх эсвэл холболтын зангилаа таарах зэрэг асуудлыг автоматжуулан засаж чаддэг явдал юм. Үүний үр дүнд цахилгаан баттерей үйлдвэрүүд нь цавчилтын дараах илүүдэл шалгалтын шаардлагыг 40%-иар бууруулжээ.

Автомжуулалт vs Хүний зохицуулалт Ухаалаг цавчих системд

Одоо өдөр тутмын параметрийн засварын 93 хувийг хиймэл оюун ухаан хариуцаж байна. Харин гамма-TiAl шиг шинэ материалын хувьд нарийн засварын алгоритмыг сайжруулахад инженерүүд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. 2024 оны сүүлийн жишээнд машин сургах аргыг металл судлалын мэргэжилтнүүдийн мэдлэгтэй хослуулснаар сонирхолтой үр дүн гарч ирсэн. Үр дүнд нь агаарын тээврийн хэсгүүдийг хаях хувь 12%-аас 0.8%-руу хүртэл буурсан. Операторууд одоо юу хийж байна вэ? Тэд одоо AI системүүд орхисон байгаа жижиг дутагдалт хэв маягийг илрүүлэхэд цагаа зарцуулдаг. Ийм ажил нь системийн нийтлэг ажиллагааг сайжруулдаг учраас хүмүүс туршлагын дагуу юу сайн ажиллаж байгааг, юу муу ажиллаж байгааг тогтоож өгдөг.

Түгээмэл асуулт

Богино холболтын дулааны нөлөөгийн бүс (HAZ) гэж юу вэ?

Халуун-Нөлөөллийн Бүс (HAZ) гэдэг нь холдуулах үед физик ба механик шинж чанаруудын өөрчлөлт переживший нэмэлт материал, металл эсвэл термопластик бүсийг хэлнэ. Лазерийн холдуулах үед HAZ-г ач холбогдолтой багасгаж, орчны материалын бүрэн байдал хадгалагдана.

Лазерийн холдуулалт дулааны деформацийг хэрхэн багасгадаг вэ?

Лазерийн холдуулалт нь 5–25 кВт/мм² хүртэлх чадлын нягттай фокусчилсон энерги оруулж ирдэг. Энэ нарийвчлал нь металлыг хурдан шидэгдүүлдэг бөгөөд хажуугийн дулааны тархалтыг багасгаж, дулааны деформацийг бууруулдаг.

Бодит цагт мониторинг лазерийн холдуулалтын чанарыг хэрхэн сайжруулдаг вэ?

Бодит цагт мониторинг нь автомата тохируулга хийх боломжийг олгодог үндсэн параметрүүдийг хянах датчикуудыг агуулдаг. Энэ тасралтгүй холбоо нь өөр өөр материалтай тавилгын хооронд өндөр холдуулалтын чанарыг хадгалахад тусалдаг.

Орчин үеийн лазерийн холдуулалтанд машин суралцах нь ямар үүрэгтэй вэ?

Машин сургалт нь лазерийн бохирдлыг шинэ материал цуглуулга руу зохицуулан сайжруулдаг. Сүвэлзэх сүлжээ томоохон өгөгдлийн цуглуулгыг шинжилж, тохируулгыг оновчтой болгоход, процессын хазайлтыг засварладаг бөгөөд эцэст нь бохь бүрдлийн чанарыг сайжруулж, гар аргаар шалгах шаардлагыг бууруулдаг.