01 Egwyddorion a Nodweddion Technegol
Egwyddor sylfaenol laser dan arweiniad dŵr yw cyplysu'r pelydr laser i mewn i jet dŵr micro pwysedd uchel, ac arwain y laser i wyneb y deunydd trwy'r jet dŵr. Yn y system hon, mae'r laser a gynhyrchir gan y ffynhonnell laser yn gyntaf yn mynd trwy gyfres o gydrannau optegol (fel lensys a drychau) ar gyfer gwrthdaro a chanolbwyntio, ac yna'n cael ei gyfuno â'r jet dŵr pwysedd uchel trwy ffroenell arbennig. Mae'r jet dŵr yn ffurfio sianel fach yn y ffroenell, ac mae'r trawst laser yn cael ei arwain trwy'r sianel hon i wyneb y darn gwaith, fel y dangosir yn Ffigur 1. Oherwydd bod mynegai plygiannol dŵr yn wahanol i aer, mae llwybr lluosogi'r laser mewn dŵr yn newid, felly mae angen dyluniad optegol manwl gywir i sicrhau sefydlogrwydd a ffocws ynni'r trawst laser.
Ffigur 1. Egwyddor dechnegol laserau dan arweiniad dŵr.
Cywirdeb uchel: Gall technoleg laser dan arweiniad dŵr gyflawni cywirdeb prosesu lefel is-filimedr neu hyd yn oed micromedr. Gan fod diamedr y jet dŵr yn fach iawn, fel arfer dim ond degau i gannoedd o ficromedrau, gellir arwain y trawst laser yn fanwl gywir i swyddi penodol ar y darn gwaith ar gyfer gweithrediadau torri, drilio neu engrafiad manwl. Effeithlonrwydd uchel: Yn ystod y prosesu laser dan arweiniad dŵr, mae'r trawst laser yn cael ei drosglwyddo'n uniongyrchol i wyneb y gweithle trwy'r jet dŵr, gan leihau colled ynni a gwasgariad yn yr aer. Yn ogystal, mae'r jet dŵr hefyd yn darparu effeithiau oeri a fflysio, gan ostwng tymheredd wyneb y darn gwaith yn effeithiol a lleihau'r parth yr effeithir arno gan wres, a thrwy hynny wella effeithlonrwydd ac ansawdd prosesu. Llai o ddifrod thermol: Oherwydd effaith oeri y jet dŵr, mae'r parth yr effeithir arno gan wres (HAZ) mewn dŵr-prosesu laser dan arweiniad yn fach iawn. Mae'r parth yr effeithir arno gan wres yn cyfeirio at yr ardal ar yr wyneb a thu mewn i'r darn gwaith lle mae anffurfiad thermol, difrod, neu newidiadau cyfnod yn digwydd oherwydd dargludiad gwres ac ymbelydredd yn ystod prosesu laser. Mae oeri cyflym y jet dŵr mewn dŵr-prosesu laser dan arweiniad yn tynnu gwres yn gyflym o wyneb y gweithle, a thrwy hynny leihau maint a dyfnder y parth yr effeithir arno gan wres ac atal anffurfiad thermol a difrod i'r deunydd.
Ffigur 2. (a) Delweddau SEM o doriadau aloi titaniwm trwy doriad 'laser sych confensiynol' a-torri â laser dan arweiniad dŵr, (b) cymharu arwynebau torri CFRP a gafwyd gan ddŵr-laser tywys a thorri 'laser sych confensiynol'.
