2009 elején az anyagfeldolgozó iparban az impulzus lézerek, és a folyamatos lézerek, amelyek magasabb teljesítményt tudnak adni, elkezdtek kutatni. Az ilyen lézerek csúcsteljesítménye általában eléri a 3 kW-ot, és az átlagos teljesítmény 300 W. A technológiai ugrások magasabb csúcs- és átlagos teljesítményhez vezettek. Manapság 20 kW teljesítményű csúcsteljesítményt, 2 kW átlagteljesítményt és ultra nagy teljesítményű folyamatos lézereket vezettek be. A folyamatos energiafrissítés a rost lézert a repülési és űrhajózási eszközök feldolgozásának szakaszába tolta.
A hagyományos Nd: YAG lézerekkel összehasonlítva, a szálas lézerek jelentősen javították az elektro-optikai átalakítás hatékonyságát és a sugár fényerejét (egy üzemmód vagy kis bit működés), és nem igényelnek előmelegítést. Amikor a teljesítmény megváltozik, legyen az flat-top mód (az ábrán látható (1)) vagy Gauss-mód, a folt átmérője mindig stabil marad, ugyanakkor az impulzusfrekvencia magasabb, és a A paraméterek valós idejű beállítása erősebb. Mivel a szálaszerű egyetlen sugárzót használ az gerjesztéshez, megbízhatósága, energiastabilitása és rugalmassága szempontjából kvalitatív ugrást mutat a vakupumpa-lézerekhez képest.
A szálas lézerek rugalmas és változatos alkalmazási módszerei miatt nem csak új gépekként telepíthetők, hanem korszerűsíthetők a meglévő gyártósorok is, így egyre több piaci részesedést foglalnak el. Az összes Nd: YAG lézert használó előző gyártási rendszer átalakítható szálaszerré.
Fúrási igények a repülés területén
Az űripar kétségtelenül egy másik ipar, amely nagyban részesült a szálaszerű lézer előnyeiből. A jelenlegi légiközlekedési iparban a turbinás motorokon akár millió millió lyuk lehet, amelyeket főleg arra használnak, hogy az eszköz működés közben időben eloszlassa a hőt. A lyukak vastagsága, szöge, átmérője és alakja változik. A repülőgép-fúrási alkalmazások területén az új szálaszerű gyorsabb, rugalmasabb, stabilabb és költséghatékonyabb.
Kétféle módon lehet hűtési lyukakat előállítani repülési eszközökhöz: az egyik az, hogy több impulzust használ a lyukak fúrására a szükséges nyílás szerint (impulzusfúrás); a másik az, hogy apró foltok segítségével mozgatja a gerendát kör alakban, hogy fúrólyuk legyen (foglalat). Összességében a foglalat lassabb, de az alak tökéletes. Egyes alkalmazásokban csak a hüvelyek lyukait lehet kiválasztani. Ezeknek a lyukaknak az átmérője általában 0,015–0,030 in. A repülés területén különös fúrás-követelmény van, amely egy ventilátor alakú lyuk, amely összeköti az áramot korlátozó lyukat. Ezek a ventilátor alakú furatok képezik a hűtőlevegő kilépését, azzal a céllal, hogy ugyanazt a levegőáramot nagyobb területre irányítsák a jobb hűtési hatás elérése érdekében. Jelenleg főleg a következő eljárások vannak a ventilátor alakú lyukak előállításához: az első egy kis foltú, Q-kapcsolt lézer + szkenner. A lapolvasót az alak szkennelésére használják a nyílás kilépésénél. Ennek a módszernek a használata egy ventilátor alakú lyuk megmunkálásához két gép külön működését igényli. A második módszer az, hogy csökkentjük a folt méretét, hogy kúpos legyen, majd használjuk a CNC fészket, de ez a módszer sokkal lassabb, mint a lapolvasóval felszerelt "kétlépéses módszer"; A harmadik módszer az EDM fúrási technológia alkalmazása, és ventilátor alakú furat hozzáadása a restrikciós furat kialakulása után. Ventilátor alakú lyuk fúrásánál nagyon fontos elkerülni a hőszigetelő bevonat hámlását, és a legtöbb eszköz hőszigetelő bevonattal rendelkezik.
Légi fúrási alkalmazások - szálas lézerek
Az Nd: YAG impulzusos lézerekkel összehasonlítva a szálaszervek előnyei nyilvánvalóak. Először is, a szálaszerv szivattyúforrása nem egy vaku, hanem egy dióda, tehát tökéletes négyszöghullámot képezhet. Másodszor, az Nd: YAG lézer egy vakupumpa segítségével lelassul, tehát a lézerenergia egy része mindig a célterület párolgási küszöbértéke alatt van. Ez az energia rész megolvadja az anyagot, és a hőszigetelő bevonat leépülését okozza. Az átdolgozott réteg előírásainak való megfeleléshez az impulzus időtartamának kevesebbnek kell lennie, mint 1 ms. Ebben a tekintetben a szálaszervek abszolút előnyt élveznek, mivel négyszöghullámú hullámformákat generálhatnak, tehát a 10ms-os impulzusok felhasználása megfelelhet a repülési berendezések követelményeinek az átdolgozás és a repedés előírásainak.
