Početkom 2009. godine ljudi u industriji prerade materijala počeli su gledati pulsne lasere koji mogu pružiti visoku vršnu snagu, te kontinuirane lasere s većom razinom snage. Najviša snaga takvih lasera općenito može doseći 3 kW, a prosječna snaga je 300 W. Skokovi u tehnologiji doveli su do većih vršnih i prosječnih snaga. Danas su uvedene vršne snage do 20kW, prosječne snage 2kW i kontinualni laseri ultra velike snage. Neprekidno ažuriranje snage gurnulo je vlaknasti laser na stupanj obrade zrakoplovnih uređaja.
U usporedbi s tradicionalnim Nd: YAG laserima, laseri s vlaknima značajno su poboljšali učinkovitost elektro-optičke pretvorbe i svjetlinu snopa (jednonamjenski ili malo-bitni rad) i ne zahtijevaju predgrijavanje. Kad se snaga promijeni, bilo da se radi o ravnom vrhu (kao što je prikazano na slici) (1)) ili Gaussovom modu, promjer točke uvijek ostaje stabilan, u isto vrijeme je frekvencija pulsa veća i realno vrijeme podešavanja parametara je jače. Budući da vlaknasti laser koristi jedan odašiljač za uzbuđenje, to ima kvalitativni skok u pogledu pouzdanosti, stabilnosti napajanja i fleksibilnosti u usporedbi s laserima s bljeskalicom.
S obzirom na fleksibilne i raznolike metode primjene fiber lasera, ne samo da se mogu instalirati kao novi strojevi, već se mogu nadograditi i postojeće proizvodne linije, tako da zauzimaju sve više i više tržišnih udjela. Svi prethodni proizvodni sustavi koji koriste Nd: YAG lasere mogu se pretvoriti u vlaknaste lasere.
Potrebe bušenja u zrakoplovstvu
Zrakoplovna industrija nesumnjivo je još jedna industrija koja je imale veliku korist od lasera s vlaknima. U trenutnoj zrakoplovnoj industriji, turbinski motor može imati čak milijun rupa, koji se uglavnom koriste kako bi uređaj pravovremeno raspršio toplinu tijekom rada. Debljina, kut, promjer i oblik otvora razlikuju se. U području zrakoplovnih aplikacija za bušenje, novi vlaknasti laser je brža, fleksibilnija, stabilnija i ekonomičnija opcija.
Postoje dva glavna načina izrade rupa za hlađenje zrakoplovnih uređaja: jedan je da se koriste više impulsa za formiranje rupa za bušenje u skladu s potrebnim otvorima (pulsno bušenje); drugi je korištenje malih mrlja za pomicanje grede u kružnom rasponu kako bi se formirala bušilica (Socket). Sve u svemu, utičnica je sporija, ali oblik je savršeniji. U nekim aplikacijama mogu se odabrati samo rupe za rukave. Te rupe obično imaju promjer od 0,015-0,030in. U zrakoplovnom polju postoji i poseban zahtjev za bušenje, a to je otvor u obliku ventilatora koji spaja rupu koja ograničava struju. Ove rupe u obliku ventilatora su izlaz rashladnog zraka, svrha je preusmjeriti isti protok zraka u veće područje kako bi se postigao bolji učinak hlađenja. Trenutno postoje uglavnom sljedeći postupci za izradu rupa u obliku ventilatora: prvi je mali točkasti Q-switched laser + skener. Skener se koristi za skeniranje oblika na izlazu iz otvora. Upotreba ove metode za obradu rupa u obliku ventilatora zahtijeva da dva stroja rade odvojeno. Druga metoda je smanjiti veličinu mjesta kako bi se stvorio konus, a zatim se koristi CNC gniježđenje, ali ova je metoda mnogo sporija od "dvostupanjske metode" opremljene skenerom; Treća metoda je korištenje EDM tehnologije bušenja i dodavanje rupe u obliku ventilatora nakon što je formirana zabrana rupa. Vrlo je važno izbjeći ljuštenje toplinske barijere prilikom bušenja rupe u obliku ventilatora, a većina uređaja sada ima premaz toplinske barijere.
