A principios de 2009, las personas en la industria de procesamiento de materiales comenzaron a buscar láseres de pulso que pueden proporcionar un alto pico de potencia y láseres continuos con niveles de potencia más altos. La potencia máxima de tales láseres generalmente puede alcanzar los 3 kW y la potencia promedio es de 300 W. Los avances tecnológicos han llevado a una potencia máxima y promedio más alta. Hoy, se han introducido potencias máximas de hasta 20kW, potencias promedio de 2kW y láseres continuos de ultra alta potencia. La actualización continua de la potencia ha llevado al láser de fibra a la etapa de procesamiento de dispositivos aeroespaciales.
En comparación con los láseres tradicionales de Nd: YAG, los láseres de fibra han mejorado significativamente la eficiencia de conversión electroóptica y el brillo del haz (funcionamiento en modo único o bajo bit), y no requieren precalentamiento. Cuando se cambia la potencia, ya sea el modo plano superior (como se muestra en la figura) (1)) o el modo gaussiano, el diámetro del punto siempre permanece estable, al mismo tiempo, la frecuencia del pulso es mayor y el El ajuste en tiempo real de los parámetros es más fuerte. Debido a que el láser de fibra utiliza un solo emisor para excitar, tiene un salto cualitativo en términos de confiabilidad, estabilidad de potencia y flexibilidad en comparación con los láseres de bomba de flash.
En vista de los métodos de aplicación flexibles y diversos de los láseres de fibra, no solo se pueden instalar como máquinas nuevas, sino que también se pueden actualizar las líneas de producción existentes, por lo que están ocupando más y más cuotas de mercado. Todos los sistemas de producción anteriores que utilizan láseres Nd: YAG pueden convertirse en láseres de fibra.
Necesidades de perforación en aviación
La industria aeroespacial es, sin duda, otra industria que se ha beneficiado enormemente de los láseres de fibra. En la industria de la aviación actual, un motor de turbina puede tener hasta millones de agujeros, que se utilizan principalmente para ayudar al dispositivo a disipar el calor de manera oportuna durante el funcionamiento. El grosor, el ángulo, el diámetro y la forma de los agujeros varían. En el campo de las aplicaciones de perforación aeroespacial, el nuevo láser de fibra es una opción más rápida, más flexible, más estable y más rentable.
Hay dos formas principales de producir orificios de enfriamiento para dispositivos de aviación: una es usar múltiples pulsos para formar orificios de perforación de acuerdo con la apertura requerida (perforación por pulsos); el otro es usar pequeños puntos para mover la viga en un rango circular para formar un agujero de perforación (Socket). En general, el zócalo es más lento, pero la forma es más perfecta. En algunas aplicaciones, solo se pueden seleccionar los orificios de la manga. Estos agujeros generalmente tienen un diámetro de 0.015-0.030in. También hay un requisito especial de perforación en el campo de la aviación, que es un orificio en forma de abanico que conecta el orificio limitador de corriente. Estos orificios en forma de abanico son la salida del aire de enfriamiento, el propósito es desviar el mismo flujo de aire a un área más grande para lograr un mejor efecto de enfriamiento. En la actualidad, existen principalmente los siguientes procesos para producir agujeros en forma de abanico: el primero es un escáner láser Q + de punto pequeño. El escáner se usa para escanear la forma a la salida del orificio. El uso de este método para procesar un agujero en forma de abanico requiere que dos máquinas funcionen por separado. El segundo método es reducir el tamaño del punto para crear un cono y luego usar anidamiento CNC, pero este método es mucho más lento que el "método de dos pasos" equipado con un escáner; El tercer método es utilizar la tecnología de perforación EDM y agregar un orificio en forma de abanico después de que se forme el orificio de restricción. Es muy importante evitar el desprendimiento del recubrimiento de barrera térmica al perforar un agujero en forma de abanico, y la mayoría de los dispositivos ahora tienen un recubrimiento de barrera térmica.
