استفاده از لیزر با پالس های بسیار کوتاه در حوزه فرآوری ماکروسکوپی

استفاده از لیزر با پالس های بسیار کوتاه در حوزه فرآوری ماکروسکوپی

کارگاه UKP در ماه آپریل ۲۰۱۹ در آخن[1] آلمان با ۱۷۰ شرکت کننده از ۱۴ کشور برای بحث و گفتگو بر روی آخرین پیشرفت ها در زمینه کاربردهای صنعتی لیزرهای با پالس های بسیار کوتاه (USP[2]) برگزار شد.
به گفته آقای دکتر آرنولد گیلنر[3]، رئیس شرکت فرانهوفر[4] (ILT فرانهوفر، آخن): "لیزرهایUSP  راه خود را در صنعت پیدا کرده اند. هدف بعدی ساخت لیزرهای USP توان بالا است. در حال حاضر لیزرهای CO2 و فیبر برای فرآوری مواد قطعات ماکروسکوپی مورد استفاده قرار می ‌گیرند. چالش پیش رو چگونگی رساندن فوتون ها به قطعه کار است."

 
شکل 1- آقای دکتر آرنولد گیلنر در حال توضیح درباره چالش رساندن فوتون ها به قطعه کار.
 
در حال حاضر لیزرهای تا توان ۱۰۰ وات وارد بازار شده‌ اند و توانسته اند با ماشین های صنعتی ادغام شوند. به زودی لیزرهای USP با توان چندین کیلووات از شرکت IOF فرانهوفر (IOF فرانهوفر، ژنا[5]) که در زمینه کاربردهای اپتیک و ابزارهای مکانیکی دقیق فعالیت دارد و همچنین از شرکت ILT فرانهوفر که در زمینه منابع فوتونی پیشرفته فعالیت دارد، به این بازار اضافه خواهند شد. هر دو شرکت موفق شده اند که رکورد جهانی جدیدی را در چند ماه اخیر ثبت کنند. شرکت IOF توانسته است که یک لیزر فیبر ۳.۵ کیلو واتی ارائه دهد. این در حالی است که شرکت ILT یک لیزر Innoslab:Yb ۵۰۰ واتی با پهنای پالس 30 فمتوثانیه عرضه کرده است. در حال حاضر ۱۲ شرکت در شاخه منابع فوتونی پیشرفته در حال فعالیت هستند. این مراکز به دنبال ساخت منابع باریکه فوتونی به همراه سیستم های متناظر با تکنولوژی بالا برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردها در دو آزمایشگاه واقع در ژنا و آخن هستند.  
آقای اریک موتای[6]، یکی از سازندگان لیزر بر این باور است که توسعه سامانه های مربوط به این لیزرها تنها درصورتی قابل انجام خواهد بود که تمامی صاحبان فناوری نزدیک به یکدیگر همکاری کنند. این امر در برخی موضوعات مانند اسکنرهای سریع، سامانه های چند باریکه ای و اپتیک های خاص مشهود است. تولید کنندگان لیزر، متخصصین اسکنر و کاربرانی که از سامانه های چند باریکه ای استفاده می کنند با یکدیگر همکاری می کنند تا بتوانند هر یک از پالس های لیزر را به باریکه های جدا تقسیم کنند و به صورت موازی به سطح فلز هدایت کنند تا سطح بیشتری را فرآوری کنند.
آقای استفان برونینگ[7] از شرکت شپرز[8] (وردن[9]، آلمان) مفهوم چند باریکه ای را برای ساختار غلطک چاپ به کار گرفته است. در گذشته چهار لیزر به صورت موازی استفاده می شد، اما در حال حاضر پرتو لیزر USP با توان میانگین ۵۰۰ وات به وسیله المان پراش دهنده نور به بیش از ۱۶ باریکه تقسیم شده است. همچنین بوسیله یک مدولاتور آکوستواپتیکی[10] این اجزای باریکه می توانند به صورت مستقل کنترل شوند و در نتیجه بهره وری به صورت قابل توجهی افزایش یابد.
طراحی اپتیکی با بیش از ۱۹۶ باریکه مشابه، توسط آقای اسکار هافمن[11] از دانشگاه RWTH آخن توضیح داده شده است. چالش توسعه این مفاهیم اپتیکی، جبران و تصحیح ابیراهی های مختلف است.
آقای بندیکت نوهن[12] از فولکس واگن[13] (ولفسبورگ[14]، آلمان) نشان داد که چگونه افزایش بهره وری می تواند با هر یک از پرتوها به صورت مجزا نیز حاصل شود. او به عنوان مثال ساختار دهی ابزارها در علامت گذاری طراحی داخلی المان ها را ذکر کرد. تکنولوژی بهینه شده اسکنرها سبب افزایش دو برابری تولید می شود.  
آقای رینهارت پاپراو[15] مدیر صادرات شرکت فرانهوفر  ILTبر این باور است که این لیزر یک زنجیره فرآوری مواد پیوسته برای تولید فوتونیک دیجیتالی فراهم می کند. آقای مارکوس نیسن[16] از شرکت فرانهوفر ILT بحث رویکردهای معمول و چگونگی کاهش چشمگیر زمان محاسبات را با یک مدل کاهش یافته مطرح کرد. در نگرش بلند مدت، آقای نیسن یک استراتژی واضح دارد: "هدف ما تولید صحیح در اولین بار است".

