Цахилгаан савхны цацраг хайчийн төхөөрөмж нь ямар материалыг үр дүнтэй боловсруулж чадах вэ?

Цаасан лазерийн огтлогч төхөөрөмжүүд металл боловсруулахад яаж давуу талтайг мэдэх

Мэдлэг Алсын лазер хуваах машин болон Металл боловсруулалт дахь эзлэх нөлөө

Алсын лазер хуваах машин дэлхийн дагуу ажиллаж буй металл боловсруулах үйлдвэрүүдийн тоглоомыг өөрчилсөн бөгөөд тэд нарийн фокустой, хүчтэй лазерын цацраг үүсгэдэг бөгөөд микрон хүртэл нарийн дэлгэрэнгүүдийг хийх чадвартай. Эдгээр системүүд онцлог нь цахилгааныг ашиглах боломжтой гэрлийн энерги болгон хувиргахад 95% үр ашигтай байдаг ба энэ нь хуучин CO2 лазерын технологиос бараг хоёр дахин дээш байна. Харин бодит огтлолтын хурдны хувьд 2023 оны Боловсруулалтын технологийн тайлангийн мэдээллээр фибер лазер нь уламжлалт плазмын огтлолтын аргаас орчин үеийн металлыг огтлохдоо гучин дахин хурдан байдаг. Ийм хурдны дэвшил нь чанарыг алдалгүй үйлдвэрүүд бүтээгдэхүүнийг хэмнэлттэй хэмжээгээр хийх боломжийг олгодог тул фибер лазер нь гарц багтаамжийг нэмэгдүүлэхийг хүсч буй үйлдвэрлэгчдийн хувьд ухаалаг хөрөнгө оруулалт болдог.

Огтлолтын үр ашиг, чанарыг нөлөөлдөг лазерын параметрүүд: Хүч, хурд, цэгийн хэмжээ

Дараах гурван үндсэн параметрийг тэнцвэртэй байлгах нь огтлолтын үр дүнтэй ажиллагаанд чухал байдаг:

• Хүч (1-20 кВт): Цахилгааны ват ихтэй нь зузаан материал төрөл боловсруулах боломжийг олгож чадна гэхдээ энерги зарцуулалт нэмэгдэнэ
• Хурд (0-50 м/мин): Нимгэн хавтангуудыг (<10мм) 30 м/мин-аас дээш хурдтайгаар чанарыг алдалгүй огтлох боломжтой
• Цэгийн хэмжээ (10-100микрон): Бага диаметрүүд (<30микрон) ирмэгийн төгсгөлийг сайжруулдаг гэхдээ цацрагийн нарийн тохируулгыг шаарддаг

Эдгээр параметрүүдийг динамик аргаар тохируулдаг оюун ухаантай системүүд 18-22% өндөр нэвтрүүлэх чадвартай , 2024 оны Лазерын боловсруулалтын судалгааны дагуу.

Аж үйлдвэрийн хэрэглээнд зориулсан ширмэн лазераар огтлох материал зузааны хязгаар

Орчин үеийн ширмэн лазерууд олон төрлийн аж үйлдвэрийн материалыг хяналтанд авч чаддаг:

• Ногоон төмс: 0.5-40мм (1кВт-20кВт системүүд)
• Эрдэнэ төмс: азотын туслах хий ашиглан 0.3-30мм
• Цайртай хайлш: импульсийн модуляцийг ашиглан 0.5-25мм

Онцгойлж дурдахад 6кВт системүүд одоо 1.2м/мин хурдтайгаар 25мм цав тэсвэртэй ганг огтолж байна— 300%-иар хурдан 2019 оны стандарт үзүүлэлтээс хэтрүүлэн—чадварын хурдан дэвшлийг харуулж байна.

