(0 Голосов)

 

Микро-отверстия в металле, созданные при помощи лазерного сверления

Лазерное сверление – это бесстружечная технология обработки материалов с использованием лазерного излучения, посредством которого внутрь заготовки локально передаётся такое количество энергии, что в результате происходит расплавление и частичное испарение материала этой заготовки.

В процессе сверления ионизированный пар (вернее, плазма) вытесняется наружу за счёт разности давлений между внешней средой и внутренним пространством отверстия. При этом оплавление материала по краю отверстия является нежелательным отклонением качества обработки.

Методы лазерного сверления

– Одноимпульсное лазерное сверление

При этом методе лазерное излучение включается лишь на короткое время, и сверление сквозного отверстия в материале выполняется за один импульс излучения.

Недостатками этого метода являются малая максимальная толщина просверливаемого материала (около 2 мм) и большая энергия, необходимая для лазерного импульса.

При применении излучения лазера с твёрдым рабочим веществом с накачкой лампой-вспышкой воспроизводимость параметров сверления ограничена низкой стабильностью энергии импульсов лазерного излучения.

Использование излучения волоконного лазера значительно повышает воспроизводимость параметров сверления.

– Перкуссионное (ударное) лазерное сверление

При этом методе несколько импульсов лазерного излучения поочерёдно бьют в одну и ту же точку на поверхности заготовки, расплавляя и испаряя некоторое количество её материала. После этого расплавленный материал вытесняется из отверстия под действием испаряющейся фракции материала. Это позволяет выполнять существенно более глубокие отверстия (около 30 мм), чем при методе лазерного сверления импульсным излучением.

Преимуществами данного метода являются увеличенная глубина сверления, возможность выполнения отверстий под углом к поверхности, более высокое геометрическое качество отверстий (по конусности) и возможность обработки даже чрезвычайно твёрдых материалов.

Недостаток метода состоит в увеличенной длительности технологического процесса.

– Трепанирующее лазерное сверление

При данном методе сначала выполняется сквозное отверстие, как и при перкуссионном лазерном сверлении. Затем отверстие расширяется до необходимого диаметра посредством относительного движения лазерного луча и заготовки.

К преимуществам этого метода относится уменьшенная толщина оплавленного слоя на стенке отверстия.

Его недостаток состоит в возможности повреждения задней стенки заготовки, так как во время относительного движения лазерный луч проходит сквозь отверстие.

– Спиральное лазерное сверление

По принципу действия этот метод идентичен перкуссионному лазерному сверлению и отличается от него лишь дополнительным вращением лазерного луча. В результате этого материал заготовки срезается в форме спирали.

Спиральное лазерное сверление подходит прежде всего для выполнения высокоточных отверстий (по диаметру и концентричности) в тонких материалах толщиной до 2 мм. Кроме того, этот метод также позволяет выполнять отверстия с положительной или отрицательной конусностью.

Преимущества лазерного сверления

– бесконтактная обработка без приложения усилия внутри заготовки;

– возможность применения лазерного сверления для выполнения отверстий в труднодоступных местах (например, в топливных форсунках), благодаря использованию мелкой оптики;

– минимальная тепловая нагрузка и отсутствие необходимости в охлаждающей жидкости;

– хорошая возможность автоматизации;

– технологическая гибкость;

– возможность изготовления отверстий мельчайшего диаметра (приблизительно от 40 мкм), которые с трудом поддаются традиционному механическому сверлению или вовсе не могут быть выполнены с его помощью.

Недостатки лазерного сверления

– чаще всего более высокая по сравнению с традиционными методами стоимость сверления;

– огромные по сравнению с традиционными методами сверления энергозатраты, а, значит, крайне низкий КПД;

Некоторые области применения лазерного сверления

– изготовление отверстий в крыльях самолётов для отсасывания пограничного слоя воздушного потока при обтекании;

– сверление отверстий в лопатках турбин для их воздушного охлаждения;

– выполнение отверстий в форсунках для дизельных двигателей автомобилей;

– сверление отверстий в изделиях из листового металла, имеющих тонкую геометрию.