Was ist Laserstrahlbearbeitung? - Typen und Arbeitsweise

Was ist Laserstrahlbearbeitung?

Laserstrahlbearbeitung (LBM) ist eine Form der Bearbeitung, bei der von einem Laserstrahl gerichtete Wärme verwendet wird. Dieser Prozess verwendet thermische Energie, um Material von metallischen oder nichtmetallischen Oberflächen zu entfernen. Das hochfrequente monochromatische Licht wird auf die Oberfläche fallen, dann findet ein Erhitzen, Schmelzen und Verdampfen des Materials durch das Auftreffen von Photonen statt.

Die Laserstrahlbearbeitung eignet sich am besten für spröde Materialien mit geringer Leitfähigkeit, kann aber für die meisten Materialien verwendet werden.

Die Laserstrahlbearbeitung kann auf Glas durchgeführt werden, ohne die Oberfläche zu schmelzen. Bei lichtempfindlichem Glas verändert der Laser die chemische Struktur des Glases, sodass es selektiv geätzt werden kann. Das Glas wird auch als fotobearbeitbares Glas bezeichnet.

Der Vorteil von fotobearbeitbarem Glas besteht darin, dass es präzise vertikale Wände herstellen kann und das native Glas für viele biologische Anwendungen geeignet ist, beispielsweise als Substrate für genetische Analysen.

Definition der Laserstrahlbearbeitung

Eine Laserstrahlbearbeitung ist ein nicht herkömmliches Bearbeitungsverfahren, bei dem die Operation durch Laserlicht durchgeführt wird. Das Laserlicht hat maximale Temperatur trifft auf das Werkstück; Aufgrund der hohen Temperatur schmilzt das Werkstück. Der Prozess verwendete thermische Energie, um Material von einer metallischen Oberfläche zu entfernen.

Lasertypen

Es gibt viele verschiedene Arten von Lasern, darunter Gaslaser, Festkörperlaser und Excimer.

Einige der am häufigsten verwendeten Gase bestehen aus; He-Ne-, Ar- und Kohlendioxid-Laser.

Festkörperlaser werden entwickelt, indem ein seltenes Element in verschiedene Wirtsmaterialien dotiert wird. Im Gegensatz zu Gaslasern werden Festkörperlaser optisch durch Blitzlampen oder Bogenlampen gepumpt. Rubin ist eines der häufig verwendeten Wirtsmaterialien in diesem Lasertyp.

Ein Rubinlaser ist eine Art Festkörperlaser, dessen Lasermedium ein synthetischer Rubinkristall ist. Der synthetische Rubinstab wird mit einer Xenon-Blitzröhre optisch gepumpt, bevor er als aktives Lasermedium verwendet wird.

YAG ist eine Abkürzung für Yttrium-Aluminium-Granat, das sind Kristalle, die für Festkörperlaser verwendet werden, während Nd:YAG sich auf Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Kristalle bezieht, die in Festkörperlasern als Laservermittler verwendet werden.

YAG-Laser emittieren eine Wellenlänge von Lichtwellen mit hoher Energie. Nd:Glas ist ein mit Neodym dotiertes Verstärkungsmedium aus Silikat- oder Phosphatmaterialien, das in einem Faserlaser verwendet wird.

Teile der Laserstrahlbearbeitung

1. Netzteil

Für Laser ist eine Hochspannung erforderlich. Die Energie wird dem System zugeführt, um das Elektron zu verlassen. Wenn der Strom zugeführt wird, gelangt das Elektron in einen angeregten Zustand, dh es ist arbeitsbereit.

2. Blitzlampen

Blitzlampen werden verwendet, um für sehr kurze Zeit weißes und kohärentes Licht bereitzustellen.

3. Kondensator

Im Allgemeinen kennen wir die Arbeit eines Kondensators, er dient zum Speichern und Freigeben der Ladung. Hier wird es während des Flashvorgangs verwendet.

4. Reflektierender Spiegel

Hier wird ein reflektierender Spiegel verwendet, um das Licht direkt auf das Werkstück zu reflektieren. Es gibt zwei Arten:Intern und extern.

5. Linse

Linsen werden hier für Sehzwecke bereitgestellt. Es zeigt das Bild in größerer Größe, so dass es einfach ist, eine Operation an der gegebenen Werkstückmarkierung durchzuführen.

6. Werkstück

Das Werkstück ist wie der Gegenstand, an dem die Operation durchgeführt werden soll. Wenn zum Beispiel der Körper eine Laseroperation benötigt, dann sind wir das Werkstück für diese Maschine, genauso wie bei der Herstellung müssen die Objekte gebohrt oder gelocht werden, die Lasermaschine hat die Operation durchgeführt.

