Applicazioni di perforazione aerospaziale - laser a fibra
I vantaggi dei laser a fibra sono evidenti rispetto ai laser a impulsi Nd: YAG. Innanzitutto, la fonte della pompa del laser a fibra è un diodo anziché una lampada flash, quindi può formare un'onda quadra perfetta. In secondo luogo, il laser Nd: YAG con flash pompato è più lento e lento, quindi c'è sempre una parte di energia laser inferiore alla soglia di evaporazione dell'area target. Questa parte di energia fonderà il materiale, provocando il distacco del rivestimento a barriera termica. Per soddisfare le specifiche dello strato rifuso, il periodo di impulso deve essere inferiore a 1 ms. A questo punto, i laser a fibra hanno un vantaggio assoluto perché generano forme d'onda ad onda quadra, quindi l'uso di impulsi da 10 ms può soddisfare le specifiche dei dispositivi aerospaziali per la rifusione e il cracking.
Usiamo la camera di combustione per illustrare. Quando si utilizza la foratura a impulsi, la camera di combustione ruoterà più volte in parallelo durante il processo di perforazione. In questo caso, sono necessari 5 impulsi per la perforazione e 2 fori per formare i fori a forma di ventaglio. Di solito la frequenza massima di ripetizione di questo laser è di 10 impulsi / secondo. Il laser a fibra può formare un foro a forma di ventaglio con un impulso lungo. Se si utilizzano lo stesso periodo di impulso e l'energia dell'impulso del laser Nd: YAG, la velocità può essere fino a 10 volte. La stessa qualità di perforazione può essere ottenuta con uno o due impulsi lunghi o multipli. Inoltre, il laser a fibra può anche regolare il periodo di impulso dopo la perforazione e la perforazione, invece di utilizzare più impulsi tutto il tempo, il che aiuta a evitare danni al corpo.
I laser a fibra sono caratterizzati da un'uscita in modalità flat-top, mentre i laser Nd: YAG sono approssimativamente gaussiani. Pertanto, grazie alla modalità flat-top, il primo supera la soglia di evaporazione, mentre il secondo ha una porzione significativa al di sotto della soglia. Gli studi hanno dimostrato che i laser a fibra richiedono meno energia per ottenere lo stesso effetto di perforazione nelle stesse condizioni. Il motivo è onda quadra + modalità flat top. È anche a causa di questa caratteristica che i laser a fibra sono più efficienti nella perforazione e hanno meno danni termici. Minori danni termici si traducono in un miglioramento del peeling e della rifusione del rivestimento.
Uno dei motivi per cui i laser Nd: YAG hanno ricevuto molta attenzione è l'esclusiva proprietà di divergenza del raggio, le cui dimensioni dello spot possono variare con l'aumentare o la diminuzione della potenza e l'apertura desiderata può essere ottenuta mediante il rifocalizzazione. Alcuni laser Nd: YAG integrano un cannocchiale di messa a fuoco interno per cambiare l'angolo di divergenza del raggio, ma questa regolazione richiede all'operatore di avere un alto grado di professionalità, tempo e parametri corretti, quindi molte persone non sono ottimiste. Questo metodo. A questo punto, il laser a fibra è esattamente l'opposto, perché la sua forma di messa a fuoco è perfettamente rotonda, quindi non vi è alcun cambiamento quando la potenza viene alzata o abbassata, e se un telescopio scalabile è posizionato nel sistema, cambiare direttamente la dimensione del punto focalizzato durante la perforazione di volo. L'intervallo è di solito 3-1.
I laser a fibra sono molto più flessibili dei laser Nd: YAG, principalmente perché i diodi ad alta risposta del primo possono modificare il periodo e la potenza dell'impulso durante la perforazione, consentendo agli operatori di creare diverse dimensioni di potenza e periodi di impulso. La sequenza di impulsi richiesta. Ad esempio, utilizzare bassa potenza, impulsi brevi e quindi aumentare la potenza e l'impulso in base alla sequenza, a seconda delle specifiche esigenze di perforazione. Poiché il laser a fibra può regolare la dimensione del punto e il periodo di impulso (a partire da 10 μs) fornendo al contempo un picco di potenza a livello di kilowatt, è sufficiente una sola macchina.
Quando si utilizza la tecnologia di perforatura, il laser a fibra può essere elaborato fino a 10 volte più velocemente del laser a impulsi Nd: YAG con lampada. Non solo, ma nel caso della perforazione di volo, i laser a fibra ottica possono anche essere convertiti in output continuo fino a 2 kW per il taglio ad alta velocità. Questi dati possono essere ulteriormente migliorati per alcuni progetti di camere di combustione. In sintesi, i laser a fibra pulsata sono ideali per il taglio di piastre più spesse e applicazioni di perforazione ad alta velocità.
