Odczarować LASER

Odczarować LASER

Tym artykułem chcielibyśmy zapoczątkować monografię technologii ablacji laserowej, takiej jaką znamy z codziennych wyzwań i wypracowanych doświadczeń. W ten właśnie sposób postaramy się "odczarować" dla Was LASER.

Z technologią obróbki laserowej, pozwalającą na selektywne czyszczenie czy przygotowanie powierzchni, pracujemy od dawna. W procesach technologicznych na co dzień obcujemy ze skomplikowanymi problemami z zakresu inżynierii powierzchni. Dlaczego zatem postanowiliśmy nadać naszemu artykułowi ten na wpół bajkowy tytuł? Postaramy się wprowadzić Was w zagadnienia, których zrozumienie pomoże "odczarować" technologię. Bo laser to nie tylko czyszczenie, cięcie czy spawanie. Przede wszystkim, dzięki zastosowaniu laserów, wzrasta wydajność, precyzja i jakość obróbki.

Zacznijmy od podstaw. Lasery, czyli generatory promieniowania elektromagnetycznego, to urządzenia wykorzystujące zjawisko emisji wymuszonej promieniowania. Ich działanie polega na wzbudzeniu ośrodka czynnego poprzez pompowanie różnego rodzaju: elektryczne, optyczne, chemiczne lub zderzenia elektronów. Wzbudzony ośrodek emituje energię w postaci kwantu promieniowania spójnego.

Lasery ze względu na rodzaj ośrodka czynnego dzielą się na gazowe, cieczowe, organiczne i nieorganiczne, na ciele stałym oraz półprzewodnikowe. Promieniowanie laserowe charakteryzuje się monochromatycznością, wysoką spójnością- czasową i przestrzenną, kierunkowością rozchodzenia się wiązki. Ponadto wiązki laserowe mogą być skupiane przez układy optyczne nawet do średnic rzędu kilku mikrometrów, co pozwala uzyskiwać bardzo duże gęstości mocy.

Zastosowanie laserów jest szerokie. W technice wojskowej znajdują się w celownikach, dalmierzach, systemach naprowadzania pocisków i rakiet, systemach śledzenia celu czy zapalnikach bomb. Lasery powszechne są w miernictwie, w pomiarach odległości, analizach struktury geometrycznej warstwy wierzchniej, w pokładowych systemach rozpoznania lotniczego oraz w nawigacji. Z powodzeniem wykorzystywane są w medycynie i kosmetyce, ochronie środowiska czy telekomunikacji.

Najczęściej jednak technologia laserowa znajduje zastosowanie w przemyśle, w różnorodnych procesach, polegających na obróbce metali i kompozytów - podczas spawania, topienia, nadtapiania, hartowania czy cięcia. Stosowana jest również do znakowania, drążenia otworów czy nakładania powłok. W ostatnich latach lasery znalazły również zastosowanie w konserwacji dzieł sztuki przy usuwaniu zanieczyszczeń i nawarstwień z kamienia, ceramiki, detalu metalowego oraz polichromii.

Źródło czyli serce LASERA

Źródłem laserowym nazywamy potocznie ośrodek czynny gdzie generowana jest akcja laserowa. Aby nie przesadzić ze zbyt szczegółowym opisem i rozróżnieniem na poszczególne typy ośrodka czynnego skupimy się przede wszystkim na laserach włóknowych czy też światłowodowych.

Elementem czynnym laserów włóknowych jest światłowód domieszkowany jonami pierwiastków ziem rzadkich, takimi jak erb, iterb czy neodym. Źródła te charakteryzują się wysoką sprawnością oraz doskonałą jakością wiązki. Promieniowanie generowane jest bezpośrednio w rdzeniu światłowodu i przenoszone poprzez światłowód bezpośrednio i bez strat do głowicy obróbczej. Dzięki temu wyeliminowano zawodne oraz skomplikowane układy regulacji drogi wiązki a także ryzyko jej osłabienia poprzez źle ustawione bądź zanieczyszczone zwierciadła czy soczewki. System laserowy oparty na źródle światłowodowym jest również odporny na zmiany temperatur oraz różnego rodzaju wstrząsy. Niewątpliwą zaletą jest także wysoka żywotność tych źródeł wynosząca minimum 100 tys. godzin.

Dlaczego LASER?

O zaletach ablacyjnego czyszczenia laserowego kilkukrotnie już pisaliśmy. Warto jednakże podkreślić, iż laserowa obróbka powierzchni jest technologią niezwykle uniwersalną, bowiem, działaniu wiązki lasera mogą być poddawane materiały zróżnicowane pod względem składu chemicznego jak i właściwości fizykochemicznych. Jest to również metoda precyzyjna, umożliwiająca obróbkę elementów o skomplikowanych kształtach oraz pozwalająca na uniknięcie deformacji czy utraty właściwości powierzchni wywołanych przegrzaniem. Dzięki w pełni kontrolowanemu procesowi emisji energii o dużej gęstości mocy precyzyjnie do założonego miejsca obróbki uzyskujemy powierzchnię nie tylko dokładnie oczyszczoną ale także przygotowaną czy też rozwiniętą pod kolejne procesy.

Niezwykle istotne jest również to, że jest to technologia przyjazna środowisku. W odróżnieniu od tradycyjnych metod obróbki powierzchni jak piaskowanie, sodowanie czy trawienie chemiczne, gdzie utylizacja pochodnych procesu staje się niezwykle kosztowna, w przypadku zastosowania laserów oraz odpowiednich systemów filtracyjnych zagrożenia związane ze skażeniem środowiska nie występują.

Problematykę właściwego przygotowania powierzchni przy procesach klejenia, spawania czy też nakładania powłok omówimy dokładniej w kolejnych artykułach. Postaramy się również, w sposób możliwie przejrzysty wyjaśnić pojęcia istotne dla zrozumienia technologii obróbki laserowej.