Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Heb je je ooit afgevraagd hoe lasers voor een revolutie hebben gezorgd, van chirurgie tot het snijden van metaal? Dit artikel duikt in de fascinerende wereld van CO2 lasers en legt hun principes, structuur en diverse toepassingen uit. Al lezend zul je ontdekken hoe deze krachtige gereedschappen werken en wat hun invloed is op verschillende industrieën. Maak je klaar om de wonderen van CO2 lasertechnologie te ontdekken!
In 1964 verkreeg Patel continue laseroutput bij golflengtes in de buurt van 10,4 micron en 9,4 micron in CO2-gasontlading, waarmee 's werelds eerste CO2 moleculaire laser het licht zag.
Het heeft een aanzienlijk vermogen en een hoge energieomzettingsefficiëntie.
Het maakt gebruik van de overgang tussen de vibratie-rotatie-energieniveaus van CO2-moleculen, wat resulteert in een rijk spectrum. Er zijn tientallen spectraallijnen voor laseruitvoer in de buurt van 10 micron. De uitgebreide toepassing in de industrie, het leger, de medische wereld en het wetenschappelijk onderzoek heeft ons leven vele gemakken gebracht.
In 1966 zag de aerodynamische CO2 laser het levenslicht, wat veel aandacht trok voor de CO2 lasertechnologie. De introductie van aerodynamica in de lasertechnologie heeft brede perspectieven geopend voor het gebruik van CO2 lasers.
Met de vooruitgang van wetenschap en technologie heeft ook de lasertechnologie zich wereldwijd ontwikkeld. De kooldioxydelaser is momenteel een van de lasers met een hoog continu uitgangsvermogen. De vroege ontwikkeling en volwassen commerciële producten zijn op grote schaal gebruikt in gebieden zoals materiaalverwerking, medisch gebruik, militaire wapens en milieumetingen.
In de ontwikkeling en toepassing van lasers kwam de creatie en toepassing van CO2 lasers eerder en vaker. Al aan het eind van de jaren 1970 werden CO2 lasers rechtstreeks uit het buitenland geïmporteerd voor industriële verwerking en medische toepassingen.
Sinds het einde van de jaren 1980 zijn CO2 lasers op grote schaal geïntroduceerd en toegepast op het gebied van materiaalbewerking.
Dit artikel introduceert voornamelijk de basisprincipes en structuur van de CO2 laser en richt zich op de toepassing van de CO2 laser vanuit drie aspecten. Tot slot worden de huidige onderzoeksstatus en toekomstperspectieven van de CO2 laser besproken.
De productie van lasers vereist drie voorwaarden:
(1) Een versterkingsmedium dat als laserwerkmateriaal voor versterking zorgt en waarvan de geactiveerde deeltjes (atomen, moleculen of ionen) een energieniveaustructuur hebben die geschikt is voor gestimuleerde emissie;
(2) Een externe excitatiebron die deeltjes van lagere energieniveaus naar hogere niveaus pompt, wat een deeltjesaantalinversie veroorzaakt tussen de hogere en lagere energieniveaus van de laser;
(3) Een optische resonator die de werklengte van het geactiveerde medium vergroot, de richting van de lichtstraal regelt en de frequentie van het gestimuleerde emissielicht selecteert om de monochromaticiteit te verbeteren.
Vergeleken met gewone lichtbronnen hebben lasers vier belangrijke eigenschappen: uitstekende richtbaarheid, extreem hoge helderheid, goede monochromaticiteit en hoge coherentie.
Een laserapparaat is een mechanisme dat lasers kan uitzenden. De eerste microgolfkwantumversterker werd gemaakt in 1954 en produceerde een zeer coherente microgolfstraal.
In 1958 breidden A.L. Schawlow en C.H. Townes de principes van microgolfkwantumversterkers uit naar het optische frequentiebereik en schetsten de methoden voor het genereren van lasers.
In 1960 construeerden T.H. Maiman en zijn team de eerste robijnlaser. In 1961 werd een helium-neon laser geproduceerd door A. Javan en anderen, en in 1962 creëerden R.N. Hall en zijn team een gallium arsenide halfgeleiderlaser. Sindsdien zijn de soorten lasers voortdurend uitgebreid.
Afgezien van vrije-elektronenlasers zijn de fundamentele werkingsprincipes van verschillende lasers identiek.
De essentiële voorwaarden voor het produceren van een laser zijn deeltjesaantalinversie en een versterking die groter is dan het verlies, dus de onmisbare onderdelen van een systeem zijn een excitatiebron (of pomp) en een werkmedium met metastabiele energieniveaus.