02 Meysydd Cais
Maes Awyrofod: Mae gan y maes awyrofod ofynion uchel iawn o ran cywirdeb ac ansawdd prosesu deunyddiau, a defnyddir technoleg laser dan arweiniad dŵr yn eang yn y maes hwn. Gellir ei ddefnyddio i brosesu cydrannau allweddol peiriannau awyrofod fel llafnau, disgiau tyrbin, a siambrau hylosgi, sydd fel arfer wedi'u gwneud o ddeunyddiau anodd eu prosesu fel uwch-aloi ac aloion titaniwm. Gall laserau dan arweiniad dŵr dorri ac ysgythru'r deunyddiau hyn yn effeithiol tra'n sicrhau cywirdeb prosesu ac ansawdd wyneb, a thrwy hynny wella perfformiad a dibynadwyedd cydrannau. Yn ogystal, gellir defnyddio laserau dan arweiniad dŵr hefyd ar gyfer prosesu rhannau strwythurol cerbydau awyrofod, megis adenydd a ffiwsiau, gan alluogi peiriannu siapiau cymhleth a dyluniadau ysgafn.
Maes Lled-ddargludyddion: Mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, gellir defnyddio laserau dan arweiniad dŵr i dorri deunyddiau lled-ddargludyddion fel wafferi silicon, yn ogystal ag ar gyfer pecynnu a phrofi sglodion. Gan fod angen cywirdeb prosesu ac ansawdd wyneb hynod o uchel ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion, mae cywirdeb uchel a nodweddion difrod thermol isel laserau dan arweiniad dŵr yn eu gwneud yn offeryn prosesu delfrydol. Gallant dorri'n iawn ar wafferi silicon, gan osgoi craciau a difrod, a thrwy hynny wella cynnyrch a pherfformiad sglodion. Yn ogystal, gellir defnyddio laserau dan arweiniad dŵr ar gyfer prosesu dyfeisiau lled-ddargludyddion micro, megis gwneuthuriad cydrannau microelectronig ac ysgythru microgylchedau, gan ddarparu manwl gywirdeb peiriannu ar lefel y micromedr neu hyd yn oed nanomedr.
Maes Ynni Newydd: Yn y sector ynni newydd, gellir defnyddio laserau dan arweiniad dŵr i brosesu cydrannau allweddol dyfeisiau ynni newydd megis paneli solar a chelloedd tanwydd. Er enghraifft, wrth weithgynhyrchu paneli solar, gellir defnyddio laserau dan arweiniad dŵr i dorri wafferi silicon ac ysgythru patrymau electrod ar wyneb celloedd solar, gan wella effeithlonrwydd trosi ffotofoltäig a pherfformiad y paneli. Mewn gweithgynhyrchu celloedd tanwydd, gall laserau dan arweiniad dŵr brosesu cydrannau megis cydosodiadau electrod pilen a phlatiau deubegwn, gan alluogi torri ac ysgythru manwl uchel, gan wella perfformiad a hyd oes celloedd tanwydd.
Ffigur 3. Cymwysiadau-laserau dan arweiniad dŵr.
03 Heriau a Phroblemau a Wynebir gan Ddŵr-Laserau dan Arweiniad
Sefydlogrwydd y Jet Dŵr: Yn ystod-prosesu laser dan arweiniad dŵr, gall y jet dŵr sy'n llifo'n gyflym fynd yn ansefydlog, a all effeithio ar ansawdd y prosesu. Er enghraifft, wrth dorri, gallai amrywiadau yn y jet dŵr achosi gwyriadau yn y llinell dorri neu gynyddu garwedd wyneb, gan effeithio ar gywirdeb peiriannu ac ansawdd wyneb. Er mwyn sicrhau sefydlogrwydd y jet dŵr, mae angen gwneud y gorau o'r system rheoli jet dŵr fel y gall gynnal cyflwr sefydlog trwy gydol y prosesu.
Laser-Effeithlonrwydd Cyplu Dŵr: Mae'r effeithlonrwydd cyplu rhwng y pelydr laser a'r jet dŵr yn effeithio'n uniongyrchol ar y canlyniadau prosesu. Os yw'r effeithlonrwydd cyplu yn isel, bydd y golled ynni laser yn y jet dŵr yn cynyddu, gan leihau effeithlonrwydd prosesu ac ansawdd.