Funktionsprinzip der Laserstrahlbearbeitung

Bei diesem Prozess wird der Laserstrahl als monochromatisches Licht bezeichnet, das durch eine Linse auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert wird, um eine extrem hohe Energiedichte zum Schmelzen und Verdampfen von Materialien zu erzielen.

Der Laserkristall (Rubin) hat die Form eines Zylinders, wie in der obigen Abbildung oder dem Diagramm gezeigt, mit flachen reflektierenden Enden, die in einer Blitzlampenspule von etwa 1000 W platziert sind.

Der Blitz wird mit dem hochintensiven weißen Licht von Xenon simuliert. Der Kristall wird angeregt und sendet den Laserstrahl aus, der mit Hilfe der Linse auf das Werkstück fokussiert wird.

Der erzeugte Strahl ist extrem schmal und kann mit einer Leistungsdichte von 1000 kW/cm2 punktgenau fokussiert werden. Das erzeugt große Hitze und der Teil des Metalls wird geschmolzen und verdampft.

Anwendungen der Laserstrahlbearbeitung

Laser können unter anderem zum Schweißen, Plattieren, Markieren, Oberflächenbehandeln, Bohren und Schneiden verwendet werden. Es wird in der Automobil-, Schiffbau-, Luft- und Raumfahrt-, Stahl-, Elektronik- und Medizinindustrie für die Präzisionsbearbeitung komplexer Teile eingesetzt.

Das Laserschweißen hat den Vorteil, dass es mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 mm/s schweißen kann und unterschiedliche Metalle schweißen kann. Laserauftragschweißen wird verwendet, um billige oder schwache Teile mit härterem Material zu beschichten, um die Oberflächenqualität zu verbessern. Das Bohren und Schneiden mit Lasern hat den Vorteil, dass das Schneidwerkzeug wenig bis gar nicht verschleißt, da es keinen Kontakt gibt, der Schäden verursachen könnte.

Fräsen mit einem Laser ist ein dreidimensionaler Prozess, der zwei Laser erfordert, aber die Kosten für die Bearbeitung von Teilen drastisch senkt. Mit Lasern können die Oberflächeneigenschaften eines Werkstücks verändert werden.

Die Anwendung der Laserstrahlbearbeitung variiert je nach Branche. In der Leichtindustrie wird die Maschine zum Gravieren und Bohren anderer Metalle verwendet. In der Elektronikindustrie wird die Laserstrahlbearbeitung zum Abisolieren von Drähten und zum Schälen von Schaltkreisen verwendet. In der medizinischen Industrie wird es für Schönheitsoperationen und Haarentfernung verwendet.

Vorteile der Laserstrahlbearbeitung

• Da die Strahlen eines Laserstrahls monochromatisch und parallel sind (d. h. Etendue von null), kann er auf einen kleinen Durchmesser fokussiert werden und bis zu 100 MW Leistung auf einem Quadratmillimeter Fläche erzeugen.
• Die Laserstrahlbearbeitung kann fast alle Materialien gravieren oder schneiden, bei denen herkömmliche Schneidemethoden zu kurz kommen.
• Es gibt verschiedene Arten von Lasern und jede hat unterschiedliche Verwendungszwecke.
• Die Kosten für die Wartung von Lasern sind aufgrund des geringen Verschleißes moderat niedrig, da kein physischer Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück besteht.
• Die Bearbeitung durch Laserstrahlen ist hochpräzise und die meisten dieser Prozesse erfordern keine zusätzliche Nachbearbeitung.
• Laserstrahlen können mit Gasen kombiniert werden, um den Schneidprozess effizienter zu machen, die Oxidation von Oberflächen zu minimieren und/oder die Werkstückoberfläche frei von geschmolzenem oder verdampftem Material zu halten.

Nachteile der Laserstrahlbearbeitung

• Die Anschaffungskosten für einen Laserstrahl sind mäßig hoch. Es gibt viele Zubehörteile, die den Bearbeitungsprozess unterstützen, und da die meisten dieser Zubehörteile genauso wichtig sind wie der Laserstrahl selbst, steigen die Anlaufkosten der Bearbeitung weiter an.
• Handhabung und Wartung der Bearbeitung erfordern hochqualifiziertes Personal. Die Bedienung des Laserstrahls ist vergleichsweise technisch, und es kann erforderlich sein, dass ein Fachmann hinzugezogen wird.
• Laserstrahlen sind nicht für Massenmetallprozesse ausgelegt.
• Die Laserstrahlbearbeitung verbraucht viel Energie.
• Tiefe Schnitte sind bei Werkstücken mit hohen Schmelzpunkten schwierig und verursachen meist eine Verjüngung.