Excitatie is de excitatietoestand nadat het werkmedium externe energie heeft geabsorbeerd, waardoor de voorwaarden worden gecreëerd voor het bereiken en behouden van deeltjesaantalinversie. Excitatiemethoden omvatten optische excitatie, elektrische excitatie, chemische excitatie en nucleaire energie-excitatie.
Het werkmedium met een metastabiel energieniveau laat gestimuleerde straling domineren, waardoor lichtversterking wordt bereikt. Gangbare componenten in een laserapparaat bevatten ook een resonantieholte.
De resonantieholte (zie optische resonantieholte) is echter geen essentieel onderdeel. De resonantieholte kan de frequentie, fase en richting van de fotonen in de holte op elkaar afstemmen, waardoor de laser een uitstekende richtingsgevoeligheid en coherentie krijgt.
Bovendien kan het de lengte van het werkmateriaal effectief inkorten en de modus van de geproduceerde laser aanpassen door de lengte van de resonantieholte te veranderen. Daarom hebben de meeste laserapparaten een resonantieholte.
Er zijn veel soorten lasers. Hieronder zullen we ze categoriseren en introduceren op basis van het werkmateriaal, de excitatiemethode en de werkingsmodus van de laser.
(1) Door werkmateriaal
Lasers kunnen worden gegroepeerd in verschillende categorieën op basis van de toestand van het werkmateriaal:
Vaste (kristal en glas) lasers;
Gaslasers, verder onderverdeeld in atomaire gaslasers, ionengaslasers, moleculaire gaslasers en quasi-moleculaire gaslasers;
Vloeibare lasers, waarvan de werkmaterialen voornamelijk twee types omvatten: organische fluorescerende kleurstofoplossingen en anorganische samengestelde oplossingen die zeldzame aardmetaalionen bevatten;
④ Halfgeleiderlasers;
Vrij-elektronenlasers.
(2) Door excitatiemethode
Optisch gepompte lasers;
② Elektrisch aangestoken lasers;
Chemische lasers;
④ Nucleair gepompte lasers.
(3) Op bedrijfsmodus
Door de verschillende werkmaterialen, excitatiemethoden en toepassingsdoeleinden van lasers, variëren ook hun werkingsmodi en -toestanden. Ze kunnen worden onderverdeeld in verschillende hoofdtypen:
① Continue lasers;
Enkelpulslasers;
Repetitieve pulslasers;
Gemoduleerde lasers;
Mode-locked lasers;
Singlemode en frequentiestabiele lasers;
Afstembare lasers.
In Figuur 1 wordt een typische CO2 laserstructuur weergegeven. De twee spiegels die de resonantieholte van de CO2 laser vormen, worden op een verstelbaar holte rek geplaatst. De eenvoudigste methode is om de spiegels direct aan beide uiteinden van de ontladingsbuis te bevestigen.
Basisstructuur:
Laserbuis
Dit is het meest kritische onderdeel van de laser. Het bestaat meestal uit drie delen (zie figuur 1): de ontladingsruimte (ontladingsbuis), de waterkoelmantel (buis) en het gasreservoir.
De ontladingsbuis is meestal gemaakt van hard glas en heeft vaak een cascaderende cilinderstructuur. Deze beïnvloedt de uitvoer van de laser en het vermogen van de laseroutput. De lengte van de ontladingsbuis is evenredig met het uitgangsvermogen.
Binnen een bepaald lengtebereik neemt het vermogen per meter ontladingsbuis toe met de totale lengte.
Over het algemeen heeft de dikte van de ontladingsbuis geen invloed op het uitgangsvermogen. De watergekoelde mantelbuis is, net als de ontladingsbuis, gemaakt van hard glas.
De functie is om het werkgas te koelen, waardoor het uitgangsvermogen wordt gestabiliseerd. De gasopslagslang is verbonden met beide uiteinden van de afvoerslang, wat betekent dat het ene uiteinde van de gasopslagslang een klein gaatje heeft dat verbonden is met de afvoerslang en dat het andere uiteinde verbonden is met de afvoerslang via een spiraalvormige retourgasslang.
De functie is om het gas in de afvoerbuis te laten circuleren, wat een constante gasuitwisseling mogelijk maakt.
Optische resonator
De optische resonator bestaat uit een totale reflectiespiegel en een gedeeltelijke reflectiespiegel en vormt een cruciaal onderdeel van de CO2 laser.
