Número Browse:59 Autor:editor do site Publicar Time: 2019-01-18 Origem:alimentado
O aparecimento de diodos laser confiáveis revolucionou a tecnologia de lasers de estado sólido de alta potência de várias maneiras.A ideia original, que é quase tão antiga quanto os lasers de diodo e os lasers de estado sólido bombeados opticamente e que entre outros impulsionaram o desenvolvimento de díodos laser de alta potência, nomeadamente para os utilizar como fonte de bomba para lasers de estado sólido13, tornou-se realidade no final do século: estão disponíveis no mercado lasers de haste bombeada por díodos na gama kW lugar como produtos industriais.Entretanto, além disso, entretanto, surgiram novos lasers de estado sólido bombeados por diodo, que não possuem uma contraparte convencional, ou seja, bombeada por lâmpada.Tais tipos de laser, que são exclusivamente (ou pelo menos (apenas preferencialmente e eficientemente) possíveis através da utilização de díodos laser como fonte de bomba, são, por exemplo, o laser de disco e o laser de fibra, que estão agora a entrar no mercado de processamento de materiais.Além disso, a própria tecnologia do laser de diodo desenvolvido com uma potência e qualidade tão altas que até mesmo lasers de diodo diretos podem ser usados para processamento de materiais.
A ação do laser em diodos laser GaAs ou GaAsP em temperaturas criogênicas foi demonstrada já em 196214. O que começou como uma curiosidade física como base para lasers extremamente caros e com vida útil muito curta, é hoje o base para fontes laser baratas e de longa duração, abrangendo o maior mercado de fontes laser, com um volume de 3,10 milhões de euros.US$ em 200615: A maior parte do mercado atual de laser de diodo está relacionada a aplicações de baixa potência em telecomunicações e armazenamento óptico, mas a tecnologia também tem um impacto muito forte no processamento de materiais com lasers de alta potência.Investigação cuidadosa das estruturas cristalinas, compreensão detalhada dos mecanismos de falha e uma melhoria considerável dos processos de fabricação levou a esse sucesso.No entanto, mesmo que conceitos sofisticados de refrigeração permitam um aumento de potência muito além dos requisitos de telecomunicações, a emissão de um único emissor ainda é limitado a alguns watts (com uma vida útil razoável).Portanto, vários emissores são combinados em um elemento monolítico denominado barra de laser, que é então montado em um dissipador de calor de microcanais para resfriamento eficiente16;até 120 W são um potência típica de uma barra comercial, mas mais de 500 W foram relatados recentemente em experimentos de laboratório17.Microlentes cilíndricas asféricas são usadas para a colimação do feixe altamente divergente.O brilho, entretanto, é limitado devido às limitações da qualidade do feixe dos emissores individuais e especialmente devido ao seu acoplamento incoerente .
A forma original e ainda mais usada do meio ativo em um laser de estado sólido de alta potência (Nd:YAG) é a haste cilíndrica;em um laser de alta potência normalmente esta haste tem um diâmetro de 4 a 8 mm, um comprimento de 150 a 200 mm e a excitação é realizada por lâmpadas de arco de criptônio.Mesmo que este tipo de laser de estado sólido tenha sido o laser de estado sólido mais proeminente nos últimos anos, ele tem duas desvantagens inerentes ao sistema: Primeiro, o tempo de vida do arco de criptônio As lâmpadas são bastante curtas – apenas algumas centenas de horas – e, portanto, precisam de substituição frequente.Em segundo lugar, e ainda mais grave, apenas uma pequena fração da luz fornecida pelas lâmpadas de arco de criptônio é realmente usada para bombear o processo a laser;o resto está gerando calor e, portanto, desperdiçando energia e causando problemas, principalmente criando o efeito de lente térmica.Através do bombeamento de diodo é possível eliminar estes problemas: os diodos laser proporcionam uma vida longa de mais de 10.000 horas e seu comprimento de onda de emissão pode corresponder exatamente ao pico de absorção do material ativo, 808 nm no caso do cristal Nd:YAG.A carga térmica reduzida para o cristal permite maior potência de uma haste, bem como fornece melhor qualidade do feixe: normalmente, os lasers de haste bombeada por diodo na faixa de (multi-) quilowatts são especificados com um parâmetro de feixe productc) de 飞12 mm mrad, enquanto os lasers de haste bombeada por lâmpada mostram cerca de 25 mm mrad.Portanto, diâmetros de fibra menores (normalmente 300 µm) pode ser usado.Além disso, uma eficiência de tomada de parede de 10% é característica para estes lasers, em comparação com cerca de 3% para dispositivos bombeados por lâmpada.Um típico laser de haste bombeada com diodo de alta potência é mostrado na Fig. 15. Este laser é o modelo top de uma série de 500 W a 4 kW e está equipado com oito câmaras de laser.