Дулааны нөлөөний бүс (HAZ) ба Дамжуулагч металлын дулааны гэмтэл

Олборын лазер нь традицион CO2 системтэй харьцулахад дулааны нөлөөний бүсийн өргөнийг 60-оос 80 хувь хүртэл бууруулж чаддаг. Энэ нь цөөн хэмжээний дулааны дамaged хэтэрхий чухал байдаг агаарын болон огторгуйн хэсгүүдийг үйлдвэрлэхэд маш чухал байдаг. Пульсийн горимыг ашиглах үед энэ нь зэвэрдэггүй ган материалын хувьд температурыг 350 градус Цельсийн хэмжээнээс доош байлгана. Энэ нь металл бүтцийн шинж чанарыг хадгалж, чанарыг муудахаас сэргийлнэ. Жишээ болгож 304L зэвэрдэггүй ган авч үзье. 3 киловаттын олборын лазераар огтлоход дулааны нөлөөний бүс нь 0.08 мм-ээр үлддэг бол хуучин CO2 лазерын технологи нь ойролцоогоор 0.25 мм дулааны нөлөөний бүсийг үлдээнэ. Эдгээр ялгаа бага харагдаж болох ч нарийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой байдаг.

Металл огтлох үед олборын лазерын CO2 лазертэй харьцуулах өрсөлдөх чадвар

Олборын лазер нь CO2 лазерээс гурван гол талаар давуу талтай байдаг:

1. Үйл ажиллагааны зардал: огтлол бүрт дээрх энергийн хэрэглээ нь 70 хувиар бага
2. Зориулалт: Тоглуулах толь байхгүй тул зогсолтын цагийг бууруулна 45%
3. Нимгэн материал дээрх хурд: 4-6 дахин хурдан 6 мм-ээс бага хавтан дээр

Хавтгай металл хэсгүүдэд энэ нь дараах хэмжээнд хүрэхийг илэрхийлнэ 18-22 ам.доллар/цаг хэмнэлт 6 кВт чадалтай тогтолцоо ажиллуулах үед (2024 оны металл боловсруулах үр ашигтай судалгаа).

Нүүрстөрөгчийн ган ба Зөвхөн ган: Үндсэн инженерийн хэрэглээ

Цахилгаан кабель нь Цахилгаан лазерын энерги дээр хэрхэн сайн урвал өгдөг вэ?

Ган дэх нүүрстөрөгчийн агууламж 0.05%-иас 2.1%-иин хооронд байх нь 1,070 нм ширхэглэг лазерын долгионы уртыг маш сайн шингээдэг. Бусад олон металлууд ихэнх энергийг нь ойлгох бол уг ган нь түүнд нэрлэгдсэн энергийн 95% -ийг огтлолтын үйл явцанд ашигладаг. Үүний нөлөөгөөр бид 1 мм зузаан хуудсыг минутанд 40 метр хурдтай огтолж чаддаг бөгөөд энэ нь инженерийн хэрэглээнд маш хурдан юм. Материал нь нарийн хэмжээнд хэрэглэх автомашины хүрээ, барилгын бүтэц зэрэгт маш сайн тохирдог. Өөр нэг давуу тал нь ширхэглэг лазер нь 20 мм-ээс бага зузаан нүүрстөрөгчийн ган хэсгүүдтэй ажиллах үед уламжит плазмын огтлолтын арга бодвол дунджаар 30% бага энерги хэрэглэдэг. Энэ нь үйлдвэрлэлийн үйл ажиллагааны явцад хэмнэлтийг нэмэгдүүлдэг.

Зөөлөн ба өндөр нүүрстөрөгчтэй ган огтлохын тулд лазерын тохируулгын хамгийн сайн утга

Параметр	Зөөлөн ган (0.1-0.3% C)	Өндөр нүүрстөрөгчтэй ган (0.6-1.0% C)
Чадал (W)	2,000-3,000	3,500-4,500
Хурд (м/мин)	6-10 (6 мм-ийн хувьд)	2.5-4 (6 мм-ийн хувьд)
Тусламж өгөх хий	Хүчилтөрөгч (исэлжүүлэгч)	Азот (урвалд ордоггүй)

Чанартай гангууд нь хатуу чанараараа ихээр цахилгаан хэрэглэдэг бол хүчилтөрөгчийн нэмэлт нь бага хатуу ганг илүү хурдан огтлодог. Азот нь инструментийн гангуудын ирмэг дээрх исэлдэлтийг 72%-иар бууруулж, огтлоосны дараах эдлэлийг боловсруулах боломжийг хадгалан аж үүлдэг. Энэ нь 2023 оны инженерийн судалгаагаар батлагдсан.