De optische resonator heeft gewoonlijk drie functies: de voortplantingsrichting van de lichtbundel regelen, de monochromaticiteit verbeteren; een modus selecteren; de werklengte van het actieve medium verlengen.
De eenvoudigste en meest gebruikte optische resonator van een laser bestaat uit twee vlakke spiegels (of sferische spiegels) die tegenover elkaar zijn geplaatst. De resonator van de CO2 laser maakt vaak gebruik van een vlak-concaaf holte, waarbij de reflectiespiegel gemaakt is van K8 optisch glas of optisch kwarts, bewerkt tot een concave spiegel met een grote kromtestraal.
Een zeer reflecterende metaalfilm-goudfilm wordt afgezet op het spiegeloppervlak en bereikt een reflectiesnelheid van 98,8% voor licht met een golflengte van 10,6 μm, en het heeft stabiele chemische eigenschappen.
We weten dat het licht dat koolstofdioxide uitzendt infrarood is, dus de spiegel moet infrarood licht kunnen doorlaten. Omdat gewoon optisch glas ondoorzichtig is voor infrarood licht, is er een klein gaatje nodig in het midden van de totale reflectiespiegel, die vervolgens wordt afgedicht met een materiaal dat een 10,6 μm laser kan doorlaten.
Hierdoor wordt het gas afgesloten en kan een deel van de laser in de resonator de holte verlaten via dit kleine gaatje, waardoor een laserstraal wordt gevormd.
Voeding en pomp
De pompbron levert energie om een populatie-inversie te veroorzaken tussen de bovenste en onderste energieniveaus in het werkmateriaal. De ontlaadstroom van een gesloten CO2 laser is klein, met behulp van een koude kathode, en de kathode is gemaakt in een cilindrische vorm met molybdeen of nikkel.
Met een werkstroom van 30-40 mA en een kathodecilinderoppervlak van 500 cm2 zal de spiegel niet vervuild raken. Er wordt een lichtbarrière toegevoegd tussen de kathode en de spiegel.
Zoals weergegeven in Figuur 2, illustreert het diagram de moleculaire energieniveaus die verantwoordelijk zijn voor de laseropwekking in een CO2 laser.
Het excitatieproces van de CO2 laser, zoals te zien is in Figuur 2, bestaat voornamelijk uit drie gassen: CO2, stikstof en helium. CO2 is het gas dat laserstralingterwijl stikstof en helium als hulpgassen dienen.
Het helium dient twee doelen: het versnelt het thermische relaxatieproces van het 010 niveau, wat helpt bij de extractie uit het 100 en 020 niveau en het vergemakkelijkt een effectieve warmteoverdracht.
De introductie van stikstof vergemakkelijkt voornamelijk de energieoverdracht in de CO2-laser, wat aanzienlijk bijdraagt aan de accumulatie van deeltjes op de hogere energieniveaus van de CO2-laser en de uitvoer van lasers met hoog vermogen en hoge efficiëntie.
De pomp maakt gebruik van continue gelijkstroombekrachtiging. Het DC-voedingsprincipe bestaat uit het transformeren van de aangesloten AC-spanning met behulp van een transformator en vervolgens het gelijkrichten en filteren van de hoge spanning om deze toe te passen op de laserbuis.
De CO2 laser is een hoogrendementslaser die het werkmedium zo min mogelijk beschadigt. Hij zendt een onzichtbare laser uit met een golflengte van 10,6 μm, waardoor het een ideale laser is.
Volgens de werkomstandigheden van het gas kan het worden onderverdeeld in gesloten en circulatietypen. Op basis van de excitatiemethode kunnen ze worden onderverdeeld in elektrische excitatie, chemische excitatie, thermische excitatie, optische excitatie en nucleaire excitatie. Bijna alle CO2-lasers die in de geneeskunde worden gebruikt, worden elektrisch aangeslagen.
Het basis werkingsprincipe van de CO2 laser is vergelijkbaar met andere moleculaire lasers, waarbij het gestimuleerde emissieproces vrij complex is.
Het molecuul heeft drie verschillende bewegingen: de beweging van de elektronen binnen het molecuul, die de elektronische energietoestand van het molecuul bepaalt; de trillingen van de atomen binnen het molecuul, d.w.z. atomen die periodiek rond hun evenwichtspositie oscilleren en zo de trillingsenergietoestand van het molecuul bepalen; en de rotatie van het molecuul, d.w.z. de voortdurende rotatie van het molecuul in de ruimte als geheel, die de rotatie-energietoestand van het molecuul bepaalt.
