Лазерная обработка материалов. Рассмотрение теоретических основ лазерной обработки материалов

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Целью курсовой работы является рассмотрение теоретических основ лазерной обработки материалов, а именно понятие и классификация лазеров, область их применения.

Наука о лазерах и лазерной технологии является бурно развивающейся областью знаний. В последние годы сделаны открытия принципиально новых типов лазеров, обладающих высоким коэффициентом полезного действия, простых и удобных в эксплуатации, обеспечивающих высокую надежность и, таким образом, весьма пригодных для применения в различных отраслях. В результате этого существенно расширился диапазон выполняемых функций лазерной техники. Наряду с увеличением производительности и качества  традиционных лазерных технологических процессов обработки были разработаны новые процессы, обеспечивающие общий прогресс развития теории и практики в технологии машиностроения.

Слово «лазер» составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света в результате вынужденного излучения».

Лазер – источник электромагнитного излучения, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Лазерный луч обладает рядом замечательных свойств: распространяется на большие расстояния и имеет строго прямолинейное направление; движется очень узким пучком с малой степенью расходимости; обладает высокой монохромностью; обладает большой теплотой и может пробивать отверстие в любом материале; световая интенсивность луча больше, чем интенсивность самых сильных источников света; не имеет опасного радиационного воздействия, как, например, рентгеновские, космические или гамма лучи; излучение лазеров может быть в видимом, в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах.

Все лазеры состоят из трёх основных частей: активная (рабочая) среда; система накачки (источник энергии); оптический резонатор (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).

Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

Активная среда позволяет получить индуцированное излучение, может быть: твердой (кристаллы рубина или алюмо-иттриевого граната, стекло с примесью неодима в виде стержней различного размера и формы), жидкой (растворы анилиновых красителей или растворы солей неодима в кюветах), газообразной (смесь гелия с неоном, аргон, углекислый газ, водяной пар низкого давления в стеклянных трубках). Источник энергии (электрический ток, импульсная лампа или химическая реакция) переводит в возбужденное состояние активные частицы, позволяя получить излучение. Этот процесс называется накачкой. Резонатор представляет из себя два параллельных друг другу зеркала (плоские, сферические, комбинации плоских и сферических и др.), между которыми помещается активная среда. Одно зеркало имеет 100 % отражения и называется «глухим». Второе зеркало является полупрозрачным и называется «выходным». Свет многократно проходит по резонатору и выходит через выходное зеркало в виде узконаправленного высококогерентного пучка света.

Существует большое разнообразие классификаций лазеров, но целесообразно использовать классификацию по активному элементу (более распространенный): газовые; твердотельные; жидкостные; полупроводниковые.

Свойства лазерного луча, многообразие конструкций современных лазеров и устройств на их основе обуславливают широкое применение лазерных технологий в различных областях человеческой деятельности: промышленности, науке, технике, медицине и быту.

В промышленности: лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Луч лазера может быть сфокусирован в точку диаметром порядка микрона, что позволяет использовать его в микроэлектронике. В медицине: в хирургии (гинекология, урология, лапароскопия) , косметическая хирургия (лазерная эпиляция, лечение сосудистых дефектов кожи, удаление татуировок),  стоматология (лечение заболеваний слизистой оболочки рта и пародонта), офтальмология (отслоение сетчатки; катаракта; лазерная коррекция зрения); диагностика заболеваний; удаление опухолей, особенно мозга и спинного мозга. В быту: проигрыватели компакт-дисков, DVD; лазерные принтеры, цифровые минилабы; системы слежения, считыватели штрих-кодов; лазерные указки, голография (объёмная фотография), лазерные дисплеи; системы навигации; лазерные световые шоу.

В основе лазерной обработки лежит простой научный факт: лазерный луч можно сконцентрировать на поверхности материала в пятно диаметром в десятые доли миллиметра. Если при этом лазер обладает достаточной мощностью, то происходит расплавление, испарение, разрушение, изменение структуры материала. Для превращения лазерного луча в инструмент на его пути на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности обрабатываемого материала ставится фокусирующая линза. Если теперь начать двигать материал с помощью двухкоординатного привода, управляемого от компьютера, то получится простейший станок для лазерной обработки материалов. Обычно в реальных станках перемещается лазерный резак над неподвижным материалом, так называемый координатный стол с «летающей оптикой»

Выделяют следующие виды лазерной резки:

Лазерная резка металлов (Особенности:  поверхность реза листа получается наиболее гладкой, не требует последующей обработки; высокая скорость резки; большая мощность лазерного излучения позволяет выполнять рез с очень высокой скоростью; экономность (процесс резки не требует высоких денежных затрат); легкость настройки программного обеспечения оборудования. Все это позволяет изготавливать изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала при минимальном количестве отходов).

Лазерная сварка обеспечивает качественное соединение самых разнообразных металлов, толщина которых может составлять от нескольких микрон до десятков миллиметров (преимущества: высокая производительность и низкая трудоемкость процесса; высокое качество соединений; низкий нагрев и деформация деталей; экономия электрической энергии, присадочных материалов, экологическая чистота и другие. Недостаток: высокая стоимость оборудования и высокие требования

Похожие материалы

Информация о работе