Laserbundelbewerking uitgelegd: typen, processen en toepassingen

Wat is laserbundelbewerking?

Laserbundelbewerking (LBM) is een vorm van bewerking die warmte gebruikt die afkomstig is van een laserbundel. Dit proces gebruikt thermische energie om materiaal van metallische of niet-metallische oppervlakken te verwijderen. De hoge frequentie van monochromatisch licht valt op het oppervlak, waarna verwarmen, smelten en verdampen van het materiaal plaatsvindt door inval van fotonen.

Laserbundelbewerking is het best geschikt voor bros materialen met lage geleiding, maar kan op de meeste materialen worden gebruikt.

Laserbundelbewerking kan op glas worden uitgevoerd zonder het oppervlak te laten smelten. Met gevoelig glas voor licht, verandert de laser de chemische structuur van het glas, waardoor het selectief geëtst kan worden. Het glas wordt ook wel fotobewerkbaar glas genoemd.

Het voordeel van fotobewerkbaar glas is dat het precies verticale wanden kan produceren en het native glas geschikt is voor veel biologische toepassingen zoals substraat voor genetische analyse.

Definitie van laserbundelbewerking

Een laserbundelbewerking is een niet-conventionele bewerkingsmethode waarbij de bewerking wordt uitgevoerd door laserlicht. Het laserlicht heeft maximale temperatuur en raakt het werkstuk; door de hoge temperatuur smelt het werkstuk. Het proces gebruikt thermische energie om materiaal van een metallisch oppervlak te verwijderen.

Typen lasers

Er zijn veel verschillende typen lasers, waaronder gas, vastestate lasers, en excimer.

Enkele van de meest gebruikte gassen bestaan uit: He-Ne, Ar, en koolstofdioxidelaser.

Vastestate lasers zijn ontworpen door een zeldzaam element in diverse gastherende materialen te dopen. In tegenstelling tot gaslasers, worden vastestate lasers optisch gepompt door flitslampen of booglampen. Robijn is een van de veelgebruikte gastherende materialen in dit type laser.

Een robijnlaser is een type vastestate laser wiens lasermedium een synthetische robijnkristal is. De synthetische robijnstaf wordt optisch gepompt met een xenonflitspuit voordat het als actief lasermedium wordt gebruikt.

YAG is een afkorting voor yttrium aluminium granaat, kristallen die gebruikt worden voor vastestate lasers, terwijl Nd:YAG verwijst naar neodymium-gedopte yttrium aluminium granaat kristallen die in vastestate lasers als lasermedium worden gebruikt.

YAG-lasers emitteren een golflengte van lichtgolven met hoge energie. Nd:glas is neodymium-gedopte winstmedia gemaakt van ofwel silicaat of fosfaat materialen die in een vezellaser worden gebruikt.

Onderdelen van laserbundelbewerking

1. Voeding

Een hoge spanning is vereist voor de laser. De stroom wordt aan het systeem geleverd voor het exciteren van het elektron. Wanneer de stroom wordt geleverd, komt het elektron in een geëxciteerde toestand, wat betekent: klaar om te werken.

2. Flitslampen

Flitslampen worden gebruikt voor het leveren van wit en coherente licht voor een zeer korte duur.

3. Condensator

In het algemeen kennen we de werking van een condensator: het wordt gebruikt voor het opslaan en vrijgeven van lading. Hier wordt het gebruikt tijdens het flitsproces.

4. Reflecterende spiegel

Een reflecterende spiegel wordt hier gebruikt om het licht direct naar het werkstuk te reflecteren. Het is van twee typen: intern en extern.

5. Lens

Lenzen worden hier voor visiedoeleinden geleverd. Het toont het beeld in een grotere maat, zodat het gemakkelijk is om een bewerking op de gegeven werkstukmarkering uit te voeren.

6. Werkstuk

Het werkstuk is als het object waarin de bewerking moet worden uitgevoerd. Bijvoorbeeld, als de lichaam een laserbewerking nodig heeft, dan zijn wij het werkstuk voor deze machine, hetzelfde als bij de productie van objecten die geboord of gegoten moeten worden, de lasermachine voert de bewerking uit.