Moleculaire bewegingen zijn extreem complex, vandaar de complexiteit van de energieniveaus.
Laseropwekking in CO2-laser: In de ontladingsbuis wordt gewoonlijk een gelijkstroom van enkele tientallen tot honderden milliampères ingevoerd.
Tijdens de ontlading worden de stikstofmoleculen in het gemengde gas in de ontladingsbuis geëxciteerd door elektronenbotsing. De geëxciteerde stikstofmoleculen botsen vervolgens met CO2-moleculen.
De N2-molecule draagt zijn energie over aan de CO2-molecule, waardoor de CO2-molecule van een lager energieniveau naar een hoger niveau overgaat, wat resulteert in een populatie-inversie en bijgevolg in laseropwekking.
In vergelijking met andere lasers hebben CO2 lasers de volgende voor- en nadelen:
Voordelen:
Ze hebben een superieure richtingsgevoeligheid, monochromaticiteit en frequentiestabiliteit. Gezien de lage dichtheid van het gas is het moeilijk om een hoge dichtheid van geëxciteerde deeltjes te bereiken, dus de energiedichtheid output van een CO2 gaslaser is over het algemeen lager dan die van een vastestoflaser.
Nadelen:
Hoewel het energieomzettingsrendement van CO2-lasers vrij hoog is, zal het niet hoger zijn dan 40%. Dit betekent dat meer dan 60% van de energie wordt omgezet in thermische energie van het gas, wat resulteert in een temperatuurstijging. De stijging van de gastemperatuur kan leiden tot depopulatie van het bovenste laserniveau en thermische excitatie van het onderste niveau, die beide het aantal deeltjesinversies verminderen.
Bovendien kan een verhoging van de gastemperatuur leiden tot een verbreding van de spectraallijnen, waardoor de versterkingscoëfficiënt afneemt.
Vooral de stijging van de gastemperatuur kan ook de ontbinding van CO2-moleculen veroorzaken, waardoor de concentratie CO2-moleculen in de ontladingsbuis afneemt. Deze factoren kunnen het uitgangsvermogen van de laser verlagen en zelfs leiden tot "thermische afschakeling".
In de afgelopen jaren is de gestage ontwikkeling van CO2-lasers in militaire toepassingen opmerkelijk geweest. Laserwapens zijn als nieuw concept geliefd geworden in de bewapening van de nieuwe eeuw vanwege hun voordelen ten opzichte van traditionele conventionele wapens, zoals hoge snelheid, goede richtbaarheid, hoge energiedichtheid en hoge operationele efficiëntie.
Hoge-energie laserwapens spelen een steeds belangrijkere rol in militaire toepassingen en vertegenwoordigen de richting van de toekomstige wapenontwikkeling. Ze staan op het punt om de huidige omgeving van het slagveld en de manier van oorlogvoeren ingrijpend te veranderen en de aard van toekomstige conflicten diepgaand te veranderen.
Aërodynamische CO2-lasers met een hoog uitgangsvermogen zijn door verschillende landen ontworpen voor de ontwikkeling van hoogenergetische laserwapens.
Een basiskenmerk van laser raket verdediging, of laser antiraket tactieken, is het gebruik van hoogenergetische lasers die met de snelheid van het licht reizen om raketten of andere vliegende objecten die met de snelheid van het geluid bewegen te vernietigen.
We kunnen met een gerust hart zeggen dat dit gebied wordt gedomineerd door CO2-lasers vanwege hun belangrijke voordelen.
Op dit moment gebruikt het leger kleine antiraketsystemen met lasers op het land, de luchtmacht gebruikt antiraketsystemen met lasers in de lucht en de marine gebruikt antiraketsystemen met lasers op schepen, die allemaal gebruikmaken van hoogenergetische CO2-lasers.
De belangrijkste kenmerken van toekomstige CO2 laserwapens zijn ultrahoog vermogen en hoge draagbaarheid. Hoog-energetische lasers zullen een cruciaal onderdeel vormen van toekomstige gevechtssystemen en bijdragen aan contrasurveillance, actieve bescherming, luchtverdediging en mijnopruiming.
De grote draagbaarheid zal de gevechtscapaciteiten van individuele soldaten sterk verbeteren, waardoor de rol van elke soldaat wordt gemaximaliseerd, hoewel dit idee momenteel nog theoretisch is. Laserwapens van verschillende landen worden in deze richting ontwikkeld.