Цахлайн эсэргүүцэлд тэсвэртэй байх нь хэрэглээний хэмжээг хадгалан цаасан гангаар нарийн огтлох

Фибер лазер нь түүний огтлолын өргөнийг 0.1 мм -аас бага хэмжээнд хүртэл багасган, эмнэлгийн болон хоолны үйлдвэрийн тоног төхөөрөмжинд гарах хаягдлыг багасгадог. Түүний маш богино импульсын хугацаа (<0.5 мс) нь огтлогдсон ирмэг дээрх хромын алдагдлыг саатуулж, исэлдэлтийн эсэргүүцлийн тулд шаардлагатай 10.5% хромын хэмжээг хадгалан аж үүлдэг. Шалгалтаар фибер лазераар огтсон 304L цуврал цаасан ган нь хуулж огтсон хэсгүүдтэй харьцуулахад давсны шүршилтийн эсэргүүцлийн 98% -ийг хадгалан аж үүлдэг.

Аустеник болон Мартенситийн цаасан гангуудын Дулааны нөлөөллийн бүсийг хамгийн бага байлгах

Пульсийн фибер лазер нь Дулааны нөлөөллийн бүсийг <50 µм мэдрэг 316L аустенит эрдэс боловсруулахад 20-50 кГц давтамжийн хооронд циклээр ажилладаг. 410 шиг мартенситийн зэрэглэлд нарийн дулааны нөлөө нь халдаг хэмжээг хялбарчилдаг (150-370°C), сунамхай чанарыг сэргээдэг. 2024 онд хийсэн шинжилгээ нь HAZ холбогдсон хаягдлын хэмжээг багасгадаг гэж үзэжээ 19%аэроүйлдвэрт CO2 лазертай харьцуулахад.

Цайр, цагаан тугалганыг огтлох ба бусад тусгалчид металл

Цахилгаан соронзон лазерийн огтлогч машины ашиглалтын тусгалын улмаас цайрыг боловсруулахад тулгарч буй бэрхшээл

Цэвэр бодисын ойролцоогоор 95% ойролцоо бүхий тусгалтай хавсарч, түүнчлэн 200 Вт/м К-аас дээш дулаан дамжуулах чадвар нь алюминийг үйлдвэрлэгчдэд бодитой асуудал болгож байна. Ихэнх онолын CO2 системүүдтэй харьцуулахад 1 мкм долгионы урттай ширэг лазер нь тусгалыг багасгадаг ч агаарын тээврийн ангиудад ордог маш гладкийн гадаргуу нь оптик хэсгүүдэд хор хөнөөл учруулахэд хангалттай энерги орлуулж чаддаг. Гангаас илүү хурдан дулаан алдагдуулдаг учраас огтлолыг эхлүүлэхэд орчин үеийн шаардлагатай хүчний нягтын 20-30% илүү шаардлагатай байдаг. 1100 цуврал шиг цэвэр алюминийг боловсруулах нь 6061 Т6 хайлшийн хувилбаруудыг боловсруулахад илүү хэцүү байдаг. Эдгээр хайлш нь лазерын цацрагийг илүү сайн шингээдэг бөгөөд огтлолын үйл ажиллагааны үед ихэнх боловсруулалтын үйлдвэрүүдийн хэлж байгаагаар илүү бага дроссыг үүсгэдэг.