Werkprincipe van laserbundelbewerking

In dit proces wordt de laserbundel monochromatisch licht genoemd, die wordt gefocust op het te bewerken werkstuk door een lens om extreme hoge energiedichtheid te geven om elk materiaal te smelten en te verdampen.

De laserkristal (robijn) is in de vorm van een cylinder zoals getoond in de bovenstaande figuur of diagram met platte reflecterende uiteinden die in een flitspoel van ongeveer 1000W worden geplaatst.

De flits wordt gestimuleerd met het hoge-intensiteit witte licht van xenon. De kristal raakt geëxciteerd en emiteert de laserbundel die op het werkstuk wordt gefocust door gebruik te maken van de lens.

De geproduceerde bundel is extreem smal en kan gefocust worden op een pijlpunt gebied met een vermogendichtheid van 1000 kW/cm2. Wat hoge warmte produceert en het deel van het metaal wordt gesmolten en verdampt.

Toepassingen van laserbundelbewerking

Lasers kunnen gebruikt worden voor lassen, bekleden, markeren, oppervlaktebehandeling, boren en snijden onder andere productieprocessen. Het wordt gebruikt in de auto-, scheepsbouw-, luchtvaart-, staal-, elektronica- en medische industrie voor de precisiebewerking van complexe onderdelen.

Laserlassen is voordelig daar het kan lassen met snelheden tot 100 mm/s alsmede de mogelijkheid om ongelijksoortige metalen te lassen. Laserbekleding wordt gebruikt om goedkope of zwakke onderdelen te bekleden met harder materiaal om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren. Boren en snijden met lasers zijn voordelig daar er weinig tot geen slijtage is op het snijgereedschap aangezien er geen contact is om schade te veroorzaken.

Frezen met een laser is een driedimensionaal proces dat twee lasers vereist, maar de bewerkingskosten van onderdelen drastisch verlaagt. Lasers kunnen gebruikt worden om de oppervlakte-eigenschappen van een werkstuk te veranderen.

De toepassing van laserbundelbewerking varieert per industrie. In lichte productie wordt de machine gebruikt om te graveren en andere metalen te boren. In de elektronica-industrie wordt laserbundelbewerking gebruikt voor draadontmanteling en schakelcircuits. In de medische industrie wordt het gebruikt voor cosmetische chirurgie en haarverwijdering.

Voordelen van laserbundelbewerking

• Omdat de stralen van een laserbundel monochromatisch en parallel zijn (d.w.n. nul etendue), kan het gefocust worden op een kleine diameter en kan het zoveel als 100 MW vermogen produceren voor een vierkante millimeter oppervlak.
• Laserbundelbewerking heeft de mogelijkheid om bijna alle materialen te graveren of te snijden, waar traditionele snijmethoden tekortschieten.
• Er zijn verschillende typen lasers, en elk heeft verschillende toepassingen.
• De kosten van het onderhouden van lasers zijn matig laag vanwege de lage slijtagesnelheid, aangezien er geen fysiek contact is tussen het gereedschap en het werkstuk.
• De bewerking die door laserbundels wordt geleverd, is van hoge precisie, en de meeste van deze processen vereisen geen additionele afwerking.
• Laserbundels kunnen gekoppeld worden met gassen om het snijproces efficiënter te maken, oxidatie van oppervlakken te minimaliseren, en/of het werkstukoppervlak vrij te houden van gesmolten of verdampt materiaal.

Nadelen van laserbundelbewerking

• De initiële kosten van het aanschaffen van een laserbundel zijn matig hoog. Er zijn veel accessoires die helpen bij het bewerkingsproces, en aangezien de meeste van deze accessoires net zo belangrijk zijn als de laserbundel zelf, worden de opstartkosten van de bewerking verder verhoogd.
• Het hanteren en onderhouden van de bewerking vereist hoogopgeleide individuen. Het bedienen van de laserbundel is сравнитеel technisch, en diensten van een expert kunnen vereist zijn.
• Laserbundels zijn niet ontworpen om massale metaalprocessen te produceren.
• Laserbundelbewerking verbruikt veel energie.

