بهبود جوشکاری لیزری با آینه های سیلیکانی
آینه های میکرونی سیلیکانی که میتوانند باریکه های لیزری را با سرعت بسیار بالا هدایت کنند، به کاربرها اجازه میدهند که گرما را با دقت کامل به قطعه کار منتقل کنند. اما تاکنون این آینه ها به اندازه کافی قدرتمند نبوده اند که برای برشکاری و جوشکاری لیزری مورد استفاده قرار گیرند. در حال حاضر یک تیم از دو موسسه در فرانهوفر آینه هایی را توسعه داده اند که آنقدر سریع کار میکنند که کارهای چالشبرانگیز برشکاری و جوشکاری لیزری را انجام میدهند.
آینه های جدید در نمایشگاه تجاری مونیخ در تاریخ ۲۲ تا ۲۵ ماه ژوئن سال ۲۰۱۵ به نمایش در خواهند آمد (سالن B3، غرفه ۳۴۱ و سالن A3، غرفه ۱۲۱)
آینه های جدید در نمایشگاه تجاری مونیخ در تاریخ ۲۲ تا ۲۵ ماه ژوئن سال ۲۰۱۵ به نمایش در خواهند آمد (سالن B3، غرفه ۳۴۱ و سالن A3، غرفه ۱۲۱)
آینههای سیلیکانی سریع فنری MEMS که باریکه لیزر را منحرف و هدایت می کند.
در صنایع ساخت خودرو و هواپیما، مواد مختلفی از جمله آلومینیوم و استیل مستحکم برای کاهش وزن خودرو یا هواپیما مورد استفاده قرار میگیرند. با وجود این، اغلب این مواد کارخانه های سازنده را با چالشهای برش و جوش لیزری روبرو میکند. سیستمهای فرآوری لیزری باید به صورت خاص با هر ماده مشخص تطبیق داده شوند. در بسیاری موارد، این قضیه به اپتیک مخصوصی نیاز دارد که به طور ویژه برای فرآیند معینی نصب میشود.
گفته میشود آینه های لیزری که به صورت مشترک توسط مهندسان در موسسه تکنولوژی سیلیکان فرانهوفر[۱] (ISIT) در ایتزهو[۲] و موسسه تکنولوژی مواد و باریکه فرانهوفر[۳] (IWS) در درسدن[۴] توسعه داده شده اند، انعطافپذیری بالاتری را در فرآوری لیزری ارائه میکنند. آینه های میکرونی سونش شده از سیلیکان در مرکز سیستم لیزری انعطاف پذیر جدید قرار دارند.
این آینه های MEMS پایشگر، باریکه لیزر را منحرف و با دقت بالا روی قطعه کار هدایت میکنند. تاکنون امکان استفاده از این آینه های کوچک فقط با لیزرهای کم توان چند میلیواتی بوده است. این توان فقط برای نمایشگرهای فرا نما[۵] در شیشههای جلوی خودرو و نه برای برش و جوش لیزری، کافی بود. در توانهای بالاتر ممکن بود آینه ها ذوب شوند. در سایه پوششدهی های جدید محافظت کننده که در پروژه مشترک توسعه داده شده و یک مونتاژ ویژه، آینه ها اکنون قدرت تحمل توانهای لیزری در بازه کیلو وات – که برای فرآوری آلومینیوم یا صفحات استیل کافی است – را دارا هستند.
انعطافپذیری بالاتر
مزیت عمده آینه های نازک MEMS این است که این آینه ها میتوانند با سرعت فوق العاده زیاد به سمت جلو و عقب حرکت و نوسان کنند و به فرکانسهای تا ۱۰۰٫۰۰۰ هرتز هم برسند. این به انرژی لیزر اجازه میدهد که خیلی بیشتر از سیستمهای لیزری معمول که دارای آینه های با نوسانات ۱۰۰۰ هرتز هستند، پخش و توزیع شود. لیزر، یک پروفایل انرژی مشخص در نقطه کانونی اش دارد و همواره همان مقدار انرژی را وارد میکند. اگر آینه ها به آرامی به جلو و عقب حرکت کنند، انرژی نمیتواند توزیع و پخش شود و به صورت موثر به ذوب شدن می انجامد. دکتر – مهندس آندریاس وتزیج[۶] متخصص بخش سائیدگی و برش لیزری در IWS فرانهوفر میگوید ” نوسانات سریع باریکه لیزر به ما اجازه میدهد که گرما را توزیع و پخش کنیم و آنرا برای کار فراوری مربوط به صورت خیلی موثرتری تنظیم کرد.”