Példaként egy égési kamrát használunk. Impulzusos fúrás esetén az égési kamra a fúrási folyamat során egyszerre többször forog. Ebben az esetben 5 impulzusra van szükség a fúráshoz, és további 2 impulzussal kell ventilátor alakú lyukat képezni. Ennek a lézernek a maximális ismétlési frekvenciája általában 10 impulzus / másodperc. A szálaszerű ventilátor lyukat képezhet hosszú impulzussal. Ha ugyanazt az impulzus-periódust és impulzus energiát használják, mint az Nd: YAG lézert, a sebesség elérheti az eredeti tízszeresét. Legyen egy vagy két hosszú impulzus, vagy több impulzus, ugyanaz a fúrási minőség érhető el. Ezenkívül a szálaszerű az impulzus periódusát a fúrás alatt és után is beállíthatja, ahelyett, hogy folyamatosan több impulzust alkalmazna, ami előnyös a test károsodásának elkerülése érdekében.
A csiszolt rostos lézer jellemzője, hogy síkképernyős üzemmódban képes leadni, míg az Nd: YAG lézer hozzávetőlegesen Gauss-mód. Ezért a lapos tetejű üzemmódnak köszönhetően az előbbiek teljes energiája meghaladja a párolgási küszöböt, míg az utóbbi jelentős része a küszöb alatt van. A tanulmányok kimutatták, hogy az azonos fúrási hatás eléréséhez azonos feltételek mellett a szálaszerveknek kevesebb energiára van szükségük. Ennek oka a négyszöghullám + lapos felső mód. Pontosan ennek a tulajdonságnak köszönhetően a szálaszerű lézerek hatékonyabban fúrnak és kevésbé vannak termikusan sérültek. Kevesebb hőkárosodással javul mind a bevonat hámlása, mind az átdolgozás.
Az egyik ok, amiért az Nd: YAG lézerek nagy figyelmet fordítottak, az egyedi sugár-divergencia tulajdonságok. A folt mérete megváltoztatható a teljesítmény növelésével vagy csökkentésével. Mindaddig, amíg a fókusz nem koncentrálódik, a kívánt rekesz elérhető. Néhány Nd: YAG lézer integrál egy belső fókuszáló távcsövet a sugarat eltérési szögének megváltoztatására, de ehhez a beállításhoz a kezelő magas fokú profesionalitása, időigényes és megfelelő paraméterek szükségesek, ezért sok ember nem optimista Ez a módszer. Ezen a ponton a szálaszerű éppen az ellenkezője. Mivel a fókuszáló alakja tökéletesen kör alakú, nem változik, amikor az erő növekszik vagy csökken, és ha méretezhető távcsövet helyeznek a rendszerbe, akkor képes lesz közvetlenül megváltoztatni a fókuszpont méretét repülés közben. A tartomány általában 3-1.
A szálas lézerek rugalmassága jóval meghaladja az Nd: YAG lézerek rugalmasságát. Ennek oka elsősorban az, hogy az előbbi nagy válaszú diódái megváltoztathatják az impulzus periódust és az energiaszintet repülés fúrása közben, lehetővé téve az üzemeltetőknek, hogy különböző teljesítményszinteket és impulzus periódusokat használhassanak a kívánt impulzus sorrend létrehozásához. Kezdje például egy kis teljesítményű, rövid impulzussal, majd növelje a teljesítményt és az impulzust egy sorozatban, a meghatározott fúrási követelmények alapján. Mivel a szálas lézerek nagy csúcsteljesítményt nyújtanak a kW-tartományban, miközben beállítják a pontméretet és az impulzus-periódust (akár 10 μs-ig), csak egy gép elegendő.
A hüvelytechnika használatakor a szálaszerver feldolgozási sebessége eléri a tízszeresét a lámpával szivattyúzott Nd: YAG impulzus lézernél. Nem csak, hogy a szálaszerv a repülés közben történő fúrás során akár 2kW-os folyamatos teljesítményké is konvertálható, a nagysebességű vágás elérése érdekében. Néhány égéstermék-kivitelnél ez a szám tovább javítható. Összegezve: az impulzusos rostos lézerek ideálisak vastagabb lemezek vágásához és nagysebességű fúrási alkalmazásokhoz.
