เมื่อต้นปี 2552 ผู้คนในอุตสาหกรรมการแปรรูปวัสดุเริ่มมองหาเลเซอร์เลเซอร์ที่สามารถให้พลังงานสูงสุดและเลเซอร์ต่อเนื่องที่มีระดับพลังงานสูงขึ้น กำลังสูงสุดของเลเซอร์ดังกล่าวโดยทั่วไปสามารถเข้าถึง 3 kW และพลังงานเฉลี่ยคือ 300 W. Leaps ในเทคโนโลยีได้นำไปสู่ยอดเขาที่สูงขึ้นและพลังงานเฉลี่ย วันนี้มีการใช้กำลังสูงสุดถึง 20kW, กำลังเฉลี่ย 2kW และเลเซอร์ต่อเนื่องกำลังแรงสูงได้รับการแนะนำ การปรับปรุงพลังงานอย่างต่อเนื่องส่งผลให้เลเซอร์ไฟเบอร์ก้าวสู่การประมวลผลของอุปกรณ์การบินและอวกาศ
เมื่อเทียบกับเลเซอร์ Nd: YAG แบบดั้งเดิมเลเซอร์ไฟเบอร์ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงแสงด้วยไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญและความสว่างของลำแสง (การทำงานแบบโหมดเดียวหรือบิตต่ำ) และไม่ต้องอุ่น เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงกำลังไฟไม่ว่าจะเป็นโหมด Flat-Top (ดังแสดงในรูป) (1)) หรือโหมด Gaussian เส้นผ่านศูนย์กลางของสปอตจะยังคงที่ในขณะเดียวกันความถี่พัลส์จะสูงขึ้นและ การปรับพารามิเตอร์ตามเวลาจริงมีความแข็งแกร่ง เนื่องจากไฟเบอร์เลเซอร์ใช้อีซีแอลตัวเดียวในการสร้างความตื่นเต้นจึงมีการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในแง่ของความน่าเชื่อถือเสถียรภาพด้านพลังงานและความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับเลเซอร์แฟลชปั๊ม
ในมุมมองของวิธีการที่ยืดหยุ่นและหลากหลายของแอพพลิเคชั่นเลเซอร์ไฟเบอร์ไม่เพียง แต่สามารถติดตั้งเป็นเครื่องจักรใหม่ แต่ยังสามารถอัพเกรดสายการผลิตที่มีอยู่เดิมได้ดังนั้นพวกเขาจึงครองส่วนแบ่งการตลาดเพิ่มมากขึ้น ระบบการผลิตก่อนหน้าทั้งหมดที่ใช้เลเซอร์ Nd: YAG สามารถแปลงเป็นเลเซอร์ไฟเบอร์ได้
ความต้องการการเจาะในการบิน
อุตสาหกรรมการบินและอวกาศเป็นอุตสาหกรรมที่ได้รับประโยชน์อย่างมากจากเลเซอร์ไฟเบอร์ ในอุตสาหกรรมการบินในปัจจุบันเครื่องยนต์กังหันอาจมีรูได้มากถึงหลายล้านรูซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อช่วยให้อุปกรณ์กระจายความร้อนในเวลาที่เหมาะสมระหว่างการใช้งาน ความหนามุมเส้นผ่าศูนย์กลางและรูปร่างของรูต่างกันไป ในด้านการขุดเจาะอากาศยานแอพพลิเคชั่นเลเซอร์ไฟเบอร์ใหม่เป็นทางเลือกที่เร็วขึ้นยืดหยุ่นขึ้นมีเสถียรภาพมากขึ้นและคุ้มค่ามากขึ้น
มีสองวิธีหลักในการผลิตรูระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์การบิน: วิธีหนึ่งคือการใช้พัลส์หลายแบบเพื่อสร้างรูเจาะตามรูรับแสงที่ต้องการ (การเจาะแบบพัลส์); อื่น ๆ คือการใช้จุดเล็ก ๆ เพื่อย้ายลำแสงในช่วงวงกลมเพื่อสร้างหลุมเจาะ (ซ็อกเก็ต) โดยรวมแล้วซ็อกเก็ตนั้นช้ากว่า แต่รูปร่างนั้นสมบูรณ์แบบกว่า ในบางแอปพลิเคชั่นคุณสามารถเลือกรูปลอกได้เท่านั้น รูเหล่านี้มักจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.015-0.030 