Цэвэр, найдвартай алюминийн огтлолын пульс модуляци болон туслах хийн стратеги

1-ээс 8 мм хүртэлх зузаан цагаан тугалган хавтанг ажиллах үед тунхаглах импульсын хэлбэр нь бодит ялгааг оруулдаг. Тухайлбал, 1-ээс 5 кГц орчим давтамжтай тасралттай горимыг ашиглах үед энэ арга нь цахилгаан хайлалтын гүйцэтгэлийг илүү сайн удирдах боломжийг олгодог. Ирээсэн ирмэг нь Material Processing Journal сүүлийн жилд нийтэлсэн судалгаагаар тасралтгүй долгион ажиллахтай харьцулахад ойролцоогоор 18 хувь буурдаг. Усан онгоц эсвэл автомашины хэсэгт ашигладаг хэсгүүдийн хувьд эвдэрхий орчинд тэсвэртэй байх шаардлагатай байдаг тул 15-20 бар даралттай азотын туслах хийг нэмж ажиллах нь илүү үр дүнтэй байдаг. Энэ нь хайлуулсан материалыг үрэлтээс сэргийлж, хайлуулж буй материалыг үр ашигтай зайлуулдаг. Зарим үйлдвэрлэгчид одоо азоттой огтлох аргыг хүчилтөрөгчийн ирмэгийн саармагжуулалттай хослуулан хоёр хийтэй системд ашиглаж эхэлсэн байна. Цахилгаан тээврийн хэрэгслээр хэрэглэх хэсгүүдийн эрэлт хурдацтай өсөж буй нь энэ арга нь огтлолтын үйл явцыг ойролцоогоор 12 хувиар хурдасгаж байгаа нь чухал ач холбогдолтой юм.

Цахилгаан лазер нь зузаан цагаан тугалгыг огтолж чадах уу? Үйлдвэрлэлийн сэжигтэй байдалд хариу өгөх

Сүүлийн үеийн хөгжилтэй холбоотойгоор ширмэн лазерийн 25 мм зузаан цагаан тугалганыг огтлох боломж нээгдсэн бөгөөд энэ нь өмнө нь практикт ашиглах боломжтой гэж үздэг 15 мм-ийн хязгаараас хэтрэх юм. 12 кВт чадалтай, мөн динамик цацрагийн хэлбэлзэлтэй тоног төхөөрөмжийг авч үзвэл 5083 арьсны цагаан тугалгыг 20 мм зузааныг минутанд 0.8 метр хурдтайгаар огтлох бөгөөд нарийвчлал нь дунджаар ±0.1 мм байна. Ийм төрлийн ажиллагааг өмнө нь зөвхөн плазмын огтлолтоор л хийх боломжтой байв. Гэхдээ 12 мм-ээс илүү зузаантай материалыг ажиллах үед ажилчид 40-50 микрон хүртэлх хэлбэлзлийн загварыг ашиглан арга барилыг өөрчлөх шаардлагатай, энэ нь огтлолын налууг буруу хэмжээнд авахаас сэргийлнэ. Гэхдээ энэ тохируулгын үед хийн хэрэглээ 35%-иар нэмэгдэх зардлыг өмнөө авах болно. 30 мм-ээс дээш зузаан хавтангийн хувьд CO2 лазерүүд одоогоор ч эзэнтэй байна. Гэвч цагаан тугалгыг 20 мм-ээс бага зузааныг ажилладаг олон салбарын үйлдвэрлэлийн дөрөв дахь таван шаардлагыг одоогоор ширмэн лазерын систем нь хамарч байна.

Өндөр хүчин чадлын хайлш: Титан, Инконель хүнд нөхцөл бүхий аж үйлдвэрт

Цахилгаан лазер огтлогч машины материал титан, инконельтой нийцтэй

Титан болон никель үндэслэлтэй дээд хайлш буюу Инконель шиг хатуу материалыг ажиллах үед цахилгаан лазер нь 1.08 микрометр долгионы урттай тул онцгой ашигтай байдаг. Эдгээр материалын энэ төрлийн лазерын гэрлийг CO2 лазерын цацрагаас ойролцоогоор 47 хувь илүү шингээдэг тул энэ процессыг илүү үр ашигтай болгодог. Дулаан дамжуулах чадварын талаар ярилцвал титан маш муу дулаан дамжуулдаг (метр Кельвин нь ойролцоогоор 7.2 Ватт) тул лазер энергиэ зориулалтын хэсэгт тархалтгүйгээр хүргэж чаддаг. Инконелийн хэсгүүдийг азотыг хамгаалалтын хий болгон ашиглан огтлох нь нэг давуу тал юм. Материал нь исэлдэлтийн эсэргүүцэл үзүүлж байгаа тул цэвэр огтлолт хийх боломжтой бөгөөд чанарын асуудал багатай байна.