Toekomstige CO2 laserwapens zullen naar verwachting evolueren naar een hoge functionaliteit, draagbaarheid en dodelijke efficiëntie. Zoals getoond in Figuur 3:
In de afgelopen 20 jaar heeft lasertechnologie snelle vooruitgang geboekt op medisch gebied, waardoor veel ziekten en aangeboren aandoeningen effectief zijn genezen.
CO2-lasers met vrije bundel worden gebruikt bij operaties, vaak op een contactloze manier met huidweefsel, wat verschillende voordelen biedt ten opzichte van conventionele operaties, zoals minder mechanische schade, betere bescherming van omliggend weefsel en gemakkelijker handhaven van aseptische omstandigheden.
Vergeleken met andere laserchirurgie heeft de CO2 laserscalpel een sterker snijvermogen, een hogere weefselabsorptiecoëfficiënt en een kleinere weefselpenetratieconcentratie (ongeveer 0,23 mm). Hierdoor is er minder kans op beschadiging van slagaders tijdens de operatie, wat leidt tot het wijdverspreide gebruik van continue CO2 lasers voor klinische chirurgische behandeling.
De schade van continue CO2 lasers aan weefsels in klinische toepassingen is echter niet-selectief, wat vaak resulteert in bijwerkingen zoals huidlittekens na een operatie. Het snijden of verdampen van laesies kan ook normale weefsels in verschillende mate beschadigen, waardoor het ongeschikt is voor operaties waaraan hoge eisen worden gesteld. Dit beperkt de verdere toepassing van CO2 lasers in de geneeskunde aanzienlijk.
In 1983 stelden Aderson en Parrish het principe van "selectieve fotothermolyse" voor om laserbehandelingen niet te beschadigen.
Het belangrijkste idee is dat wanneer de laser door het normale weefsel gaat om de doelwitlaesie te bereiken, de absorptiecoëfficiënt van de laesie voor de laser hoger moet zijn dan die van het normale weefsel - hoe groter het verschil, hoe beter - om te voorkomen dat het normale weefsel beschadigd wordt bij het vernietigen van de doelwitlaesie.
De thermische relaxatietijd van het doelweefsel moet langer zijn dan de pulsbreedte of actietijd van de laser, om te voorkomen dat de warmte zich verspreidt naar het omringende normale weefsel tijdens het laserverwarmingsproces.
Gebaseerd op het principe van "selectieve fotothermolyse", kwamen in de jaren 1990 hoogenergetische pulserende medische apparaten op de markt, zoals CO2-laserbehandelingsmachines met ultrapuls.
Deze apparaten zijn met succes toegepast, waardoor baanbrekende vooruitgang is geboekt in toepassingen waaraan hoge eisen worden gesteld, met name op het gebied van lasercosmetica. De vooruitzichten voor ontwikkeling zijn zeer breed.
Ultra-puls CO2 lasers maken gebruik van geavanceerde pulstechnologie en PWM vermogensregelingstechnologie. Deze verhogen niet alleen snel het piekvermogen van de laser, waardoor er voldoende energie naar het doelweefsel gaat, maar regelen ook nauwkeurig de breedte en herhalingsfrequentie van elke puls via PWM-signalen.
Door de thermische relaxatietijd van het doelweefsel te berekenen, kan met het regelen van de pulsbreedte een optimaal chirurgisch resultaat worden bereikt. De thermische relaxatietijd van haarvaten is bijvoorbeeld ongeveer 10 microseconden, waardoor een pulsbreedte van minder dan 10 microseconden nodig is; de thermische relaxatietijd van huidweefsel is ongeveer 1 ms, waardoor een pulsbreedte van minder dan 1 ms nodig is voor een laserapparaat dat wordt gebruikt voor het weer zichtbaar maken van de huid en het verwijderen van rimpels.
Het belangrijkste verschil tussen moderne laserapparaten en die van meer dan tien jaar geleden ligt in de nauwkeurige regeling van de pulsbreedte, die fundamenteel zorgt voor de veiligheid van moderne laserbehandelingen.
CO2-laserbehandelingsmachines met ultrapuls hebben niet alleen de gemeenschappelijke kenmerken van scalpels met continue CO2-laser, maar ook hun voordelen. Ze kunnen gepulseerde lasers met hoge energie en hoge herhalingsfrequentie uitvoeren, waardoor ze voldoen aan de operationele vereisten van "laser selective photothermolysis".