นิ้ว นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับการเจาะในสาขาการบินซึ่งเป็นหลุมรูปพัดลมที่เชื่อมต่อกับหลุมที่ จำกัด กระแส รูพัดลมรูปเหล่านี้เป็นช่องระบายความร้อนของอากาศโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเบี่ยงเบนการไหลของอากาศไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อให้เกิดการระบายความร้อนที่ดีขึ้น ในปัจจุบันส่วนใหญ่มีกระบวนการดังต่อไปนี้ในการผลิตหลุมรูปพัดลม: อันแรกคือเลเซอร์สแกนเนอร์ สแกนเนอร์ใช้สำหรับสแกนรูปร่างที่ทางออกของปาก การใช้วิธีนี้ในการประมวลผลรูพัดลมรูปต้องใช้สองเครื่องเพื่อทำงานแยกกัน วิธีที่สองคือการลดขนาดจุดเพื่อสร้างเรียวแล้วใช้ CNC ซ้อน แต่วิธีนี้ช้ากว่า "วิธีสองขั้นตอน" พร้อมกับสแกนเนอร์; วิธีที่สามคือการใช้เทคโนโลยีการขุดเจาะ EDM และเพิ่มหลุมรูปแฟนหลังจากรูเกิดข้อ จำกัด มันสำคัญมากที่จะหลีกเลี่ยงการลอกของการเคลือบกั้นความร้อนเมื่อทำการเจาะรูที่มีรูปร่างเหมือนพัดลมและตอนนี้อุปกรณ์ส่วนใหญ่จะมีการเคลือบด้วยความร้อน
แอพพลิเคชั่นการขุดเจาะทางอากาศ - เลเซอร์ไฟเบอร์
เมื่อเทียบกับเลเซอร์ Nd: YAG pulsed ข้อดีของเลเซอร์ไฟเบอร์จะชัดเจน อย่างแรกแหล่งปั๊มของไฟเบอร์เลเซอร์นั้นเป็นไดโอดแทนที่จะเป็นแฟลชดังนั้นมันสามารถสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบได้ ประการที่สองเลเซอร์ Nd: YAG ที่ใช้แฟลชปั๊มช้าลงดังนั้นพลังงานเลเซอร์ส่วนหนึ่งจึงต่ำกว่าเกณฑ์การระเหยของพื้นที่เป้าหมายเสมอพลังงานส่วนนี้จะละลายวัสดุและทำให้เกิดการเคลือบป้องกันความร้อนเพื่อลอกออก เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของชั้นเคลือบใหม่ระยะเวลาการเต้นของชีพจรจะต้องน้อยกว่า 1 มิลลิวินาที ในเรื่องนี้เลเซอร์ไฟเบอร์มีข้อได้เปรียบอย่างแน่นอนเพราะมันสามารถสร้างรูปคลื่นคลื่นสี่เหลี่ยมดังนั้นการใช้ 10ms พัลส์สามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์การบินสำหรับข้อกำหนดการรีไซเคิลและการแตกร้าว
เราใช้ห้องเผาไหม้เป็นตัวอย่าง เมื่อใช้การเจาะแบบพัลส์ห้องเผาไหม้จะหมุนหลายครั้งพร้อมกันในระหว่างกระบวนการเจาะ ในกรณีนี้จะต้องใช้พัลส์ 5 ครั้งในการเจาะทะลุและใช้พัลส์อีก 2 ตัวในการสร้างรูรูปพัดลม โดยทั่วไปแล้วความถี่การทำซ้ำสูงสุดของเลเซอร์นี้คือ 10 พัลส์ / วินาที ไฟเบอร์เลเซอร์สามารถสร้างรูพัดลมที่มีพัลส์ยาว หากใช้ช่วงเวลาพัลส์และพลังงานพัลส์แบบเดียวกับเลเซอร์ Nd: YAG ความเร็วจะสูงถึง 10 เท่าของต้นฉบับ ไม่ว่าจะเป็นพัลส์แบบยาวหนึ่งหรือสองหรือหลายพัลส์ก็สามารถรับคุณภาพการเจาะเดียวกันได้ นอกจากนี้ไฟเบอร์เลเซอร์ยังสามารถปรับระยะเวลาการเต้นของชีพจรระหว่างและหลังการเจาะแทนที่จะใช้พัลส์หลายครั้งตลอดเวลาซึ่งเป็นประโยชน์ในการหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อร่างกาย