Aplicaciones de perforación aérea: láseres de fibra
En comparación con los láseres pulsados Nd: YAG, las ventajas de los láseres de fibra son obvias. Primero, la fuente de la bomba del láser de fibra es un diodo en lugar de un flash, por lo que puede formar una onda cuadrada perfecta. En segundo lugar, el láser Nd: YAG que usa una bomba de flash se ralentiza, por lo que una parte de la energía del láser siempre está por debajo del umbral de evaporación del área objetivo. Esta parte de la energía derretirá el material y hará que el recubrimiento de barrera térmica se despegue. Para cumplir con las especificaciones de la capa de refundición, el período de pulso debe ser inferior a 1 ms. En este sentido, los láseres de fibra tienen una ventaja absoluta, ya que pueden generar formas de onda de onda cuadrada, por lo que el uso de pulsos de 10 ms puede cumplir con los requisitos de los equipos de aviación para las especificaciones de refundición y agrietamiento.
Usamos una cámara de combustión como ejemplo. Cuando se utiliza la perforación por pulsos, la cámara de combustión rotará varias veces simultáneamente durante el proceso de perforación. En este caso, se requieren 5 pulsos para perforar, y se usan 2 pulsos más para formar un agujero en forma de abanico. Por lo general, la frecuencia de repetición máxima de este láser es de 10 pulsos / segundo. El láser de fibra puede formar un agujero de ventilador con un pulso largo. Si se usa el mismo período de pulso y energía de pulso que el láser Nd: YAG, la velocidad puede alcanzar 10 veces la original. Ya sean pulsos largos o simples o pulsos múltiples, se puede obtener la misma calidad de perforación. Además, el láser de fibra también puede ajustar el período de pulso durante y después de la perforación, en lugar de usar pulsos múltiples todo el tiempo, lo cual es beneficioso para evitar daños al cuerpo.
La característica del láser de fibra chirpeada es que puede emitir en modo plano superior, mientras que el láser Nd: YAG es aproximadamente en modo gaussiano. Por lo tanto, gracias al modo plano superior, toda la energía del primero excede el umbral de evaporación, mientras que una parte considerable del segundo está por debajo del umbral. Los estudios han demostrado que para lograr el mismo efecto de perforación en las mismas condiciones, los láseres de fibra necesitan menos energía. La razón es la onda cuadrada + modo plano superior. Precisamente por esta característica, los láseres de fibra son más eficientes en la perforación y menos dañados térmicamente. Con menos daño térmico, mejorarán tanto el pelado del revestimiento como el rehundido.
Una de las razones por las que los láseres de Nd: YAG han atraído tanta atención son las propiedades únicas de divergencia del haz. El tamaño del punto se puede cambiar con el aumento o la disminución de la potencia. Mientras el foco se vuelva a enfocar, se puede lograr la apertura requerida. Algunos láseres de Nd: YAG integran un telescopio de enfoque interno para cambiar el ángulo de divergencia del haz, pero este ajuste requiere un alto grado de profesionalismo del operador, tiempo y parámetros correctos, por lo que muchas personas no son optimistas con este método. En este punto, el láser de fibra es todo lo contrario. Debido a que su forma de enfoque es perfectamente circular, no cambiará cuando se aumente o disminuya la potencia, y si se coloca un telescopio escalable en el sistema, podrá cambiar directamente el tamaño del punto focal durante la perforación de vuelo. El rango suele ser 3-1.
La flexibilidad de los láseres de fibra es muy superior a la de los láseres Nd: YAG. Esto se debe principalmente a que los diodos de alta respuesta del primero pueden cambiar el período de pulso y el nivel de potencia durante la perforación de vuelo, lo que permite a los operadores usar diferentes niveles de potencia y períodos de pulso para crear la secuencia de pulso deseada. Por ejemplo, comience con una potencia baja, pulso corto, y luego aumente la potencia y el pulso en una secuencia basada en los requisitos específicos de perforación. Debido a que los láseres de fibra pueden proporcionar una alta potencia máxima en el rango de kW mientras ajustan el tamaño del punto y el período de pulso (hasta 10 μs), solo una máquina es suficiente.
Cuando se utiliza la tecnología de manga, la velocidad de procesamiento del láser de fibra puede alcanzar 10 veces la del láser de pulso Nd: YAG bombeado por lámpara. No solo eso, el láser de fibra también se puede convertir en una salida continua de hasta 2kW cuando se perfora en vuelo para lograr un corte de alta velocidad. Para algunos diseños de cámaras de combustión, este número puede mejorarse aún más. En resumen, los láseres de fibra pulsada son ideales para cortar placas más gruesas y aplicaciones de perforación de alta velocidad.