Ze kunnen doelweefsels snel en effectief verwijderen, waarbij de schade van de laser aan normale weefsels tot een minimum wordt beperkt en de nauwkeurigheid en veiligheid van medische klinieken aanzienlijk worden vergroot.
Klinische praktijk heeft aangetoond dat bij het uitvoeren van dezelfde operatie, de laservermogen die door gepulseerde lasers wordt gebruikt, is veel lager dan die van continue lasers.
Daarom is de weefselreactie die wordt veroorzaakt door laserchirurgie lichter, is de schade aan de omliggende weefsels minder, is de tijd korter en wordt er minder rook geproduceerd tijdens de behandeling, waardoor een helder gezichtsveld ontstaat.
Ultra-pulse CO2 lasers zijn op grote schaal gebruikt in Otorinolaryngologie, Gynaecologie, Neurochirurgie, Algemene Chirurgie en Esthetiek.
Lumenis, het bedrijf dat Bridge Therapy introduceerde, heeft verschillende CO2 laserbehandelingsapparaten onderzocht en geproduceerd, zoals de NovaPulse Series voor gebruik in de Oorheelkunde en Esthetiek.
Andere voorbeelden zijn het chirurgisch apparaat MODEL CTL1401 van het Poolse bedrijf CTL en de GL-Ⅲ van het Japanse NANO LASER, een CO2-laserbehandelingsapparaat voor kaakchirurgie.
(1) CO2 Lasersnijden Technologie
Lasersnijtechnologie wordt op grote schaal gebruikt bij de verwerking van zowel metalen als niet-metalen materialen. Het verkort de verwerkingstijd aanzienlijk, verlaagt de kosten en verbetert de kwaliteit van de werkstukken.
Lasersnijden wordt bereikt door de energie met hoge vermogensdichtheid die geproduceerd wordt na het richten van de laser.
Vergeleken met traditionele plaatbewerking methoden biedt lasersnijden een superieure snijkwaliteit, snelheid, flexibiliteit (waardoor willekeurige vormen mogelijk zijn) en een brede aanpasbaarheid aan materialen.
In termen van metaal snijdenHet vormt het primaire domein van CO2 lasersnijden. Momenteel worden krachtige lasersnijmachines, gezien de economische factoren, over het algemeen gebruikt voor onderaanneming in de vorm van stationaire verwerking.
Met de ontwikkeling van CO2-lasers met middelhoog vermogen in eigen land, zijn verschillende plaatmetaal fabrieken hun eigen lasersnijmachines zullen aanschaffen, wat zal leiden tot een aanzienlijke stijging van de vraag.
Niet-metaal snijden wordt toegepast bij het snijden van stansmallen, hout en high-density fiberboard en kunststof.
(2) CO2 laserlassen Technologie
Laserlassen is een materiaalverbindingsmethode die voornamelijk wordt gebruikt voor het verbinden van metalen materialen. Vergelijkbaar met traditionele lastechniekenHet verbindt twee componenten of onderdelen door het materiaal in het verbindingsgebied te smelten.
Gezien de hoge concentratie laserenergie zijn de opwarm- en afkoelprocessen ongelooflijk snel.
Materialen die moeilijk te bewerken zijn met standaard lastechnieken vanwege hun brosheid, hoge hardheid of sterke flexibiliteit, kunnen eenvoudig worden bewerkt met lasers.
Aan de andere kant, laserlassen Er is geen mechanisch contact, waardoor het gemakkelijk is om ervoor te zorgen dat het lasgebied niet vervormt onder spanning.
Door de kleinste hoeveelheid materiaal te smelten om legeringverbindingen te bereiken, kan de kwaliteit van lassen sterk verbeterd en de productiviteit verhoogd.
Laserlassen biedt een diepe lasnaad en een minimale warmte-beïnvloede zone, wat resulteert in een superieure kwaliteit.
Bij het lassen van metalen dunne platen zijn CO2-lasers met middelhoog vermogen bijvoorbeeld geschikt voor het lassen van metalen dunne platen met een dikte van minder dan 1 mm, zoals gelamineerde platen. platen van siliciumstaal vaak gebruikt in auto-onderdelen, generatoren, ruitenwissers, starters, raamliften, enz.
Deze werden vroeger vastgezet door ponsen en klinken, maar kunnen nu worden gelast met lasers.
Het lassen van batterijen, met name bij de productie van lithiumbatterijen - zoals het tablassen, het lassen van de veiligheidsklep, het lassen van de negatieve elektrode, het afdichtlassen van de behuizing - is laserlassen het optimale proces. laserlasmachines.
