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IPG新型光纤激光器在激光表面织构中的应用

发布时间:2021-05-21 人气:

本文摘要:两种具备独有加工能力的新型光纤激光器的重新加入,使现有纳秒光纤激光器的范围获得了扩展:第一种是模块化光纤激光器,需要将平均功率提升至数千瓦;第二种需要在较低的成本/瓦的销售价格的基础上,通过在长皮秒级获取更加较宽脉长提升了固定式脉长(MOPA)光纤激光器的效用。 上述两种激光器都在突破性的辐照度及功率水平下工作,明显提高了现有的表面实制取、洗手、涂层除去等激光加工能力。

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两种具备独有加工能力的新型光纤激光器的重新加入,使现有纳秒光纤激光器的范围获得了扩展:第一种是模块化光纤激光器,需要将平均功率提升至数千瓦;第二种需要在较低的成本/瓦的销售价格的基础上,通过在长皮秒级获取更加较宽脉长提升了固定式脉长(MOPA)光纤激光器的效用。  上述两种激光器都在突破性的辐照度及功率水平下工作,明显提高了现有的表面实制取、洗手、涂层除去等激光加工能力。这两种光纤激光器不仅能更进一步增加对有利于环境保护的化学工艺的倚赖,还能构建一些类似的应用于,如提高低鼓吹金属材料的焊工艺。

  激光表面处置  激光表面处置一般来说是指那些功率在数千瓦范围的激光工艺,如热处理、淬火、熔覆等,但是在这里我们即将辩论的是小型的、细致的、深度较深的加工,即一般来说所说的激光表面织构。我们对表面织构的定义是在一个较小的表面积上,通过小型的、深度10mu;m的纹路,使其构成功能化表面。

  可符合这一定义的加工工艺早已有多年应用于历史,主要方法是在圆柱体上展开激光雕刻,如网纹辊和压花棍,像素尺寸可以小至2mu;m(图1)。激光雕刻模具也间接归属于这一范畴,只是网纹表面利用激光表面雕刻技术雕刻在另一种非金属材料上,并作为模板用作反复生产。其他必要的激光织构应用于,如提高表面摩擦属性,也获得了普遍研究。

  图1:用于单模光纤激光器生产的网纹辊,上面高度规律地产于着直径为20mu;m的凹点,深度为10mu;m(Courtesy:ALE)  随着纳秒脉冲光纤激光器在可靠性、灵活性及性价比方面的提高,以及更高平均功率和更高覆盖率产品的经常出现,激光表面改性技术的应用于日益提升,如洗手、去漆、焊前预处理等。此外,人们对用于保守的化学工艺的疑虑更加多,也推展了激光工艺的应用于,而上述两种光纤激光器更加使得这一趋势以求加快前进。

  如今,在多种材料上分解更大范围的次微米及大型表面纹路或是形貌早已沦为有可能。激光微加工、激光打标、激光洗手、激光打磨和我们这里所谈的激光表面织构之间的界限开始显得彼此重合,所以,我们的辩论与上述所有话题皆涉及。  有关激光表面织构  对于工程师来说,表面加工和表面织构这两个词都是用来形容那些经过生产过程后获得的表面。

为了解释表面的三个主要特性,我们用沙丘来举例,或许不会有协助(图2)。  图2表面织构的特性,还包括粗糙度、波纹度及形状  一簇一簇的沙粒回应表面织构或表面加工,其中波纹度就是沙地上的纹路、曲率或是形状就是沙丘的平缓。

由于激光加工所谓材料认识的,所以工件上会受到像机械加工那样的力。因此,掌控波纹度和曲率仍然是一个力学问题,而是变为了如何掌控质量为零的激光光束的移动。  大部分激光表面织构应用于皆拒绝需要以较高的加工速度覆盖面积较小的面积,因此,探讨激光光束一般都是通过扫瞄振镜,在材料表面上以高速展开交互从商移动(一种左行右行交互式的书写方式)。

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这种工艺需要构建表面波浪式的变化。图3是一个关于如何通过调整激光和移动参数来减少材料清理量,从而将波纹中的微小变化反映在材料表面上的例子,更大的变化也需要构建。

  图3:在激光织构中波纹度的微小变化,较低的部分是通过激光织构构建的(闻图10:在高倍放大镜下仔细观察到的织构区域)  如果显然必须在波纹的基础上再加具备明显曲率的3D形状,那么可以利用多轴激光系统,通过减材(激光微加工)或是激光增材生产(LAM)加以构建。然而,将表面粗糙度(Ra)掌控在较为较低的水平是一个非常简单的问题,特别是在覆盖率较高的时候,比如在大规模工业生产中的激光织构。

  通过激光掌控纹理  纳秒脉冲光纤激光器打标是激光织构的一种形式。通过激光激光构成的标记具备尺寸小的特点,所以在肉眼显然具备极高的精确性。然而,图4是一个在放大镜下看见的在不锈钢材料上的典型的激光标记。

  图4:在高倍放大镜下看见的不锈钢材料上的激光标记(千瓦级纳秒脉冲光纤激光器)  在激光电离辐射较高的时候经常出现了较慢熔融、高度动态反应以及蒸汽压诱导的熔融物喷溅,随后材料再度凝结,造成表面的形态具备高度随机性。针对这种简单的表面形态,用一般的粗糙度测量方法检查打标质量变得过分非常简单,起到受限——因为主要标准一般来说是肉眼对可读性的主观辨别。


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