Титан лазер огтлох үед дулааныг хянах

Хялбарчилсан импульсийн модуляци нь агаарын болон орчин үеийн цахилгаан хангамжийн системд хэрэглэдэг титаны термал стрессыг бууруулдаг 25%-аар, хамгийн чухал хэсгүүдэд микротрещин үүсэхээс сэргийлдэг. Хамгийн сүүлийн үеийн системүүд нь хүчилтөрөгч чөлөөт нэмэлт хий ашиглан температурыг <400°C-аас доош байлгадаг 400°C -ийн температурт, эдэлбэрийн хүчийг 750 MPa-аас дээш хадгалж байгаа нь эмнэлгийн имплант болон турбинийн хөдөлгүүрт маш чухал юм.

Туршилтын тохиолдол: Агаарын тээврийн нисдэг хөдөлгүүрт хэрэглэх Inconel 718-г нарийн огтлох

6 кВт-ын ширэг лазер нь ±0.05 мм нарийвчлалтай inconel 718-ын шатуурын ханыг 4.2 м/мин хурдтайгаар огтолж чаджээ. Энэ нь 2024 онд Springer Materials Science-ийн судалгаанд дурдсанчлан азотын нөлөөгөөр сигмийн фазын тунадас үүсэхээс сэргийлсэн бөгөөд 980°C температурт хугалах эсэргүүцэл үзүүлэх чадварыг хадгалж агаарын тээврийн AS9100 чанарын стандартыг хангасан.

Нэмэлт хөгжил нь зэвэрдэггүй хайлш материалыг боловсруулах боломжийг өргөтгөж байна

Оптик коллиматор болон хийн динамикт орсон шинэ технологийн ачаар ширэг лазер ныг хайлуулж чаддаг болсон. 25 мм титан хавтан 0.8 м/мин хурдтайгаар <0.3 мм зүсэлт —плазмын хурдтай өрсөлдөж, Ra 12.5 мкм гадаргуугийн эцсийн боловсруулалт хийж чадна. Динамик фокусын зайг тохируулах замаар олон давхар аэрошиний хэсэгт байгаа материал давхраалах үед нөхөн олж боломжит хэрэглээг өргөтгөн 2022 оноос хойш 35%-иар .

Ирээдүйн зүй тогтол: Цахилгаан лазерын материал боловсруулах боломжийг өргөтгөх

Бүх төрлийн металлыг давж гарсан шинэ хэрэглээ

Одоогоор эрчимтэй материалтай ажиллахад цахилгаан лазер нь чухал хэрэгсэл болон хувирчээ. Эдгээр лазерууд нь өндөр түвшний нийлмэл бүтэц, хүнд металл-нэмэлт хавсарга, мөн нисдэг онгоцны дулааны хамгаалалтын системд шаардагдах давхар бүтцийг амжилттай эвлүүлж чаддаг. Хамгийн чухал нь уг лазерууд нүүрстөрөгчийн ширхэгээр бэхжүүлсэн пластик материалыг зүсэхдээ зөвхөн 0.1 мм-ээс бага халалтын нөлөөний бүсийг үлдээдэг. Ийм нарийн нарийвчлал нь цахилгаан хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгсэлийн шинэ үеийн баттерейн хайрцаг хийх үйлдвэрлэгчдэд маш чухал юм. Ирээдүйг харвал, 2033 он хүртэл жил бүр цахилгаан лазерыг нэмэлт хэвлэлтийн технологид ашиглах нь дунджаар 18 хувь нэмэгдэх болно гэж таамаглаж байна. Энэхүү өсөлтийн гол хүчин зүйл нь титан ашиглан нарийн төвөгтэй хэсгүүдийг хэвлэхэд 3D хэвлэлтийн технологийн ашиглалт салбаруудад нэмэгдэж байгаа явдал юм.