Häufig gestellte Fragen.

Was ist Laserstrahlbearbeitung?

Laserstrahlbearbeitung (LBM) ist eine Form der Bearbeitung, bei der von einem Laserstrahl gerichtete Wärme verwendet wird. Dieser Prozess verwendet thermische Energie, um Material von metallischen oder nichtmetallischen Oberflächen zu entfernen.

Was ist der Vorteil der Laserstrahlbearbeitung?

Die Hauptvorteile der Laserstrahlbearbeitung sind die einfache Automatisierung für komplexe Schnittmuster, das Fehlen von Werkzeugverschleiß und -bruch, die Fähigkeit, in flachen Winkeln zu schneiden, und schnelle Schnittgeschwindigkeiten. Da es sich um einen berührungslosen Prozess handelt, erfolgt die Energieübertragung zwischen dem Laser und dem Material durch Bestrahlung.

Welcher Laser wird bei der Laserstrahlbearbeitung verwendet?

Für die Laserstrahlbearbeitung verwendete Lasertypen:Gaslaser wie CO2- und Excimerlaser sowie Festkörperlaser wie Nd:YAG- und YAG-Laser und Femtosekundenlaser gehören zu den beliebtesten Lasern.

Was ist das Prinzip der Laserstrahlbearbeitung?

Konzentriert sich auf das Werkstück, um diesen Laserstrahl zu mechanisieren. Wenn der Laserstrahl auf die Oberflächen des W/P trifft, wird die thermische Energie des Laserstrahls auf die Oberflächen des W/P übertragen. Es erhitzt, schmilzt, verdampft und macht das Material schließlich zu einem Werkstück.

Was sind die Eigenschaften von Laserstrahlen?

In Kapitel 1 wurde festgestellt, dass die charakteristischsten Eigenschaften von Laserstrahlen (i) Monochromatizität, (ii) Kohärenz (räumlich und zeitlich), (iii) Richtwirkung, (iv) Helligkeit sind.

Welches Lasermaterial wird im LBM-Prozess verwendet?

Es gibt eine Reihe von Lasertypen, die in der Festkörperkategorie entwickelt wurden, in denen Nd:YAG hauptsächlich für LBM-Anwendungen verwendet wird. Festkörperlaser wie Nd:YAG, Rubin und Nd-Glas werden häufig zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe eingesetzt. Nd:YAG-Laser können auch für keramische Materialien verwendet werden.

Was ist Laserfertigung?

Die laserbasierte Fertigung wird derzeit in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt, um verschiedene Arten von Materialien zu verarbeiten, von Keramik über Polymere bis hin zu Metallen. Fortschritte in der Lasertechnologie haben die Laserbearbeitung praktisch aller Materialien mit beispielloser Präzision und Effizienz ermöglicht.

Erfordert die Laserstrahlbearbeitung während des gesamten Vorgangs ein Vakuum?

Erläuterung:Die Laserstrahlbearbeitung ist vielseitiger und kann sowohl für Metall als auch für Nichtmetall verwendet werden. Es ist keine Vakuumumgebung erforderlich. Erläuterung:Beim Laserstrahl-Bearbeitungsprozess haben die Wärmeeinflusszonen eine kleinere Fläche im Vergleich zu anderen unkonventionellen Bearbeitungsprozessen.

Welche Arten von Lasern gibt es?

Basierend auf ihrem Verstärkungsmedium werden Laser in fünf Haupttypen eingeteilt:

• Gaslaser.
• Festkörperlaser.
• Faserlaser.
• Flüssiglaser (Farblaser)
• Halbleiterlaser (Laserdioden)

Was sind die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen von Laserstrahlen?

Ein Laser ist ein Gerät, das einen hochkonzentrierten schmalen Lichtstrahl projiziert, der durch stimulierte Strahlung verstärkt wird. Laser haben drei Eigenschaften:Kohärenz, Kollimation und monochromatische Eigenschaften. Diese drei Eigenschaften von Lasern erzeugen einen kleinen Brennpunkt intensiver Leistung.

Welche Materialien können mit einem Laserstrahl bearbeitet werden?