De vraag naar laserlassen in precisie-instrumentonderdelen neemt ook toe, zoals de lassen van roestvrij staal membranen en behuizingen van luchtvaartinstrumenten.
De CO2 laser staat al bijna 50 jaar in het middelpunt van de belangstelling. Dit type gaslaser werkt met CO2-gas als werkmedium. CO2 lasers vormen een belangrijke categorie gaslasers.
De huidige belangrijkste onderzoeksrichtingen voor CO2-lasers omvatten:
1. CO2-lasers met hoog rendement.
Vergeleken met vaste-stoflasers is hun efficiëntie ongetwijfeld extreem hoog. In vergelijking met de CO2 laser zelf is de efficiëntie echter nog steeds relatief laag.
In 1964 werd met N2 een omzettingsefficiëntie van 3% bereikt; in 1965 werd met een mengsel van CO2-N2-He-gassen een omzettingsefficiëntie van 6% bereikt. Tot op heden is het hoogste rendement niet hoger dan 60%.
Veel bedrijven doen onderzoek naar efficiëntieverbeteringen. Het Amerikaanse bedrijf Datong heeft bijvoorbeeld een efficiëntie van ongeveer 60% bereikt in hun CO2-lasers.
2. Kleine, multifunctionele CO2-lasers.
De meeste van de huidige CO2-lasers hebben slechts één functie en kunnen slechts een zeer specifieke taak uitvoeren. We weten dat de CO2 lasers die in grote ziekenhuizen worden gebruikt voor het verwijderen van sproeten en haar vrij omvangrijk zijn, maar hun structuren zijn fundamenteel hetzelfde. Het gebruik van multifunctionele CO2 lasers resulteert in een kleiner fysiek volume en, relatief, een veel lagere prijs.
3. CO2-lasers met hoog vermogen.
Hoog vermogen is altijd een militair streven geweest. In dit opzicht is het onderzoeksniveau van sommige binnenlandse militaire ondernemingen relatief achtergebleven. De Amerikaanse luchtmacht was de eerste die onderzoek begon te doen naar CO2-lasers met hoog vermogen.
In 1975, de elfde verjaardag van de geboorte van de CO2 laser, ontwikkelde de Amerikaanse luchtmacht een CO2 laser met een vermogen van 30KW. In 1988 bereikte het uitgangsvermogen van de onderzochte CO2 laser 380KW.
Volgens gegevens van het Amerikaanse leger heeft het uitgangsvermogen van de ontwikkelde CO2-lasers nu het niveau van tientallen megawatts bereikt.
4. Onderzoek naar industriële technologie.
CO2-lasers domineren in laserbewerkingen wordt onder andere veel gebruikt voor lassen, snijden, warmtebehandeling en reiniging. Aan de kwaliteit en het vermogen van de laser worden zeer nauwkeurige eisen gesteld.
Daarom moeten industriële CO2-lasers laserstralen van hoge kwaliteit en een stabiel uitgangsvermogen hebben.
Lasertoepassingen zijn al doorgedrongen tot gebieden als optica, geneeskunde, kernenergie, astronomie, geografie en oceanografie en markeren de ontwikkeling van de nieuwe technologische revolutie.
Als je de geschiedenis van de laserontwikkeling vergelijkt met de geschiedenis van de elektronica en de luchtvaart, moet je je realiseren dat we ons nog in het beginstadium van de laserontwikkeling bevinden en dat er een nog spannendere en veelbelovende toekomst aan de horizon gloort.
De toekomst van CO2 lasers zal zich in de volgende richtingen ontwikkelen:
(1) CO2-laser met hoog vermogen en dwarse stroming.
Deze krachtige CO2 laser met dwarsstroming wordt gebruikt voor laserbewerking en warmtebehandeling, met een geïntegreerde doosvormige structuur. De bovenste doos van de eenheid bevat een geïntegreerde ontladingskamer, warmtewisselaar, ventilatorsysteem, inlaat-/uitlaatgeleider en een optische resonator.
De onderste kast bevat de laserbron, het gasoplaad- en ontlaadsysteem, de vacuümpomp, de ballastweerstandkast en de besturingskast.
Vergeleken met bestaande technologie heeft het een compacte structuur, eenvoudige installatie, onderhoud, hoge werkefficiëntie en kan het geminiaturiseerd worden.