Além do fato de que as aplicações já existentes como corte e soldagem de aço doce e aço inoxidável poderiam ser estendidas para maiores espessuras de materiais ou velocidades mais altas, o aumento na densidade de potência, que pode ser alcançado com O laser Nd:YAG com haste bombeada por diodo também levou à capacidade de cortar e soldar materiais que antes eram dificilmente acessíveis, como, por exemplo, especialmente ligas à base de alumínio.Isto é mostrado na Fig. 16, onde as curvas de soldagem para AlMg3 (5457) com um laser ROFIN DP 040 (ver Fig. 15) são apresentados.
Fig. 15: ROFIN DP040HP – diodo bombeado laser de haste com potência de saída de 4 kW Fig. 16: curvas de soldagem para soldagem de AlMg3 com 8 mm de espessura com um laser Nd:YAG bombeado por diodo de 4 kW
Como um protótipo de laboratório baseado na série ROFIN DP descrita acima, um laser Nd:YAG bombeado por diodo tipo haste com uma potência de saída de no máximo.8 kW foi realizado em cooperação com o Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser em Aachen, Alemanha.O objetivo do projeto é obter um melhor entendimento do processamento de materiais de alta potência na faixa de comprimento de onda de 1 µm.A radiação do laser de 8 kW foi entregue às estações de trabalho por fibras com diâmetro de núcleo de 600 µm e comprimento de até 50 m.
O corte de aço inoxidável foi realizado para materiais com espessuras entre 4 e 10 mm.A velocidade máxima que pode ser alcançada para cortes livres de óxido foi de 2,5 m/min;atingir essa velocidade com um laser de CO2 cerca de 20% maior é necessária energia apesar da qualidade superior do feixe19.Os experimentos de soldagem foi realizado em aço inoxidável e material de aço macio na faixa entre 6 e 10 mm de espessura.Uma pluma de vapor inesperadamente forte durante a soldagem foi reconhecida nestes experimentos.A supressão suficiente da pluma poderia não pode ser alcançado por bicos padrão convencionais sem perturbar a poça de fusão.Assim, o desafio importante foi desenvolver um bocal especial, que pudesse suprimir eficazmente a pluma por um lado, mas deixar a poça de fusão imperturbável do outro.Foi comprovado que um novo projeto de bico bem-sucedido resolveu o problema: A Fig. 17 mostra os resultados reais de soldagem para aço-carbono e aço inoxidável.Investigações adicionais da pluma de vapor, especialmente a interaçãoentre a pluma, a radiação laser e o fluxo de gás de processo devem ser investigado mais detalhadamente e abrindo ainda mais o potencial de lasers de estado sólido de alta potência.
Fig. 17: Soldagem com estado sólido de 8 kW
Acionado por uma aplicação especial, nomeadamente a remoção de contaminação foliar de vias férreas20, foi desenvolvido um laser Nd:YAG Q-switched de alta potência (ROFIN DQx80S).A contaminação foliar cria principalmente dois problemas, que influenciam a segurança do sistema ferroviário: baixa aderência das rodas causando problemas de travagem e aceleração e interferência nos circuitos eléctricos relevantes para a segurança.A ablação a laser foi considerada o processo de escolha para remoção eficiente desta camada.Como é bem conhecido, a ablação a laser necessita de pulsos curtos na faixa de dez nanossegundos.Assim, os lasers excimer têm sido usados principalmente até agora;no entanto, como os sistemas laser para esta aplicação devem ser circulam em trens, os lasers excimer foram descartados, entre outros, por questões de segurança.Foi solicitada uma potência média de cerca de 1 kW, uma vez que a potência média determina a taxa de remoção do contaminante e um trem médio mínimo velocidade de cerca de 70 km/h deve ser alcançada para uso econômico do método.Com base no projeto do laser de haste bombeada por diodo descrito acima, foi realizada uma unidade Nd:YAG comutada Q que fornece uma potência média de 800 W no modo Q-switch em pulsos de cerca de 38 ns e a uma taxa de repetição de 6 a 15 kHz.A energia é entregue através de uma fibra de 800 µm em uma cabeça de trabalho especial, que forma um foco de linha com a largura e o comprimento da trilha,Processo.do SPIE Vol.6735 67350T-7 que garante a sobreposição de pulsos mesmo na maior velocidade do trem para realizar a limpeza completa dos trilhos;os cabeçotes de trabalho são montados embaixo do vagão do “trem de limpeza”.O sistema foi testado com sucesso e cumpre os requisitos técnicos e requisitos económicos.O laser descrito aqui é, até onde sabemos, o laser comercial Q-switched mais forte disponível.As aplicações podem surgir na área de decapagem, limpeza de superfícies, estruturação de alta velocidade, especialmente para células solares e outros.
