2009 년 초, 재료 가공 산업의 사람들은 높은 피크 파워를 제공 할 수있는 펄스 레이저와 더 높은 파워 레벨의 연속 레이저를보기 시작했습니다. 이러한 레이저의 최대 전력은 일반적으로 3kW에 도달 할 수 있으며 평균 전력은 300W입니다. 기술의 도약으로 인해 최대 및 평균 전력이 증가했습니다. 오늘날 최대 20kW의 피크 전력, 2kW의 평균 전력 및 초고속 연속 레이저가 소개되었습니다. 전력의 지속적인 업데이트는 광섬유 레이저를 항공 우주 장치 처리 단계로 밀어 넣었습니다.
기존의 Nd : YAG 레이저와 비교할 때 파이버 레이저는 전기 광학 변환 효율과 빔 밝기 (단일 모드 또는 낮은 비트 작동)를 크게 개선했으며 예열이 필요하지 않습니다. 전력이 플랫 탑 모드 (그림에 표시됨) (1) 또는 가우시안 모드인지에 관계없이 스폿 직경은 항상 안정적으로 유지되며 동시에 펄스 주파수는 높아지고 매개 변수의 실시간 조정이 더 강력합니다. 파이버 레이저는 단일 이미 터를 사용하여 자극하기 때문에 플래시 펌프 레이저에 비해 신뢰성, 전력 안정성 및 유연성면에서 질적 인 도약을합니다.
유연하고 다양한 파이버 레이저 적용 방법을 고려하여 새로운 기계로 설치할 수있을뿐만 아니라 기존 생산 라인을 업그레이드 할 수있어 점점 더 많은 시장 점유율을 차지하고 있습니다. Nd : YAG 레이저를 사용하는 모든 이전 생산 시스템은 파이버 레이저로 변환 할 수 있습니다.
항공 시추 요구
항공 우주 산업은 의심 할 여지없이 섬유 레이저의 혜택을 본 또 다른 산업입니다. 현재 항공 산업에서, 터빈 엔진은 수백만 개의 홀을 가질 수 있으며, 이는 주로 작동 중에 장치가 적시에 열을 소산시키는 것을 돕는데 사용된다. 구멍의 두께, 각도, 직경 및 모양이 다릅니다. 항공 우주 드릴링 응용 분야에서 새로운 파이버 레이저는 더 빠르고 유연하며 안정적이며 비용 효율적인 옵션입니다.
항공 장치를위한 냉각 구멍을 생성하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 필요한 구멍 (펄스 드릴링)에 따라 여러 개의 펄스를 사용하여 드릴 구멍을 만드는 것입니다. 다른 하나는 작은 지점을 사용하여 빔을 원형 범위로 이동하여 드릴 구멍 (소켓)을 형성하는 것입니다. 전반적으로 소켓은 느리지 만 모양은 더 완벽합니다. 일부 응용 분야에서는 슬리브 구멍 만 선택할 수 있습니다. 이 구멍의 직경은 일반적으로 0.015-0.030in입니다. 항공 분야에는 전류 제한 구멍을 연결하는 팬 모양의 구멍 인 특수 드릴링 요구 사항도 있습니다. 이 팬 모양의 구멍은 냉각 공기의 배출구이며, 동일한 냉각 공기 흐름을 더 큰 영역으로 전환하여 더 나은 냉각 효과를 얻을 수 있습니다. 현재, 부채꼴 구멍을 만들기 위해 주로 다음과 같은 프로세스가 있습니다. 첫 번째는 작은 스폿 Q 전환 레이저 + 스캐너입니다. 스캐너는 오리피스 출구에서 모양을 스캔하는 데 사용됩니다. 이 방법을 사용하여 팬 모양의 구멍을 처리하려면 두 대의 기계가 별도로 작동해야합니다. 두 번째 방법은 스팟 크기를 줄여 테이퍼를 만든 다음 CNC 네 스팅을 사용하는 것이지만이 방법은 스캐너가 장착 된 "2 단계 방법"보다 훨씬 느립니다. 세 번째 방법은 EDM 드릴링 기술을 사용하고 제한 구멍이 형성된 후 팬 모양의 구멍을 추가하는 것입니다. 팬 모양의 구멍을 뚫을 때 열 차단 코팅이 벗겨지지 않도록하는 것이 매우 중요하며, 대부분의 장치에는 열 차단 코팅이 적용되었습니다.
