Prelucrarea cu fascicul de fotoni

Introducere

Prelucrarea cu fascicul de fotoni (laser) a materialelor metalice prezintă la ora actuală o arie de răspândire din ce în ce mai largă determinată de utilizarea tot mai intensă în industrie a materialelor dure și extradure, precum și de creșterea complexității formelor constructive a diverselor repere ce intră în construcția unor ansamble sau subansamble, aparate, utilaje etc.

Se bazeaza pe actiunea termica a unei raze luminoase de inalta energie asupra suprafetei semifabricatului supus prelucrarii.Ca sursa laser se foloseste un generator cuantic de radiatie, construit pe baza de solide (rubin), gaze sau semiconductori.

Functionarea generatorului se baseaza pe principiul generarii si simularii unei raze luminoase. Energia de impuls a razei nu este mare (20-100 J ), insa se obtine in milionimi de secunda si intr-un fascicul de 0,01 mm cu o rectilinitate exceptionala, nu are abatere mai mare de 0,1 grade.

Focalizarea se face pe zone de cativa microni, ceea ce asigura o temperatura de 6000+8000°C, temperaturi care asigura topirea si evaporizarea metalului din calea razei laser. Condiția fundamentală este ca temperatura furnizată de laser să fie mai mare decât cea de evaporizare a materialului prelucrat.

Prelucrarea cu fascicul de fotoni se aplica pentru toate materialele metalice si nemetalice, dintre care amintim:

- gauri strapunse

- gauri adanci

- retezari

- taierea tablelor si materialelor nemetalice in foi si folii

- taierea unor fante

- carburile metalice

- diamantele, safirele, rubinele din care sunt confecționate filierele de extrudare pentru sârmă, a lagărelor din construcția aparatelor de măsură și control, ca și prelucrarea unor microcomponente 000000electronice

- prelucrarea sticlei .

Se pot prelucra orificii capilare,site,diafragme de wolfram,molibden sau foile de cupru (cu o un diametru cuprins intre 20-30 mm).

Toate acestea constituie probleme tehnologice ușor de rezolvat prin folosirea laserului datorită performanțelor ridicate realizate prin acest procedeu.

Trebuie menționat însă faptul că folosirea prelucrărilor cu laser prezintă încă limitări datorită costului ridicat al unor astfel de instalații, iar multitudinea parametrilor electro-tehnologici care influențează prelucrarea, face dificilă algoritmizarea proceselor. În aceste condiții, la adoptarea unor tehnologii de prelucrare cu fascicule de fotoni trebuie să se aibă în vedere eficienta tehnico-economică, analizându-se detaliat costul comparativ al acestor instalații cu altele clasice, în concordanță cu calitatea, productivitatea și consumul energetic realizabil.

Principalele caracteristici sunt:

- permite prelucrarea de la distanță fără ca instalația laser să vină în contact cu semifabricatul, folosind aparatură optică simplă (fibre optice);

- asupra materialului de prelucrat, fasciculul acționează fără impuls mecanic, deci este posibilă prelucrarea peliculelor și straturilor ultrasubțiri, fără pericolul deformării;

- în zona de interacțiune a fasciculului laser cu suprafața de prelucrat se pot atinge valori locale foarte mari ale temperaturii, suficiente să topească și să vaporizeze oricare material;

- fasciculul laser poate fi concentrat și focalizat în spații foarte mici, impulsul putând avea durate foarte mici și densități de energie foarte mari, ceea ce permite prelucrarea peliculelor foarte subțiri și a orificiilor foarte mici;

- zona influențată termic este foarte mică (de 8-12 ori mai mică decât la prelucrarea cu fascicul de electroni), suprafața prelucrată rezultând cu o duritate foarte mare (de circa 6-8 ori mai mare decât materialul de bază);

- se pot prelucra materiale în stare de magnetizare sau plasate în câmpuri magnetice sau electrice, deoarece fasciculul nu este deviat și nici afectat de aceste câmpuri;

- fasciculul de fotoni este reflectat de suprafața de prelucrat în proporție de 10 95% în funcție de constantele termofizice ale materialului și starea suprafeței, de aceea sunt necesare măsuri speciale în vederea prelucrări anumitor suprafețe (acoperiri fine anti reflectante, schimbarea intensității fasciculului în timpul prelucrării etc.).