Lasery przemysłowe Laser Nd:YAG – budowa i zastosowanie

1. Lasery przemysłowe Laser Nd:YAG – budowa i zastosowanie Mariusz Konowalski

2. Laser Nd:YAG - przypomnienie • Ośrodek czynny – kryształ Y3Al5O12 (YAG) - granatu aluminiowo -itrowego domieszkowany neodymem. • Inwersja obsady poprzez pompowanie optyczne. • Emituje promieniowanie o długości 1064 nm, które może być przesyłane światłowodami. • Może pracować w trybie impulsowym jak i ciągłym. • Przejścia laserowe zachodzą w powłoce 4f. • Czas życia górnego stanu laserowego: 255ms dolnego ~ 30ns

3. Laser Nd:YAG – budowa

4. Laser Nd:YAG – poziomy energetyczne i przejścia

5. W dziedzinie cięcia: Poprawa jakości wiązki i wielkości plamki Dokładnej kontrola szerokości nacięcia Wyższa jakość powierzchni uciętej krawędzi. Pozwala na ostrzejsze mikrocięcie wewnątrz konturu np. implantów stalowych rurek W dziedzinie spawania możliwość : osiągnięcia spawanych miejsc w zakresie 100-800 mm spawania spoinowego aluminium i miedzi. spawanie na zakładkę 100 mm folii metalu spawania większych plastycznych komponentów Konkurencja dla Nd:YAG czyli Yb:YAG - lasery dyskowe i włókniste

6. Zalety konwencjonalnego lasera Nd:YAG • Jest sprawdzoną technologią • Krótki czas trwania impulsów mocy idealny do spawania punktowego i liniowego • Każdy impuls o tej samej energii • Dobra kontrola czasu trwania impulsu i mocy szczytowej • Ciągle ulepszana technologia – przenoszenie impulsu również przez włókna

7. Zalety konwencjonalnego lasera Nd:YAG • Wygodny interfejs użytkownika Dzięki możliwości przesyłania wiązki lasera Nd:YAG przez światłowódmożna go stosować w połączeniu z robotem

8. Laser pompowany diodowo Diody wytrzymują 10-20 tys. godzin pracy a nawet więcej ale muszą być w końcu wymienione. Koszt wymiany wynosi do połowy wartości całego lasera. Laser pompowany lampami łukowymi Lampy łukowe wytrzymują 1-2 tys. godzin pracy. Koszt wymiany poniżej 100$. Porównanie kosztów pompowania

9. Zastosowanie impulsowego lasera Nd:YAG w przemyśle medycznym • Łączenie bardzo małych, cienkościennych i mechanicznie delikatnych komponentów • Rurki drenowe, cewniki, druty prowadzące itp. • Spawanie wymaga stabilnego źródła niskiej mocy • Wielkości spawu poniżej 100mm przy energii do 0,1 J • Obróbka, z powodu niewielkich rozmiarów i kruchości materiałów ma też duże znaczenie w osiągnięciu dobrych spawów

10. Zastosowanie impulsowego lasera Nd:YAG w przemyśle optycznym • Sieci światłowodowe - elementy łączone przez spawanie laserowe • Wymagana stabilność i powolna obróbka cieplna (uwaga na termiczne wypaczenia części) • Z powodu niewielkich rozmiarów ważne jest odpowiednie ustawienie elementów – szpar pomiędzy nimi Z tego powodu celność spawania waha się od 1-2 mm do 10-20 mm w najgorszym przypadku

11. Zastosowanie impulsowego lasera Nd:YAG w przemyśle elektronicznym • Hermetycznie oddzielone spawanie – komora rękawicowa – minimalizacja ilości cząsteczek zanieczyszczeń • Kończenie spawu – optymalizacja prędkości i penetracji Duża częstotliwość i krótki czas trwania impulsu zmniejszają średnią moc potrzebną do utworzenia spawu spaw Kovaru (stopu Fe-Ni-Co)

12. Udoskonalenia • Kontrolowany impuls + oliwienie krawędzi = większa szybkość + redukcja rozprysku • Lasery dużej mocy mogą przekazywać impuls przez mniejsze rdzenie włókien co pozwala na szybsze spawanie i mniejsze rozmiary spawów

13. Podsumowanie Lampowo pompowany laser Nd:YAG jest wciąż preferowany do spawania w przemyśle • Zgrzewanie liniowe - sporadyczna konkurencja innych technologii ( dyskowych, włóknistych) • Zgrzewanie punktowe – bezkonkurencyjny • Nd:YVO4 - zielony laser - może konkurencja w przyszłości