Gofynion Technegol ar gyfer Tyllau Nozzle: Er mwyn sicrhau prosesu laser dan arweiniad dŵr o ansawdd uchel, mae manwl gywirdeb dylunio a gweithgynhyrchu'r twll ffroenell yn hollbwysig. Mae angen i'r twll ffroenell fod â waliau hynod denau tra'n cynnal cywirdeb uchel o ran cywirdeb a sero tapr i wrthsefyll effaith llif y dŵr. Yn ogystal, rhaid cadw garwedd wyneb mewnol y twll yn isel iawn i sicrhau sefydlogrwydd a chysondeb y jet dŵr.
Addasrwydd Amgylcheddol: Mae gan -offer prosesu laser dan arweiniad dŵr ofynion amgylcheddol uchel. Er enghraifft, mae gweithrediad yr offer yn gofyn am gyflenwad pŵer sefydlog, dŵr glân, ac amgylchedd tymheredd a lleithder cyson. Mewn amgylcheddau ag amodau gwael, megis amrywiadau tymheredd mawr, lleithder uchel, neu gyflenwad pŵer ansefydlog, gall perfformiad offer ddiraddio neu hyd yn oed fethu. Yn ogystal, gall ffactorau megis llwch a dirgryniad yn yr amgylchedd ymyrryd â'r prosesu, gan effeithio ar gywirdeb ac ansawdd peiriannu. Felly, mewn cymwysiadau ymarferol, mae angen rheolaeth lem a rheolaeth ar amgylchedd gweithredu'r offer.
04 Statws Datblygu Presennol y Diwydiant Gartref a Thramor
Gyda datblygiad parhaus technoleg prosesu manwl laser a galw cynyddol y farchnad, mae technoleg prosesu laser dan arweiniad dŵr hefyd yn datblygu ac yn gwella'n barhaus. Mae prif wneuthurwyr offer laser dan arweiniad dŵr a gydnabyddir yn rhyngwladol yn cynnwys dau gwmni yn bennaf: Synova ac Avonisys yn y Swistir. Ar hyn o bryd, ymhlith -cwmnïau offer prosesu laser dan arweiniad dŵr domestig, mae'r rhai sy'n datblygu'n gymharol gyflym yn cynnwys Wot Intelligent Manufacturing, Cosset, a Shanghai Lengchen Technology, ymhlith eraill. Mae rhai cwmnïau eraill yn mabwysiadu'r dull o gyflwyno technolegau tramor cysylltiedig yn uniongyrchol ac yna eu cydosod a'u cynhyrchu yn ddomestig wrth wneud y gorau o'u cynhyrchion. Er y gall hyn lenwi bylchau technolegol yn gyflym a lleihau costau ymchwil a datblygu ac amser yn y tymor byr, mae rhai problemau o hyd yn y tymor hir, megis dibyniaeth ar dechnolegau craidd tramor, buddsoddiad ymchwil a datblygu anghytbwys, a risgiau gorlifo yn y gadwyn ddiwydiannol. Mae'r awdur yn credu y dylid sefydlu cylch cadarnhaol o 'gyflwyniad-amsugno-rhagori'. Y newyddion da yw bod yna gwmnïau domestig bellach sy'n gallu darparu offer masnachol gyda 100% o gydrannau a gynhyrchir yn lleol. Gyda thrawsnewid ac uwchraddio diwydiant gweithgynhyrchu Tsieina, bydd technoleg prosesu laser dan arweiniad dŵr yn chwarae rhan bwysicach mewn gweithgynhyrchu pen uchel, yn enwedig mewn cerbydau ynni newydd, awyrofod, a gweithgynhyrchu offer pen uchel. Bydd cymhwyso technoleg laser dan arweiniad dŵr yn ysgogi arloesedd technolegol ac uwchraddio cynnyrch yn y diwydiannau hyn.