وتزیچ همچنین گفته که ” برای نمونه مس و آلومینیوم را میتوان به هم جوش داد و گرمای وارد شده را به صورت دقیق کنترل کرد که فلز بیشتر گرم شده و مقدار بیشتری از ماده ذوب شده ایجاد شود.” همچنین آینهها جوشدادن آلیاژهای آلومینیوم به یک دیگر را آسانتر میسازد. در حال حاضر به نظر میرسد که جوش آلومینیم اغلب متخلخل و پر منفذ است، چراکه در حین جوشکاری مواد مشخصی از داخل آلیاژهای مذاب و حبابهای آن خارج میشوند. با آینه های میکرونی، گرمای وارد شده میتواند به گونه ای کنترل شود که ماده ذوب شده به صورت مایع باقی بماند. در این صورت مواد خارج شونده به صورت کامل از داخل ماده مذاب خارج میشوند.
گفته میشود آینه های لیزری که به صورت مشترک توسط مهندسان در موسسه تکنولوژی سیلیکان فرانهوفر[۱] (ISIT) در ایتزهو[۲] و موسسه تکنولوژی مواد و باریکه فرانهوفر[۳] (IWS) در درسدن[۴] توسعه داده شده اند، انعطافپذیری بالاتری را در فرآوری لیزری ارائه میکنند. آینه های میکرونی سونش شده از سیلیکان در مرکز سیستم لیزری انعطاف پذیر جدید قرار دارند.
این آینه های MEMS پایشگر، باریکه لیزر را منحرف و با دقت بالا روی قطعه کار هدایت میکنند. تاکنون امکان استفاده از این آینه های کوچک فقط با لیزرهای کم توان چند میلیواتی بوده است. این توان فقط برای نمایشگرهای فرا نما[۵] در شیشههای جلوی خودرو و نه برای برش و جوش لیزری، کافی بود. در توانهای بالاتر ممکن بود آینه ها ذوب شوند. در سایه پوششدهی های جدید محافظت کننده که در پروژه مشترک توسعه داده شده و یک مونتاژ ویژه، آینه ها اکنون قدرت تحمل توانهای لیزری در بازه کیلو وات – که برای فرآوری آلومینیوم یا صفحات استیل کافی است – را دارا هستند.
انعطافپذیری بالاتر
مزیت عمده آینه های نازک MEMS این است که این آینه ها میتوانند با سرعت فوق العاده زیاد به سمت جلو و عقب حرکت و نوسان کنند و به فرکانسهای تا ۱۰۰٫۰۰۰ هرتز هم برسند. این به انرژی لیزر اجازه میدهد که خیلی بیشتر از سیستمهای لیزری معمول که دارای آینه های با نوسانات ۱۰۰۰ هرتز هستند، پخش و توزیع شود. لیزر، یک پروفایل انرژی مشخص در نقطه کانونی اش دارد و همواره همان مقدار انرژی را وارد میکند. اگر آینه ها به آرامی به جلو و عقب حرکت کنند، انرژی نمیتواند توزیع و پخش شود و به صورت موثر به ذوب شدن می انجامد. دکتر – مهندس آندریاس وتزیج[۶] متخصص بخش سائیدگی و برش لیزری در IWS فرانهوفر میگوید ” نوسانات سریع باریکه لیزر به ما اجازه میدهد که گرما را توزیع و پخش کنیم و آنرا برای کار فراوری مربوط به صورت خیلی موثرتری تنظیم کرد.”
وتزیچ همچنین گفته که ” برای نمونه مس و آلومینیوم را میتوان به هم جوش داد و گرمای وارد شده را به صورت دقیق کنترل کرد که فلز بیشتر گرم شده و مقدار بیشتری از ماده ذوب شده ایجاد شود.” همچنین آینهها جوشدادن آلیاژهای آلومینیوم به یک دیگر را آسانتر میسازد. در حال حاضر به نظر میرسد که جوش آلومینیم اغلب متخلخل و پر منفذ است، چراکه در حین جوشکاری مواد مشخصی از داخل آلیاژهای مذاب و حبابهای آن خارج میشوند. با آینه های میکرونی، گرمای وارد شده میتواند به گونه ای کنترل شود که ماده ذوب شده به صورت مایع باقی بماند. در این صورت مواد خارج شونده به صورت کامل از داخل ماده مذاب خارج میشوند.