Diepe sneden zijn moeilijk met werkstukken met hoge smeltpunten en veroorzaken meestal een kegelvormige afwijking (taper).

Veelgestelde vragen

Wat is laserbundelbewerking?

Laserbundelbewerking (LBM) is een vorm van bewerking die warmte gebruikt afkomstig van een laserbundel. Dit proces gebruikt thermische energie om materiaal van metallische of niet-metallische oppervlakken te verwijderen.

Wat is het voordeel van laserbundelbewerking?

De belangrijkste voordelen van laserbundelbewerking zijn de gemakkelijke automatisering voor complexe snijpatronen, afwezigheid van gereedschapslijtage en -breuk, mogelijkheid om onder ondiepe hoeken te snijden, en snelle snijsnelheden. Aangezien het een contactloos proces is, vindt energiedoordracht tussen de laser en het materiaal plaats door bestraling.

Welke laser wordt in laserbundelbewerking gebruikt?

Typen lasers gebruikt voor laserbundelbewerking: gaslasers zoals CO2 en excimer lasers, samen met vastestate lasers zoals Nd:YAG en YAG lasers en femtoseconde lasers, zijn enkele van de meest populaire lasers.

Wat is het principe van laserbundelbewerking?

Focust op het werkstuk om deze laserbundel geproduceerd te mechaniseren. Wanneer de laserbundel de oppervlaktes van het W/P raakt, wordt de thermische energie van de laserbundel overgedragen aan de oppervlaktes van het W/P. Het verhit, smelt, verdampt, en maakt uiteindelijk het materiaal een werkstuk.

Wat zijn de kenmerken van een laserbundel?

In Hoofdstuk 1 werd gesteld dat de meest kenmerkende eigenschappen van laserbundels zijn: (i) monochromaticiteit, (ii) coherentie (ruimtelijk en temporeel), (iii) gerichtheid, (iv) helderheid.

Welk lasermateriaal wordt in LBM-proces gebruikt?

Er zijn een aantal laser typen ontwikkeld in de vastestate categorie waarin Nd:YAG voornamelijk gebruikt wordt voor LBM-toepassingen. Vastestate lasers zoals Nd:YAG, robijn en Nd-glas worden hoog gebruikt voor het bewerken van metallische materialen. Nd:YAG lasers kunnen ook voor keramische materialen gebruikt worden.

Wat is laserfabricage?

Laser-gebaseerde fabricage wordt momenteel in veel verschillende industrieën toegepast om verschillende soorten materialen te verwerken, van keramieken tot polymeren en tot metalen. Vooruitgang in lasertechnologie heeft de laserverwerking van praktisch elk materiaal met ongekende precisie en efficiëntie mogelijk gemaakt.

Vereist laserbundelbewerking vacuüm tijdens de gehele bewerking?

Uitleg: Laserbundelbewerking is veelzijdiger en kan voor metaal alsmede niet-metaal gebruikt worden. Het vereist geen vacuümomgeving. Uitleg: In het laserbundelbewerkingsproces heeft de hittebeïnvloede zone een kleiner oppervlak in vergelijking met andere onconventionele bewerkingsprocessen.

Wat zijn de typen lasers?

Gebaseerd op hun winstmedium, worden lasers geclassificeerd in vijf hoofdtypen:

• Gaslasers.
• Vastestate lasers.
• Vezellasers.
• Vloeistof lasers (kleurenlasers)
• Halfgeleider lasers (laserdiodes)

Wat zijn de hoofdeigenschappen en toepassing van laserbundels?

Een laser is een apparaat dat een hoog geconcentreerde smalle bundel licht projecteert die versterkt wordt door gestimuleerde straling. Lasers hebben drie eigenschappen: coherentie, collimaties, en monochromatische eigenschappen. Deze drie eigenschappen van lasers produceren een klein brandpunt van intense kracht.

Welke materialen kunnen bewerkt worden met een laserbundel?