Die Laserstrahlbearbeitung ist unabhängig von der elektrisch leitfähigen Beschaffenheit des Werkstücks. Es kann eine breite Palette von Materialien von Kunststoffen bis hin zu Diamanten bearbeiten. Die Laserstrahlbearbeitung bietet eine breite Palette von Materialbearbeitungstechniken, die von Bohren, Schneiden, Rillen, Ritzen, Markieren, Reinigen und Drehen usw. reichen.

Warum kann die Laserstrahlbearbeitung nicht für größere Löcher verwendet werden?

Laserstrahlung, die eine bestimmte Leistungsdichte überschreitet, führt zum Schmelzen und Verdampfen von Material und zum Herausschleudern von Feststoffpartikeln. Mit zunehmendem Durchmesser und zunehmender Bohrlochtiefe schmelzen die herausgeschleuderten Feststoffpartikel und lagern sich an den Wänden und am Bohrlochboden ab, daher nicht für Tieflochbohrungen geeignet.

Wie hoch sind die Betriebskosten der in der Laserstrahlbearbeitung eingesetzten Maschinen?

Bei der Laserstrahlbearbeitung ist die Bearbeitung sehr schnell und die Rüstzeiten sind wirtschaftlich.

Wie hoch sind die Betriebskosten der Maschinen, die bei der Laserstrahlbearbeitung eingesetzt werden?

Die Betriebskosten der Maschinen in LBM sind niedrig, aber die Ausrüstungskosten selbst sind hoch.

Was leistet die Lasertechnologie?

Lasergeräte verwenden Licht zum Speichern, Übertragen oder Drucken von Bildern und Text; Sie werden auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt, einschließlich Chirurgie und Waffen. Die kohärente Strahlung des Lasers verleiht ihm besondere Stärke.

Was ist Besetzungsinversion bei der Laserstrahlbearbeitung?

• Für die Laseraktion wird die Population der Atome in der. höherer Energiezustand sollte erhöht werden. Der Prozess der Erhöhung der Besetzung eines höheren Energieniveaus, d. h. N2> N1 zu machen, wird als Besetzungsinversion bezeichnet.
• Die Methode zum Erreichen der Besetzungsinversion ist. Pumpen genannt.

Was sind die Anwendungen der Laserbearbeitung?

Anwendungen. Laser können unter anderem zum Schweißen, Plattieren, Markieren, Oberflächenbehandeln, Bohren und Schneiden verwendet werden. Es wird in der Automobil-, Schiffbau-, Luft- und Raumfahrt-, Stahl-, Elektronik- und Medizinindustrie für die Präzisionsbearbeitung komplexer Teile eingesetzt.

Wird bei der Laserstrahlbearbeitung ein Elektronenstrahl verwendet?

Ein hochintensiver Strahl fokussierter Elektronen wird verwendet, um Wärme zum Materialabtrag zuzuführen. Ein hochintensiver Laserstrahl (kohärente Photonen) wird verwendet, um Wärme zum Materialabtrag zuzuführen.

Wer hat den Laserstrahl erfunden?

Theodore Maiman von den Hughes Research Laboratories mit dem ersten funktionierenden Laser. Theodore Maiman entwickelte 1960 den ersten funktionierenden Laser im Hughes Research Lab, und sein Artikel, der die Funktionsweise des ersten Lasers beschreibt, wurde drei Monate später in Nature veröffentlicht.

Was ist ein Laser der Klasse 3?

Laser der Klasse 3 sind Laser mittlerer Leistung oder Lasersysteme, die Kontrollmaßnahmen erfordern, um das Sichtbarmachen des direkten Strahls zu verhindern. Kontrollmaßnahmen betonen, dass verhindert wird, dass das Auge dem primären oder spiegelnd reflektierten Strahl ausgesetzt wird.

Ist LBM eine Einschränkung?

LBM ist nur für dünne Schnitte anwendbar und wo eine kleine Menge Material entfernt wird. Die Steuerung der Lochgröße ist schwierig. Gebohrte Löcher können eine leichte Verjüngung aufweisen und sind daher nicht für große Löcher geeignet.

Wann wurde der Laserstrahl erfunden?

Dezember 1958:Erfindung des Lasers. Hin und wieder kommt es zu einem wissenschaftlichen Durchbruch, der revolutionäre Auswirkungen auf das tägliche Leben hat. Ein Beispiel dafür ist die Erfindung des Lasers, der für Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission steht.

Können Laser Metall schneiden?

Laser können durch viele Materialien schneiden und werden typischerweise bei einigen ausgewählten Metallarten eingesetzt – insbesondere Kohlenstoffstahl, Baustahl, Edelstahl, Stahllegierungen und Aluminium.