De primaire toepassingen zijn bij het lassen van diamantgereedschappen, tandwielen voor auto's, gasgeneratoren voor airbags voor auto's, laser oppervlakteverharding en overlayingprocessen en unieke toepassingen zoals oppervlakreparatie van petrochemische onderdelen en oppervlaktefusieharding van stalen rollen.
(2) Akoestisch-optische Q-geschakelde CO2-laser.
Om te voldoen aan de toepassingseisen op het gebied van laserafstandsbepaling, omgevingsdetectie, ruimtecommunicatie en het onderzoek naar laser-materiaal interactiemechanismen, is een akoestisch-optische Q-switched CO2 laser ontwikkeld.
Met behulp van de snelheidsvergelijkingen van Q-switched pulslasers zijn de belangrijkste technische parameters van de laseruitgang theoretisch geanalyseerd, berekend en vervolgens experimenteel geverifieerd.
De pulsherhalingsfrequentie van de laser loopt van 1 Hz tot 50 kHz. Bij 1 kHz is de pulsbreedte van de uitvoerlaser 180 ns en het piekvermogen 4062 W, wat in principe overeenkomt met theoretische berekeningen.
De resultaten tonen aan dat een hoge herhalingsfrequentie, smalle pulsbreedte en hoog piekvermogen van een CO2-laser van kleine afmetingen kan worden bereikt door een optimale selectie van het akoestisch-optische (AO) kristal en een redelijk resonatorontwerp.
Golflengtetuning en gecodeerde uitvoer van zulke lasers kan worden bereikt door het ontwerp van roosterlijnselectie en TTL-signaalbesturing.
(3) Compacte, langlevende RF opgewekte golfgeleider-CO2-laser.
Om de toepassing van CO2 lasers in industriële verwerking en militair gebruik te verbreden, is een compacte lange levensduur RF geëxciteerde golfgeleider CO2 laser ontwikkeld door gebruik te maken van geëxtrudeerde profielen van aluminiumlegering voor het laserlichaam, schijfinductantie in plaats van traditionele draadgewonden inductantie en een volledig metalen afdichtingsproces.
Hij kan continu of pulserend uitzenden met een modulatiefrequentie niet hoger dan 20 kHz, met een maximaal uitgangsvermogen van 30 W, een levensduur van meer dan 1500 uur en een opslagduur van meer dan 1,5 jaar.
De resultaten tonen aan dat deze laser een compacte structuur heeft, een stabiel uitgangsvermogen, een lange levensduur en kan werken in continue en pulsmodulatiemodus. Hij kan niet alleen verschillende materialen verwerken, maar ook worden gebruikt in militaire toepassingen.
(4) Nieuwe draagbare TEA CO2-laser.
Dit is een nieuwe draagbare overdwars geëxciteerde atmosferische druk CO2 laser. De laser wordt gevoed door vier oplaadbare batterijen nr. 5 en kan 1 uur continu werken bij een herhalingssnelheid van 1 Hz.
De grootte van de complete lasereenheid (inclusief de voeding en het besturingssysteem) is 200 nm×200 mm × 360 mm, en het gewicht is minder dan 8 kg. De laser maakt gebruik van ultraviolette corona-preionisatie voor een stabiele en uniforme ontlading.
Bij vrije oscillatie bereikt de uitgangsenergie van de laserpuls 35 mJ en de uitgangspulsbreedte is 70 ns.
(5) Krachtige continue CO2-laser.
Als reactie op het probleem van scheuren en bladvervorming in de doorlopende laserbekleding van turbinebladen van helikoptermotoren werd een nieuw vermogensregelschema toegepast op een 5 kW continue dwarsstroom-CO2-laser.
Met behulp van software en gerelateerde besturingen werd een gepulseerd laservermogen bereikt, waarmee de kosten- en stabiliteitsproblemen van schakelende voedingen met hoog vermogen werden overwonnen.
De pulsmodulatiefrequentie kan 5 Hz bereiken en de modulatie duty cycle kan variëren van 5% tot 100%.
In een experiment met gelegeerd poeder Stellite X-40 cladding op het K403-legering oppervlak van motorbladen werd een piekvermogen van 4 kW, een pulsherhalingsfrequentie van 4 Hz en een duty cycle van 20% gebruikt.
De resultaten toonden aan dat de warmte-beïnvloede zone na het cladden met 50% was verminderd, de hardheid met 5% was toegenomen, de interfaciale hechting vergelijkbaar was met die van het basismateriaal en er geen claddingscheuren of bladvervorming optraden.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 