Em lasers de estado sólido bombeados longitudinalmente (ou na extremidade), a radiação da bomba é fornecida ao longo do ressonador óptico através do espelho final do laser.É claro que o bombeamento nesta geometria só é possível se a qualidade do feixe da bomba a fonte é boa o suficiente para que a luz da bomba possa ser acoplada de forma eficiente à haste do laser.Assim, o conceito só é viável com bombeamento a laser (diodo);a emissão retangular altamente astigmática das barras de diodo deve ser reorganizada para encaixe na forma circular da haste.Ao contrário do conceito de bombeamento lateral, em tal configuração a região bombeada pode ser adaptada ao volume de modo do ressonador e, assim, uma fonte de laser muito eficiente com alta qualidade de feixe pode ser realizado.O bombeamento de diodo também qualifica outros materiais ativos de laser além do conhecido cristal Nd:YAG para lasers: lasers bombeados na extremidade geralmente usam Nd:YVO4 (Ítrio-Vanadato), que, entre outros, tem uma banda de absorção mais ampla para 808 nm. radiação dos diodos e, portanto, é menos sensível à mudança de temperatura ou ao envelhecimento dos diodos.A alta qualidade do feixe (modo fundamental) e a configuração curta do ressonador do conceito de bombeamento final, bem como o curto A vida útil de fluorescência de Nd:YVO4 torna esta configuração uma combinação preferida para a geração de pulsos curtos de Q-switch e também para conversão de frequência.
As aplicações típicas para tais lasers estão na área de marcação de alta precisão e usinagem de alta precisão.Um exemplo típico e muito representativo de aplicação de marcação deste laser é a geração de cartões inteligentes, mostrados na Fig. 18: A alta potência de pico do pulso e a alta taxa de repetição do laser reduzem os tempos de impressão para muitas aplicações.Os lasers ROFIN para esta aplicação utilizam um software inovador de escala de cinza que permite diferentes intensidades para pulsos de laser individuais.A imagem em escala de cinza permite reduzir o número de bits em uma determinada imagem, encurtando sensivelmente o tempo de marcação em comparação com imagens convencionais em preto e branco, proporcionando fotografia de alta qualidade impressão.
Um exemplo de remoção de película fina é a estruturação do material da célula solar: O eletrodo transparente, normalmente feito de óxido de índio-estanho, deve ser estruturado em listras com linhas de separação tão estreitas quanto possível, conforme a área destas. linhas são perdidas para conversão de energia e, portanto, influenciam a eficiência da célula solar.Linhas com largura tão pequena quanto 10 µm e podem ser escritas com uma velocidade de até 1000 mm/s.Para outra aplicação a remoção completa da fina é necessária uma película nas células solares.O laser pode realizar esta tarefa a uma taxa de 5 cm²/s.
Um dos fatores limitantes para lasers do tipo haste em termos de qualidade do feixe, mesmo se o bombeamento de diodo for usado, é o 'efeito de lente térmica'.Uma ideia para contornar isso foi publicada em 1994 por A.Giesen et.al.21, que propôs utilizar uma fina disco (cerca de 150 a 300 µm de espessura e cerca de 7 mm de diâmetro) como meio de laser.Este disco fino é montado em um dissipador de calor pela parte traseira e assim é resfriado no sentido axial, evitando um gradiente radial de temperatura.Como o material ativo Yb:YAG é usado neste caso porque, entre outros, este material permite níveis de dopagem muito mais elevados (até 30%) do que a dopagem com Nd;altos níveis de dopagem são importantes para esta tecnologia, pois o volume onde a luz do laser é extraída é muito menor do que no caso do tipo haste.O bombeamento é obviamente realizado com diodos, cujo comprimento de onda está sintonizado com a absorção principal do cristal Yb:YAG (940 nm);pois nem toda a luz da bomba pode ser absorvida em um caminho configuração de múltiplas passagens é realizada.Além disso, o defeito quântico no sistema Yb:YAG é muito menor do que no caso do Nd:YAG, o que leva a uma redução adicional da carga térmica.Por estas razões, uma melhoria adicional em comparação para lasers de haste bombeada por diodo é esperado e, de fato, mrad de 7 mm pode ser alcançado em uma configuração típica de laser de disco.No ao mesmo tempo, é alcançada uma eficiência mais elevada, que chega a 50% óptico-óptico, o que resulta numa eficiência de tomada de parede de cerca de 20%!
Hoje em dia, lasers de disco de alta potência são fornecidos de 750 W (ROFIN DSx75HQ) de um disco com fibra de 150 µm até uma potência de 3 kW (ROFIN DS030HQ) de dois discos e uma fibra de 200 µm (usado NA = 0,12).Curvas de soldagem para um laser de 1,5 kW e para dois diâmetros de foco diferentes (100 µm e 300 µm) são representados na Fig. 19 para soldagem de aço inoxidável em comparação com um laser de placa de CO2 (ROFIN DC015, consulte o capítulo 2.1).A vantagem do disco laser para materiais finos é claramente visível.
Um exemplo para aplicação industrial é a soldagem de uma caixa de bateria em aço inoxidável 1.4301 (Fig. 20);com 700 W e um diâmetro de ponto de 100 µm a peça pode ser perfeitamente soldada com uma velocidade de 5 m/min sob atmosfera de He.
O disco laser também é adequado para corte: folhas de aço inoxidável com 0,5 mm (4 mm) de espessura foram cortadas com uma potência de 1,5 kW a uma velocidade de 40 m/min (2 m/min);O corte assistido por oxigênio de aço-carbono foi realizado a 1 mm e 10 mm de espessura com 10 m/min e 1 m/min, respectivamente.
19: Curvas de soldagem para soldagem de aço inoxidável com um laser de disco de 1,5 kW (DS015) em comparação com um laser de CO2 tipo placa (ROFIN DC015): claramente visível é a vantagem do laser de disco para materiais finos.Por efeitos plasmáticos, o CO2 o laser é vantajoso para materiais mais espessos.
20: caixa da bateria (1.4301) soldada com um laser de disco fino de 750 W (ROFIN DSx75HQ) tamanho do ponto 100 µm, velocidade de soldagem 5 m/min
Derivado da configuração bem estabelecida para aplicações de marcação, a alta qualidade do feixe do disco laser permite o posicionamento do feixe em alta velocidade por um sistema de dois espelhos acionados galvânicos (Fig. 21, à esquerda).Um chamado 'campo plano' especial lente ' fornece o foco em um plano de trabalho plano, independentemente da posição. O fornecimento do feixe por uma fibra óptica com um diâmetro de núcleo típico de 150 a 200 µm facilita a combinação de tal unidade de deflexão de feixe com um robô, como mostrado em Figura 21 (direita).
Esta configuração resulta em uma ferramenta muito flexível: enquanto o robô realiza um movimento suave da cabeça de digitalização seguindo a direção principal da costura, os espelhos galvânicos desviam o feixe para sua posição exata, realizando uma operação reta. pontos, círculos, ondas ou qualquer outra forma desejada.Se, por exemplo, apenas pontos retos com 50% de comprimento de soldagem e intervalos de 50% forem necessários para a soldagem, um movimento da viga a uma velocidade constante levaria a uma redução de 50%. utilização do laser;através da implementação do sistema de soldagem por scanner robótico, a velocidade (do movimento do robô) pode ser quase duplicada, pois o scanner pode guiar o ponto ao longo dos intervalos muito rapidamente (ou seja, na faixa de milissegundos).
Assim, esta configuração é uma possibilidade muito interessante para a soldagem de, por exemplo, carroceria na cor branca, em substituição à soldagem elétrica por pontos.
21: Esquerda: esboço de um sistema de espelho galvânico com lente de campo plano para posicionamento rápido do feixe22.À direita: combinação com um robô Laser de fibra
A outra possibilidade de evitar o efeito de lente térmica é reduzir o diâmetro e aumentar o comprimento da haste, de modo que finalmente o meio ativo degenere em uma fibra óptica e mesmo o resfriamento radial não cause gradiente de temperatura ao longo da seção transversal da fibra.Na verdade, o diâmetro do núcleo ativo pode ser tão fino que apenas um modo único é amplificado e, assim, pode ser gerada radiação de modo único de alta qualidade de feixe.Bombear é normalmente realizado pelo uso de uma chamada fibra de revestimento duplo: a luz da bomba é acoplada ao revestimento interno que envolve o núcleo de fibra ativa e sucessivamente absorvida a partir do núcleo de fibra ativa ao longo de todo o comprimento do fibra.Existem dois gerais Processo.do SPIE Vol.6735 67350T-9 possibilidades para o acoplamento da luz da bomba ao núcleo da bomba: (a) o conceito de bombeamento final, que requer uma pilha de diodos com uma qualidade de feixe bastante alta para caber no revestimento da fibra da bomba, e (b) o ' Acoplamento Y' configuração, que necessita de um grande número de diodos acoplados a fibra, que devem ser alimentados no núcleo da bomba por métodos bastante complexos,por exemplo, emenda de fibra ou grades de Bragg.
Pela densidade máxima de potência no núcleo ativo da fibra, a potência que pode ser extraída de uma única fibra (não necessariamente de modo único!) é limitada.Em sistemas comerciais este limite é de cerca de 800 W por enquanto com cerca de 1 a 2 vezes a qualidade do feixe limitada pela difração, enquanto no laboratório foram demonstrados 3 kW23, com um feixe que é 'quase limitado pela difração'.O dimensionamento de potência é realizado pela combinação 'lado a lado' de diversas fibras e assim, acompanha uma perda de qualidade do feixe.
Lasers de fibra na faixa de alta potência estão em fase de avaliação para aplicações industriais no momento.Eles fornecem uma tecnologia com alto potencial, se puderem ser fabricados a custos razoáveis e puderem fornecer o mesmo desempenho como o disco laser, especialmente na faixa de alta potência.Uma aplicação proeminente desses lasers devido à sua qualidade superior de feixe na faixa de baixa potência é a marcação;A Fig. 22 mostra um sistema de marcação a laser de fibra com um galvo scanner na frente do laser de fibra.
Em vez de usar o laser de diodo para bombear lasers de estado sólido de alta potência, eles também podem ser usados para processamento direto.Essas unidades impressionam pelo tamanho extremamente pequeno, mesmo em alta potência: o cabeçote do laser de 3 kW mostrado na Fig. 23 é tão pequeno quanto 555 (incluindo o tubo óptico) x 260 x 200 [mm] e o peso é de apenas 25 kg.Uma unidade de controle e um resfriador com um tamanho de cerca de 600 x 800 x 1000 [mm] cada devem ser adicionados para completar todo o sistema laser.Lasers de diodo de alta potência, no entanto, não pode fornecer uma qualidade de feixe tão elevada como os lasers bombeados por diodo descritos acima.Isto é consequência do acoplamento incoerente dos emissores individuais das barras de laser de diodo .Com o aumento da potência P, a qualidade do feixe diminui por um fator ,/P enquanto o brilho dos emissores individuais permanecer inalterado.O acoplamento de polarização e o acoplamento de comprimento de onda são usados para melhorar a situação16, 18: Os lasers de diodo de alta potência são normalmente
23: Cabeça de um laser de diodo de alta potência,3,1 kW (ROFIN DL031Q) não polarizados e emitem em dois ou três comprimentos de onda.O ponto é retangular (1,3 x 0,8 [mm] a uma distância focal de 66 mm para o sistema de 3 kW mostrado na Fig. 23 com um perfil de cartola em uma direção e um gaussiano na outra.
Como consequência da fraca qualidade do feixe na faixa de alta potência, as aplicações tradicionais de laser, como corte e soldagem de penetração profunda de alta velocidade, não estão realmente abertas como mercado para lasers de diodo de alta potência (ver Capítulo 4, Figura 27).No entanto, a figura também mostra que existem aplicações com um elevado potencial para os lasers de díodo de alta potência: Algumas das aplicações adequadas para lasers de díodo de alta potência foram demonstradas há anos com Nd:YAG ou CO2 lasers, mas não conseguiu penetrar na produção industrial com estes lasers por razões tecnológicas ou - principalmente - de custo.Os custos de investimento dos atuais sistemas de laser de diodo de alta potência são consideravelmente mais baixos do que os do Nd:YAG, lasers de disco ou fibra, emitindo quase no mesmo comprimento de onda ou ligeiramente mais curto;os custos operacionais são muito menores do que os de outros lasers devido à sua alta eficiência (normalmente a eficiência do plugue de parede está na faixa ou mesmo acima de 30%) e porque são quase isentos de manutenção durante a longa vida útil dos diodos.Espera-se uma redução adicional dos custos operacionais com o aumento da vida útil das barras de laser de diodo, uma vez que cálculos simples de custos mostram que, além da depreciação, a substituição dos diodos representa a maior parte dos custos de funcionamento.Por último, mas não menos importante, o pequeno tamanho não apenas da cabeça do laser de diodo, mas - com base na alta potência elétrica a óptica eficiência - também da fonte de alimentação e do chiller, tornam-nos uma ferramenta muito atraente para muitas dessas aplicações, onde a qualidade do feixe do laser convencional simplesmente não é necessária.
A possibilidade de produzir cordões de solda opticamente perfeitos em um processo de soldagem por condução de calor levou à primeira aplicação industrial de lasers de diodo de alta potência, a soldagem de pias de cozinha.Uma seção transversal através de uma solda é mostrado na Fig. 24. O uso do laser de diodo em vez da soldagem TIG convencional permitiu uma redução considerável do trabalho posterior: apenas o polimento é necessário, mas quase nenhum lixamento ou reparo!Este fato gerou um custo benefício, mesmo que o o investimento para um laser de díodo de 2,5 kW é superior ao de uma máquina de soldadura TIG24.
A brasagem se torna cada vez mais uma tecnologia de união atraente na fabricação de carrocerias automotivas, bem como na vedação de caixas de blindagem herméticas de RF para componentes eletrônicos.Experimentos nos laboratórios de aplicação do ROFIN-SINAR mostraram a brasagem bem-sucedida de aço revestido de Zn (0,9 mm) com solda dura CuSi alimentada como um fio de 1 mm de diâmetro.Os experimentos resultaram em costuras muito lisas (Fig. 25).A velocidade de brasagem foi de 2-4 m/min com potência de 2,5 kW, mas isso depende fortemente da requisitos individuais de preenchimento de lacunas com material de solda duro.Pelo menos os mesmos resultados de um laser Nd:YAG podem ser obtidos com um laser de diodo de alta potência, mas por custos consideravelmente mais baixos!
Devido ao seu formato retangular, com um perfil de cartola em uma direção e um perfil gaussiano na outra, o feixe de laser de diodo de alta potência é especialmente adequado para aplicações de endurecimento de superfície.Além disso, em comparação com o CO2 laser o comprimento de onda de emissão destes lasers é curto, o que leva a uma maior absorção e, portanto, elimina a necessidade de qualquer revestimento para aumentar a absorção.A maior eficiência dos lasers de diodo juntamente com o As vantagens mencionadas acima tornam o laser de diodo de alta potência uma ferramenta muito eficiente, confiável e econômica para endurecimento.Um exemplo muito proeminente de aplicação na fabricação de lasers de diodo de alta potência é o endurecimento de molas de torção, que são utilizadas nas dobradiças das portas dos automóveis (Fig. 26).O laser de diodo de alta potência não apenas fornece uma geometria de feixe ideal e distribuição de intensidade, mas também é a maneira mais econômica de transformar endurecimento.Mola de torção com diâmetro de 8 mm, mostrada na Fig. deve ser endurecido em um ângulo de >170°, em um comprimento de ca.10 mm e a uma profundidade de 0,2 a 0,4 mm na área marcada para reduzir o desgaste da mola pelos rolos de fixação, que mantêm a porta numa determinada posição.Em uma configuração que usa dois lasers sob um ângulo de cerca de Inserção: seção transversal da mola: zona endurecida 120°, esta geometria pode ser endurecida de forma homogênea, se os lasers percorrerem o comprimento de 10 mm.Um controle ativo de processo, que utiliza dois pirômetros para registro de temperatura, garante a qualidade do processo para cada peça individual25.
O revestimento com lasers de diodo de alta potência está sob investigação, uma vez que altas densidades de potência também não são necessárias para esta aplicação de laser, que hoje também é realizada com lasers de CO2 ou Nd:YAG;no entanto, a alimentação em pó precisa de certos distância de trabalho e, portanto, uma certa qualidade de feixe, mas que pode ser alcançada por lasers de diodo de última geração.
Além disso, os lasers de diodo são a ferramenta perfeita para soldagem de polímeros a laser, o que é descrito em detalhes em outra parte26, 27.
BREVE COMPARAÇÃO DE DIFERENTES TECNOLOGIAS DE LASER
A decisão final sobre qual laser deve ser selecionado para uma determinada aplicação depende de muitos aspectos.Claro que antes de mais nada um estudo de viabilidade deve esclarecer qual o melhor laser para obter o resultado desejado.No entanto, uma classificação típica conforme proposto por P. Loosen28, pode fornecer uma dica para a tecnologia laser adequada (Fig. 27), bem como permite uma comparação da melhor qualidade de feixe alcançável para cada tipo de laser.
Fig. 27: Produto dos parâmetros do feixe versus potência do laser para vários tipos de laser e regimes típicos para aplicações industriais 28
As aplicações tradicionalmente mais importantes, que oferecem a maior parte do mercado (ver capítulo 1), nomeadamente corte e soldadura, requerem também a melhor qualidade de feixe.Essa qualidade do feixe pode ser alcançada pelo laser de CO2 e pelo lasers de estado sólido bombeados por diodo.A soldagem também pode ser realizada por laser YAG bombeado por lâmpada, conforme demonstrado em muitas aplicações na indústria.No entanto, deve ser mencionado aqui que o laser de CO2, especialmente na configuração de placa (ver capítulo 2.1) ainda fornece os fótons mais baratos para aplicações de processamento de materiais e também a melhor qualidade de feixe, ou seja, a melhor capacidade de foco na faixa de potência de vários kW.Considerações econômicas sobre “custo de propriedade”, incluindo o impacto de cada tecnologia nos custos das peças será levado em consideração, se os experimentos comprovarem que diferentes lasers podem realizar o trabalho igualmente bem.A ilustração na Fig. 27 também mostra que, apesar do feixe reduzido o laser de diodo de alta potência e qualidade pode ser uma fonte de fótons atraente para muitas aplicações de laser devido à sua alta eficiência de cerca de 30%.;O laser de disco e de fibra está chegando perto disso em cerca de 20%, enquanto o laser de CO2 está usando cerca de 10%. da energia consumida na saída final do feixe de laser.
Durante muito tempo, o laser de gás CO2 dominou a área de processamento de materiais de alta potência e ainda detém, de longe, a maior participação de mercado (41,1%) no mercado de processamento de materiais a laser4 (1,69 bilhões de dólares para fontes de laser).Pelo aparecimento de diodos laser confiáveis e poderosos como fonte de bomba para lasers de estado sólido, esse quadro mudou ligeiramente e os lasers de estado sólido estão se atualizando a cada ano;no entanto, em 2006 ainda a maior quantidade de estado sólido os lasers foram abrangidos pelos sistemas bombeados por lâmpada (20,4%), seguidos pelos lasers de fibra (8,5%, aumentou de 6% em 2005) e sistemas bombeados por díodos (haste/disco) (6,4%).Os lasers de diodo direto cobrem ainda apenas 1% do mercado.É esperado que o laser de disco e o laser de fibra crescerão, principalmente em detrimento das unidades bombeadas por lâmpadas;aplicações tridimensionais e remotas irão, naturalmente, beneficiar da melhoria da qualidade do feixe destes lasers e proporcionar novas oportunidades.Alto lasers de diodo de potência estão alimentando nichos como tratamento de superfície e soldagem por condução de calor no momento;portanto, mais do que outros lasers, os lasers de diodo de alta potência estão competindo com as tecnologias convencionais.O laser de CO2, no entanto, continuará sendo o carro-chefe para aplicações de processamento de materiais a laser nos próximos anos, especialmente para todas as tarefas bidimensionais.
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