คุณลักษณะของเลเซอร์ไฟเบอร์ chirped คือมันสามารถส่งออกในโหมดแบนด้านบนในขณะที่เลเซอร์ Nd: YAG เป็นโหมด Gaussian โดยประมาณ ดังนั้นด้วยโหมด Flat-Top พลังงานทั้งหมดของอดีตจึงสูงกว่าขีด จำกัด การระเหยในขณะที่ส่วนใหญ่ของด้านหลังอยู่ต่ำกว่าขีด จำกัด การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าเพื่อให้บรรลุผลการเจาะเดียวกันภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเลเซอร์ไฟเบอร์ต้องใช้พลังงานน้อยลง เหตุผลคือคลื่นสี่เหลี่ยม + โหมดแบนด้านบน เป็นเพราะคุณสมบัตินี้เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเจาะและเสียหายน้อยกว่าความร้อน เมื่อความเสียหายจากความร้อนลดลงทั้งการลอกและการเคลือบจะช่วยให้ดีขึ้น
หนึ่งในเหตุผลที่เลเซอร์ Nd: YAG ได้รับความสนใจอย่างมากก็คือคุณสมบัติของลำแสงที่ไม่เหมือนใคร ขนาดสปอตสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการเพิ่มหรือลดพลังงาน ตราบใดที่การโฟกัสได้รับการปรับโฟกัส เลเซอร์ Nd: YAG บางรุ่นได้รวมกล้องโฟกัสภายในเพื่อเปลี่ยนมุมลำแสงของลำแสง แต่การปรับนี้ต้องใช้ความเป็นมืออาชีพระดับสูงของผู้ปฏิบัติงานใช้เวลานานและพารามิเตอร์ที่ถูกต้องดังนั้นหลายคนจึงไม่มองโลกในแง่ดี ณ จุดนี้ไฟเบอร์เลเซอร์อยู่ตรงข้ามกัน เนื่องจากรูปร่างการโฟกัสเป็นแบบวงกลมที่สมบูรณ์แบบมันจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อกำลังเพิ่มขึ้นหรือลดลงและหากวางกล้องโทรทรรศน์ที่ปรับขนาดได้ไว้ในระบบจะสามารถเปลี่ยนขนาดของจุดโฟกัสได้โดยตรงในระหว่างการขุดเจาะเที่ยวบิน ช่วงปกติคือ 3-1
ความยืดหยุ่นของเลเซอร์ไฟเบอร์นั้นสูงกว่าเลเซอร์ Nd: YAG นี่เป็นสาเหตุหลักเนื่องจากไดโอดตอบสนองสูงในอดีตสามารถเปลี่ยนช่วงเวลาพัลส์และระดับพลังงานในระหว่างการขุดเจาะเที่ยวบินทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้ระดับพลังงานที่แตกต่างกันและช่วงเวลาพัลส์เพื่อสร้างลำดับชีพจรที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นเริ่มต้นด้วยพลังงานต่ำชีพจรสั้นและเพิ่มพลังงานและชีพจรตามลำดับตามข้อกำหนดการเจาะที่เฉพาะเจาะจง เนื่องจากเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถให้พลังงานสูงสุดในช่วง kW ในขณะที่ปรับขนาดของสปอตและช่วงเวลาพัลส์ (ลงไป 10 μs) เพียงเครื่องเดียวเท่านั้นที่เพียงพอ
เมื่อใช้เทคโนโลยีปลอกหุ้มความเร็วการประมวลผลของเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถเข้าถึง 10 เท่าของเลเซอร์ Nd: YAG แบบพัลส์หลอดไฟ ไม่เพียงแค่นั้นไฟเบอร์เลเซอร์ยังสามารถแปลงเป็นเอาต์พุตต่อเนื่องสูงถึง 2kW เมื่อเจาะในเที่ยวบินเพื่อให้ได้การตัดความเร็วสูง สำหรับการออกแบบที่มีการเผาไหม้จำนวนนี้สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ โดยสรุปเลเซอร์พัลซิ่งไฟเบอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดแผ่นที่หนาขึ้นและการเจาะความเร็วสูง