항공 드릴링 응용 분야-섬유 레이저
Nd : YAG 펄스 레이저와 비교할 때 파이버 레이저의 장점은 분명합니다. 첫째, 파이버 레이저의 펌프 소스는 플래시가 아닌 다이오드이므로 완벽한 구형파를 형성 할 수 있습니다. 둘째, 플래시 펌프를 사용하는 Nd : YAG 레이저가 느려지므로 레이저 에너지의 일부가 항상 목표 영역의 증발 임계 값보다 낮습니다.이 에너지의 일부는 재료를 녹여 열 차단 코팅을 벗겨냅니다. 리 캐스트 레이어의 사양을 충족 시키려면 펄스주기는 1ms보다 작아야합니다. 이와 관련하여 파이버 레이저는 구형파 파형을 생성 할 수 있기 때문에 절대 이점이 있습니다. 따라서 10ms 펄스를 사용하면 사양 변경 및 크래킹을위한 항공 장비 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.
연소실을 예로 사용합니다. 펄스 드릴링을 사용할 때, 드릴링 챔버는 연소 과정에서 동시에 여러 번 회전합니다. 이 경우 드릴 스루에는 5 개의 펄스가 필요하고 2 개의 펄스가 더 사용되어 팬 모양의 구멍을 형성합니다. 일반적으로이 레이저의 최대 반복 주파수는 10 펄스 / 초입니다. 파이버 레이저는 펄스가 긴 팬 구멍을 형성 할 수 있습니다. Nd : YAG 레이저와 동일한 펄스주기와 펄스 에너지를 사용하면 속도가 원본보다 10 배에이를 수 있습니다. 단일 또는 2 개의 긴 펄스 또는 다중 펄스에 관계없이 동일한 드릴링 품질을 얻을 수 있습니다. 또한 파이버 레이저는 항상 여러 펄스를 사용하지 않고 드릴링 중 및 드릴링 후 펄스주기를 조정할 수 있으므로 신체 손상을 피하는 데 유리합니다.
처프 파이버 레이저의 특징은 평면 상단 모드로 출력 할 수 있고 Nd : YAG 레이저는 대략 가우시안 모드라는 것입니다. 따라서 플랫-탑 모드로 인해 전자의 전체 에너지가 증발 임계 값을 초과하는 반면, 후자의 상당 부분이 임계 값보다 낮습니다. 연구에 따르면 동일한 조건에서 동일한 드릴링 효과를 얻으려면 파이버 레이저가 적은 에너지를 필요로합니다. 그 이유는 구형파 + 플랫 탑 모드입니다. 이 특성으로 인해 파이버 레이저가 시추에 더 효율적이고 열적 손상이 적습니다. 열 손상이 적 으면 코팅 필링과 재 캐스팅이 모두 향상됩니다.
Nd : YAG 레이저가 주목을받는 이유 중 하나는 고유 한 빔 발산 특성입니다. 스폿 크기는 전력의 증가 또는 감소에 따라 변경 될 수 있습니다. 초점이 다시 초점을 맞추는 한 필요한 조리개를 얻을 수 있습니다. 일부 Nd : YAG 레이저는 빔의 발산 각도를 변경하기 위해 내부 초점 망원경을 통합하지만,이 조정에는 높은 수준의 조작자, 시간 소모적 및 올바른 매개 변수가 필요하므로 많은 사람들이 낙관적이지 않습니다. 이 시점에서 파이버 레이저는 그 반대입니다. 초점 모양이 완벽하게 원형이므로 힘을 높이거나 낮출 때 변경되지 않으며 시스템에 확장 가능한 망원경을 배치하면 비행 드릴링 중에 초점의 크기를 직접 변경할 수 있습니다. 범위는 일반적으로 3-1입니다.
파이버 레이저의 유연성은 Nd : YAG 레이저보다 훨씬 뛰어납니다. 이는 전자의 고 응답 다이오드가 비행 드릴링 중에 펄스주기와 전력 레벨을 변경할 수 있기 때문에 작업자가 다른 펄스 레벨과 펄스주기를 사용하여 원하는 펄스 시퀀스를 생성 할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 저전력, 짧은 펄스로 시작한 다음 특정 드릴링 요구 사항에 따라 순서대로 전력 및 펄스를 증가시킵니다. 파이버 레이저는 스폿 크기와 펄스주기 (10 μs까지)를 조정하면서 kW 범위에서 높은 피크 전력을 제공 할 수 있으므로 한 대의 기계로 충분합니다.
슬리브 기술을 사용할 때 파이버 레이저의 처리 속도는 램프 펌프 식 Nd : YAG 펄스 레이저의 처리 속도의 10 배에이를 수 있습니다. 뿐만 아니라 파이버 레이저는 고속 드릴링을 위해 비행 중에 드릴링 할 때 최대 2kW의 연속 출력으로 변환 할 수 있습니다. 일부 연소기 설계의 경우이 수를 더욱 향상시킬 수 있습니다. 요약하면, 펄스 파이버 레이저는 두꺼운 판재 및 고속 드릴링 응용 분야에 이상적입니다.