 
شکل ۲- مته های کاربید می توانند به طور اتوماتیک از شمش های ساده ساخته شوند. این ماشین، شمش و داده های هندسی را می گیرد و پارامترهای لیزر به صورت اتوماتیک انتخاب می شوند..توان در دسترس هستند و در حاضر در ماشین های اول ادغام شده اند. ها را به قطعه ی کار برسانند.).
 
در حال حاضر پیشرفت تکنولوژی فرآوری مواد با لیزر USP از کیفیت محصول مشخص است. در این کارگاه آموزشی، آقای کلوس دولد[17] از دانشگاه EWAG (اتزیکن[18]، سوئیس) کارشناس تولید ابزار از مواد خیلی سخت[19]، توضیح داد که چگونه لیزر USP می تواند الماس های پلی کریستال یا مواد کاربید را فرآوری کند. او یک سیستم تولید کامل را معرفی کرد که در آن اپراتور برای ساخت مته های کاربید فقط باید مقادیر هندسی را وارد کرده و شمش های خام را قرار دهد.
ماشین لیزر تنظیمات مهم را انتخاب می کند و مته را با دقت میکرومتری تولید می کند. این ماشین می تواند کاملاً اتوماتیک باشد و همچنین به شبکه داخلی نیز متصل شده و از طریق آن کنترل شود. در بازارهای دیجیتال، ظرفیت تولید را می توان در سطح جهانی کنترل و با تقاضا سازگار کرد.

 
شکل ۳- شبیه سازی چند منظوره برای دیجیتالی کردن فرآیند شکل دهی فویل فلزی بوسیله لیزر USP نشان داده شده است.
 
در حال حاضر منابع لیزری با توان چندین کیلووات در دسترس هستند. مزیت اصلی تکنولوژی USP دقت بسیار بالا در فرآوری مواد است. تکنولوژی فرآوری مواد با بازده بالا همراه با درک بسیار خوب از فرآیند، پیش نیازهای اصلی کاربردهای صنعتی است. کاربردهای جدید از تولید تابش های فرابنفش پرتوان تا تکنولوژی کوانتوم، در حال افزایش است. چالش جدید می تواند حفاظت در برابر تابش اشعه ایکس باشد.
 
Source: https://www.industrial-lasers.com/articles/2019/04/ultrashort-pulse-lasers-conquer-macroprocessing.html
 
 
 

[1] Aachen
[2] Ultrashort-Pulse
[3] Dr. Arnold Gillner
[4] Fraunhofer
[5] Jena
[6] Eric Mottay
[7] Stephan Brüning
[8] Schepers
[9] Vreden
[10] acousto-optic modulators
[11] Oskar Hofmann
[12] Benedikt Nohn
[13] Volkswagen
[14] Wolfsburg
[16] Markus Niessen
[17] Claus Dold
[18] Etziken
[19] Ultrahard
 
منبع : www.industrial-lasers.com      1398/6/16 12:19