01
บทนำสู่บทความนี้
เทคโนโลยีเลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สร้างพัลส์แสงที่มีความเข้มสูง-ในเวลาอันสั้นมาก และการใช้งานในด้านการบินและอวกาศก็ดึงดูดความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีนี้มีชื่อเสียงในด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่นในการวัด การผลิต และการสื่อสาร และการประยุกต์อย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศทำให้เกิดความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความปลอดภัยของเครื่องบิน
เลเซอร์ที่เร็วมากโดยทั่วไปหมายถึงเลเซอร์ที่มีความกว้างพัลส์น้อยกว่า 10^-12 วินาที ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงเลเซอร์เฟมโตวินาที (1 fs=10^{-15 วินาที) และเลเซอร์พิโควินาที (1 ps=10^-12 s) เนื่องจากพัลส์เลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษออกฤทธิ์ในระยะเวลาสั้นมาก จึงสามารถสร้างพลังงานสูงสุดที่สูงมากได้ในทันที ดังนั้น ซึ่งแตกต่างจากวิธีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ทั่วไปที่กระทำกับวัสดุผ่านเอฟเฟกต์ความร้อนจากแสง กลไกการประมวลผลของเลเซอร์ที่เร็วมากเป็นพิเศษคือการดูดซับสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์โดยตรง ซึ่งถ่ายโอนพลังงานไปยังตาข่ายของวัสดุ ทำลายพันธะของมัน และในที่สุดก็ดีดออกมาเป็นพลาสมา ยิ่งไปกว่านั้น ไม่เหมือนกับการประมวลผลด้วยความร้อนของเลเซอร์ต่อเนื่องทั่วไป การประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษจะสอดคล้องกับวิธี "การประมวลผลเย็น" มากกว่า จากมุมมองของกลไกปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับวัสดุ การประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond จะให้ความแม่นยำสูง โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด ไม่มีการหลอมละลายด้วยความร้อน ไม่มีชั้นหล่อใหม่ และไม่มีรอยแตกขนาดเล็ก นี่เป็นหนึ่งในวิธีที่ดีที่สุดในการปรับปรุงความสมบูรณ์ของพื้นผิวของการสร้างรูระบายความร้อนของฟิล์มใบพัดกังหันในเครื่องยนต์การบิน
02 การใช้งานเฉพาะ (1) การกลึงรูฟิล์มแก๊สของใบพัดกังหันเครื่องยนต์แอโร
เนื่องจากเป็นองค์ประกอบหลักของเครื่องยนต์อากาศยาน การออกแบบ คุณภาพการผลิต และประสิทธิภาพการทำงานของใบพัดกังหันจึงส่งผลต่ออายุการใช้งานของเครื่องยนต์ โดยทั่วไป การเคลือบแผงกั้นความร้อนจะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-เพื่อให้ใบมีดมีความเหนียวสูง มีความพลาสติกสูง ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่ออุณหภูมิสูง- นอกจากนี้การออกแบบโครงสร้างรูฟิล์มแก๊สบนพื้นผิว โดยการปล่อยอากาศเย็นออกจากภายในส่วนประกอบ และสร้างการไหลเวียนของอากาศผ่านรูเล็กๆ ฟิล์มป้องกันอากาศเย็นจะเกิดขึ้นบนพื้นผิว แยกก๊าซร้อนและปกป้องส่วนประกอบ อย่างไรก็ตาม วิธีการประมวลผลในปัจจุบัน เช่น การตัดเฉือนด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้าและการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์พัลส์-แบบยาว มีข้อเสีย รวมถึง-ชั้นกั้นความร้อนที่ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า การเคลือบหลุดร่อน รอยแตกร้าว และการบิ่นของการเคลือบ ทำให้ยากต่อการผลิต-รูขนาดเล็กที่มีรูปแบบดี
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษ ปัจจุบันเลเซอร์เฟมโตวินาทีได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างรูก๊าซบนใบพัดกังหันโดยไม่ทำให้การเคลือบหลุดร่อนหรือแตกร้าว และมีขนาดที่ตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิค นี่เป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตรูฟิล์มก๊าซในส่วนประกอบของเครื่องยนต์อากาศยาน
การตัดเฉือนรูระบายความร้อนของฟิล์มแก๊สจำนวนมากบนใบพัดกังหันที่เคลือบด้วยแผงกั้นความร้อน-ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้อัตราส่วนแรงขับสูง-ต่อ-น้ำหนัก ซึ่งเป็น-เครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูง ดังนั้นจึงทำให้เกิดความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับการตัดเฉือนใบมีดเคลือบเหล่านี้ เทคโนโลยีการประมวลผลรูไมโคร-เลเซอร์ Femtosecond ที่มีข้อดีคือความแม่นยำสูง คุณภาพสูง และการประมวลผลแบบเย็น ทำให้สามารถทำการเจาะรูไมโคร-คุณภาพสูงสำหรับเครื่องยนต์ได้ ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีการขุดเจาะด้วยเลเซอร์ femtosecond ทำให้ขณะนี้สามารถบรรลุ-การตัดเฉือนรูฟิล์มก๊าซที่มีความแม่นยำสูงบนใบมีดเคลือบกั้นความร้อน- โดยไม่ต้อง-ชั้นที่หลอมละลาย รอยแตกขนาดเล็ก- หรือโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน- ขณะเดียวกันก็ทำให้มั่นใจได้ว่าการเคลือบกั้นความร้อนจะไม่เปลี่ยนเป็นสีดำหรือลอกออกหลังการประมวลผล ดังนั้น เทคโนโลยีการประมวลผลรูไมโคร-เลเซอร์เฟมโตวินาทีจึงพร้อมที่จะกลายเป็นวิธีการสำคัญในการผลิตรูฟิล์มก๊าซบนใบพัดกังหันที่เคลือบแผงกั้นความร้อน-