Өндөр түвшний үйлдвэрлэл дэх гибрид материал боловсруулах технологи

Үйлдвэрлэгчид роботын гар утасны болон давхарга үүсгэх системтэй ширхэг лазерыг нэгтгэн нэг машинтай үйлдвэрлэлийн нүд бүтээж байна. 2023 оны шинжилгээ нь олон материалтай хурдны хэмнэлтийг 34%. Энэ нэгтгэл нь цахилгаан хүчний электроник бүрэлдэхүүн хэсэгтэй хоолойн хөнгөн цагааныг огтлох, зэрэгцээ хөнгөн цагааны дулаан сэргээгчийг зэсийн шинээр холбох боломжийг олгодог—өмнө нь гурван тусдаа үйл явц шаарддаг байсан.

Олон материалтай үйлдвэрлэлийн шугамын үр ашигтай параметрийн тохируулга

Хиймэл оюун ухааны тусламжтай цахилгаан лазерууд нь 2 кВт-аас 12 кВт хүртэлх чадлыг автоматаар тохируулж, туслах хийн даралтыг 15-25 бар хооронд өөрчилж чаддаг бөгөөд материалын төрөл бүрт тохиромжтой байдаг. Зүйлсийн интернетээр холбогдсон систем нь өнгөрсөн онд хийсэн туршилтанд хаягдлыг 41%-иар бууруулсан. Энэ нь оюун ухаант системүүд материал зузааныг өөрчлөх үед ийм өөрчлөлтийг оноор тогтоож чаддаг байсан. Эд тус бүрийн хэсгийг огтлох замыг сонгохдоо машин сургах арга нь уламжлалт аргаас илүү үр дүнтэй байна. Автомашины үйлдвэрлэгчид материал ашиглалтын хувийг 98%-д хүргэсэн байгаа нь индустрийн тайлангийн мэдээллээр стандарт програм хангамжийн ашиглалтаас 22%-иар илүү байна.

НӨАТ-ын хэсэг

Цахилгаан лазерийн огтлогч машиныг CO2 лазераас илүү үр ашигтай болгодог юу?

Цахилгааныг гэрлийн энерги болгон хувиргахдаа ширхэг лазер нь 95%-ийн үр дүнтэй бөгөөд энэ нь хуучин CO2 лазерын технологийнхаас бараг хоёр дахин их байдаг. Энэ нь илүү хурдан огтлох боломжийг олгож, үйл ажиллагааны зардлыг бууруулдаг.

20 мм-с зузаан материал ширхэг лазераар огтлогдож чадах уу?

Тийм ээ, сүүлийн үеийн амжилтууд нь ширхэг лазерийг алюминийн ба титаны төрлүүдэд тусгайлан 25 мм зузаан материал огтлох боломжийг олгож байгаа бөгөөд энэ нь олон төрлийн инженерийн ажилд тохиромжтой байдаг.

Халууны нөлөөний бүсийг ширхэг лазер хэрхэн багасгадаг вэ?

Халууны нөлөөний бүсийн өргөнийг CO2 лазерийн харьцаагаар 80%-иар багасгадаг бөгөөд аэрофлотын үйлдвэрлэл зэрэг нарийн төвөгтэй хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой.

Алюминийг огтлохын тулд ширхэг лазер тохиромжтой юу?

Ширхэг лазер нь адаптив импульсын модуляци болон азотын туслах хийн стратегийг ашиглан тусгайлан термокамерийн хайлшид тусгайлан алюминийг үр дүнтэй огтлох боломжтой бөгөөд ойлт болон дулааны халдлагыг багасгадаг.