Primjene zračnog bušenja - laseri s vlaknima
U usporedbi s Nd: YAG impulsnim laserima prednosti vlaknastih lasera su očite. Prvo, izvor pumpe vlaknastog lasera je dioda, a ne bljeskalica, tako da može tvoriti savršen kvadratni val. Drugo, Nd: YAG laser pomoću bljeskalice usporava, tako da je dio energije lasera uvijek ispod praga isparavanja ciljnog područja. Ovaj dio energije će rastopiti materijal i uzrokovati da se sloj toplinske barijere otupi. Da bi se zadovoljile specifikacije preinačenog sloja, vrijeme impulsa mora biti manje od 1 ms. U tom pogledu vlaknasti laseri imaju apsolutnu prednost jer mogu stvarati valne oblike kvadratnih valova, pa upotreba impulsa od 10 ms može ispuniti zahtjeve zrakoplovne opreme za preinake i specifikacije pukotina.
Kao primjer koristimo komoru za izgaranje. Kada se koristi pulsno bušenje, komora za izgaranje će se tijekom procesa bušenja nekoliko puta istodobno okretati. U tom slučaju je potrebno 5 impulsa za bušenje, a još 2 impulsa koriste se za oblikovanje rupe u obliku ventilatora. Najveća učestalost ponavljanja ovog lasera obično je 10 impulsa / sekundi. Laser od vlakana može tvoriti otvor za ventilator s dugim pulsom. Ako se koristi isto razdoblje pulsa i energija pulsa kao i Nd: YAG laser, brzina može doseći 10 puta veću od izvorne. Bilo da se radi o jednom ili dva dugačka ili više impulsa, može se dobiti jednaka kvaliteta bušenja. Osim toga, vlaknasti laser također može prilagoditi razdoblje pulsa tijekom i nakon bušenja, umjesto da koristi više impulsa cijelo vrijeme, što je korisno da se izbjegne oštećenje tijela.
Karakteristika lasera s okretnim vlaknima je ta što može emitirati u ravnom vrhu, dok je Nd: YAG laser otprilike Gaussovog načina. Stoga, zahvaljujući načinu ravna ploče, cjelokupna energija prvog prelazi prag isparavanja, dok je značajan dio drugog ispod praga. Studije su pokazale da su za postizanje istog efekta bušenja pod istim uvjetima laserima s vlaknima potrebno manje energije. Razlog je kvadratni val + ravni gornji način rada. Upravo su zbog ove karakteristike laserski vlakna učinkovitija u bušenju i manje termički oštećena. Uz manje termičkih oštećenja, poboljšati će se i ljuštenje premaza i preuređivanje.
Jedan od razloga zašto su Nd: YAG laseri privukli veliku pažnju su jedinstvena svojstva odstupanja snopa. Veličina mjesta može se mijenjati s povećanjem ili smanjenjem snage. Sve dok je fokus ponovno definiran, može se postići potreban otvor. Neki ND: YAG laseri integriraju unutarnji teleskop za fokusiranje kako bi promijenili kut odstupanja snopa, ali ovo podešavanje zahtijeva visok stupanj profesionalizma operatera, dugotrajan i ispravan parametar, tako da mnogi ljudi nisu optimistični zbog ove metode. U ovom trenutku, vlaknasti laser je upravo suprotno. Budući da je njegov oblik fokusiranja savršeno kružni, neće se mijenjati kada se snaga poveća ili smanji, a ako se u sustav postavi skalabilni teleskop, on će moći izravno izmjeriti veličinu žarišta tijekom bušenja leta. Raspon je obično 3-1.
Fleksibilnost vlakana u laserima daleko je veća od Nd: YAG lasera. To je uglavnom zbog toga što nekadašnje visokoodgovarajuće diode mogu promijeniti razdoblje impulsa i razinu snage tijekom bušenja leta, omogućujući operaterima da koriste različite razine snage i razdoblja impulsa za stvaranje željenog slijeda impulsa. Na primjer, započnite s niskom snagom, kratkim impulsom, a zatim povećajte snagu i puls u nizu na temelju posebnih zahtjeva bušenja. Budući da vlaknasti laseri mogu pružiti visoku vršnu snagu u rasponu kW uz prilagođavanje veličine tačke i perioda pulsa (do 10 μs), dovoljan je samo jedan stroj.
Kada koristite tehnologiju rukava, brzina obrade vlaknastog lasera može doseći 10 puta veću od impulsnog lasera s pumpom Nd: YAG. I ne samo to, vlaknasti laser se također može pretvoriti u kontinuiranu snagu do 2kW prilikom bušenja u letu kako bi se postiglo rezanje velike brzine. Za neke izvedbe izgaranja, ovaj se broj može dodatno poboljšati. Ukratko, impulsni laseri s laserima idealni su za rezanje debljih ploča i velike brzine bušenja.