(2) การกลึงรูระบายความร้อนของฟิล์มในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ Aero
ท่อเปลวไฟเป็นส่วนประกอบหลักของห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์อากาศยาน และเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนทนความร้อนที่สำคัญที่สุด- เพื่อให้แน่ใจว่าท่อเปลวไฟทำงานได้อย่างเสถียรและต่อเนื่องภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงมาก- จะต้องทำให้ท่อเย็นลง ในปัจจุบัน วิธีการทั่วไปเกี่ยวข้องกับการเคลือบและการเจาะรูร่วมกัน การใช้การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ยาว-อาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การลอกของการเคลือบ การกระเด็น และการบิ่นที่ขอบ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของท่อเปลวไฟ ในปัจจุบัน การใช้เครื่องจักรเลเซอร์พิโควินาทีสามารถสร้างรูระบายความร้อนของฟิล์มโดยไม่มีการแยกส่วนหรือหลุดล่อนของพื้นที่ขนาดใหญ่-บนพื้นผิว และขนาดที่ตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิค ดังแสดงในรูปที่ 2 และ 3
(3) การตัดเฉือนร่องรูปทรงพิเศษ-ในเครื่องยนต์ Aero
ประสิทธิภาพการซีลมีผลกระทบสำคัญต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์แอโร ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมการบิน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และเงื่อนไขการปฏิบัติงานมีความซับซ้อนมากขึ้น ความล้มเหลวที่เกิดจากความผิดปกติของซีลเครื่องยนต์มีเพิ่มมากขึ้น และปัญหาเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน ดังนั้นจึงมีการเสนอข้อกำหนดใหม่สำหรับเทคโนโลยีการซีลเครื่องยนต์ ซีลปลายนิ้วเป็นอุปกรณ์ประเภทใหม่ที่สามารถใช้ในการซีลห้องแบริ่งหลักและเส้นทางการไหลของอากาศของเครื่องยนต์แอโร การตัดเฉือนส่วนประกอบซีลปลายนิ้วต้องใช้ความแม่นยำสูง การตัดเฉือนเชิงกลในปัจจุบัน การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า และการตัดเฉือนเลเซอร์พัลส์ยาว- ไม่สามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น การบิดเบี้ยวและการเสียรูปที่เกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลได้ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ femtosecond เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงมากและเวลาการประมวลผลที่สั้นมาก ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพและความแม่นยำสูงในกระบวนการตัดเฉือน ไม่มีข้อบกพร่อง เช่น ชั้นหล่อใหม่ รอยแตก หรือเสี้ยน ปรากฏบนส่วนประกอบซีลปลายนิ้ว ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ในการตัดเฉือนร่องรูปทรงพิเศษ-ในชิ้นส่วนเครื่องยนต์แอโร{10}}ที่มีความแม่นยำสูง
03
ข้อสรุปและแนวโน้ม
เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลและการผลิตวัสดุขั้นสูง การประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษจึงมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในด้านการผลิตเครื่องยนต์การบินและอวกาศ ในการใช้งานทางวิศวกรรมของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ ควรเลือกพารามิเตอร์กระบวนการเลเซอร์ที่แตกต่างกันตามลักษณะของวัสดุ เพื่อลดขั้นตอนของกระบวนการ ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล และรับประกันความถูกต้องของคุณภาพและขนาดของการขึ้นรูปวัสดุ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษและการปรับปรุงการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ปัญหาต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำและความหนาที่จำกัดในการตัดเฉือนจะได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการประมวลผลเลเซอร์พัลส์คู่- ซึ่งรวมการประมวลผลเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษเข้ากับการประมวลผลเลเซอร์พัลส์ยาว- จะเป็นทิศทางในอนาคตสำหรับการปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพ
