加工设备返 回

  激光加工的基本设备和水刀加工相比要稍微的复杂和繁琐些,其设备包括以下几种,即主要的激光器,和电源、光学系统、冷却系统和机械系统控制系统及安全系统等。激光加工设备的结构原理图如图7-3所示。

一、激光器

    激光器是激光加工或处理的能源,由它实现电能至光能的转变。激光器主要包括工作物质、激励源、谐振腔三大部分。其中工作物质是其核心。按工作物质的种类不同激光器,可以分为固体和气体激光器;按激光器的工作方式,实际上可分为脉冲激光器和连续脉冲激光器。

l.固体激光器

    常用的固体激光器有红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石晶体激光器和钕玻璃激光器三种。

 (1)红宝石激光器红宝石是含有0.05%左右Cr3+离子的A1203晶体,实际上激活离于是Cr3+,它属于三能级的系统。在常温下,其吸收带为4lOnm的紫光和550nm的绿光,吸收带宽约lOOmn左右;发射光谱694.3mm的红光。

    红宝石激光器的优点是:机械强度大,能承受高功率密度,实际上能生长成大尺寸,亚稳态寿命长,可获得大能量输出,尤其是大能量单模输出。通过对激光加工的原理的了解,红宝石脉冲器件单脉冲能量已达数干焦耳。其输出光波长为694.3mm,荧光谱线较窄,实际上易被材料吸收。主要用于激光打孔。它的缺点是:闽值较高,输出性能受温度变化明显,所以在这里值得注意的是只能作低重复率脉冲器件。

 (2)掺钕钇铝石榴石晶体激光器。掺钕钇铝石榴石晶体的化学表达式为Nd3+YAC。激活离子为Nd3+。常温下辐射1.06μm激光,实际上属于四能级的系统。值得注意的是吸收带有五条,波长分别为0.53μm0.58μm0.75μm0.8lμm0.87μm

    这样的激光器的特点是:实践已经证明了的是量子效率高,受激辐射截面大,值得注意的是实际上阈值远低于红宝石和钕玻璃;而且还具有良好的热稳定性,热导率高,热膨胀系数小,适于脉冲、连续、高重复频率等多种器件;连续与脉冲的YAG器件,其平均功率已超过1000W,它可由多棒串接组成,或可由多级放大组成。

   值得注意的是Nd3+YAC器件已广泛用于材料加工,实践已经证明了的是例如打孔、焊接、热处理、打标记、书写、动平衡等,实践已经证明了的是它还在微细加工领域中已获得广泛应用,尤其实际上是大规模集成电路的加工,已显示出它独特的优越性。

 (3)钕玻璃激光器钕玻璃激光器是发展较快、用量较大的固体激光器。实际上工作物质由某种成分的光学玻璃中掺人适量的Nd20,制备而成,激活离子也是Nd3+。:吸收带与Nd3+YAC相似,但带宽较宽,因而有利于激光吸收。发射光波长为1.06μm,它已广泛用于激光加工中,成为高峰值功率的主要器件之一。

    钕玻璃激光器的特点是:制备工艺成熟,实际上容易获得高透光性及光学均匀的激光玻璃。工作物质形状、尺寸有较人自由度。大的钕玻璃棒长达1-2m,直径0.03-01m,可制成特大能量的激光器;值得注意的是小的则可制成直径仅几微米的玻璃纤维,用于集成光路中的激光振荡。其次实践已经证明了的是钕玻璃荧光寿命长,易积累粒子数反转而获得大能量输出,实际上有宽的荧光谱线,特别适于制作高峰值功率、超短脉冲的锁模器性。值得注意的是使用的基质材料有多种,常用的有硅酸盐和磷酸盐玻璃。工作物质除了棒状的外,还可根据需要做成圆盘状、平板状和丝状等等。

    实际上钕玻璃激光器输出能量已高达上万焦耳。而值得注意的是水切割设备是由特型三位的数控机床、油泵增压发生超高压系统、相关的电脑辅助的设计系统而组成的切割机。

    水刀可以在短短的几分钟内就能在一块钢板切割出缩小的摩托车外形图案模型。这种切割设备的切割速度可以达到一般工具切割速度的20倍。

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