Laserbundelbewerking is onafhankelijk van de elektrisch geleidende aard van het werkstuk. Het kan een breed scala aan materialen bewerken van kunststoffen tot diamanten. Laserbundelbewerking biedt een breed scala aan materiaalverwerkingstechnieken variërend van boren, snijden, frezen, scriberen, markeren, reinigen en draaien, etc.

Waarom kan laserbundelbewerking niet gebruikt worden voor grotere gaten?

Laserstraling die een bepaalde vermogendichtheid overschrijdt, produceert smelting en verdamping van materiaal en uitstoting van vaste deeltjes. Met toenemende diameter en diepte van het gat, smelten de uitgezette vaste deeltjes en depositieren op de wanden en de bodem van de gaten, dus niet geschikt voor diepgaat boren.

Hoe is de exploitatiekost van de machines gebruikt in laserbundelbewerking?

Bewerking is heel rap en de insteltijden zijn economisch in laserbundelbewerking.

Hoe is de exploitatiekost van de machines gebruikt in laserbundelbewerking?

De exploitatiekost van de machines in LBM is laag, maar de apparatuurkost zelf is van hoge kost.

Wat doet lasertechnologie?

Laserapparaten gebruiken licht om beelden en tekst op te slaan, over te dragen, of af te drukken; ze worden ook gebruikt in een breed scala aan andere toepassingen, inclusief chirurgie en wapenbevestiging. De coherente straling van de laser geeft het speciale kracht.

Wat is populatie-inversie in laserbundelbewerking?

• Voor laseractie, moet de populatie atomen in de hogere energietoestand verhoogd worden. Het proces van het verhogen van de populatie van het hogere energieniveau, nl., N2 > N1 maken, wordt populatie-inversie genoemd.
• De methode om populatie-inversie te bereiken, wordt pompen genoemd.

Wat zijn de toepassingen van laserbewerking?

Toepassingen. Lasers kunnen gebruikt worden voor lassen, bekleden, markeren, oppervlaktebehandeling, boren, en snijden onder andere productieprocessen. Het wordt gebruikt in de auto-, scheepsbouw-, luchtvaart-, staal-, elektronica-, en medische industrie voor de precisiebewerking van complexe onderdelen.

Wordt elektronenbundel gebruikt in laserbundelbewerking?

Een hoge-intensiteit bundel gefocuste elektronen wordt gebruikt om warmte te leveren voor materiaalverwijdering. Een hoge-intensiteit bundel laser (coherente fotonen) wordt gebruikt om warmte te leveren voor materiaalverwijdering.

Wie heeft de laserbundel uitgevonden?

Theodore Maiman van Hughes Research Laboratories, met de eerste werkende laser. Theodore Maiman ontwikkelde de eerste werkende laser bij Hughes Research Lab in 1960, en zijn papier dat de werking van de eerste laser beschreef, werd drie maanden later in Nature gepubliceerd.

Wat is een klasse 3 laser?

Klasse 3 lasers zijn medium-vermogen lasers of lasersystemen die controlemaatregelen vereisen om bekijken van de directe bundel te voorkomen. Controlemaatregelen benadrukken het voorkomen van blootstelling van het oog aan de primaire of speculair gereflecteerde bundel.

Is LBM een beperking?

LBM is alleen toepasbaar voor dunne secties en waar een kleine hoeveelheid materiaal wordt verwijderd. Controle van gategrootte is moeilijk. Geboorte gaten kunnen een lichte kegelvorming hebben, dus niet geschikt voor grote gaten.

Wanneer is de laserbundel uitgevonden?

December 1958: Uitvinding van de laser. Elke nu en dan treedt een wetenschappelijke doorbraak op die een revolutionaire impact heeft op het dagelijks leven. Een voorbeeld hiervan is de uitvinding van de laser, wat staat voor light amplification by stimulated emission of radiation.

Kunnen lasers metaal snijden?

Lasers kunnen door veel materialen snijden en worden typisch gebruikt op een select aantal metaaltypen - in het bijzonder koolstofstaal, zacht staal, roestvrij staal, staallegeringen, en aluminium.