Choć jego historia sięga zaledwie półwiecza, to trudno sobie wyobrazić współczesny świat oraz przemysł chemiczny bez laseru. I właśnie z tego względu podczas zbliżających się Międzynarodowych Targów Tworzyw Sztucznych i Kauczuku K 2007 w niemieckim Düsseldorfie prezentowany będzie szeroki przegląd zastosowań laserowych. Wydarzenie rozpocznie się 24 października i potrwa tydzień.Historia laserów
Laser (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania), to urządzenie będące źródłem promieniowania elektromagnetycznego z zakresu od podczerwieni do nadfioletu, a obecnie nawet do częstotliwości promieniowania X. Światło emitowane przez laser jest spójne - rozchodzi się wiązką o kącie promieniowania do kilku minut kątowych i prawie idealnie monochromatyczne - długości fal mogą zawierać się w bardzo wąskim zakresie wartości (nawet do kilkunastu kHz).
Jako pierwszy podstawy teoretyczne wymuszonej emisji lasera opisał w 1917 r. Albert Einstein, z kolei pierwszy laser - z prętem rubinowym – skonstruował 47 lat temu amerykański fizyk Theodore Maiman.W 1961 r. powstał laser gazowy, helowo-neonowy. Rok później uruchomiono laser na bazie szkła neodymowego, a w 1964 r. zbudowano go na bazie granatu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem. W tym samym czasie stworzono pierwszy laser półprzewodnikowy z pompowaniem diodowym. Końcówka lat 60. przyniosła laser na bazie kryształu perowskitu itrowo – glinowego domieszkowanego neodymem. Imponujący rozwój technologii laserowych trwa nadal.
Lasery współcześnie
Obecnie wyróżniamy:
- lasery krystaliczne (promieniowanie impulsowe), najczęściej rubinowe. Dzięki nim można uzyskać największą moc. Pompowanie optyczne odbywa się m.in. dzięki senonowej lampie błyskowej,
- lasery gazowe (ciągłe lub impulsowe). Ośrodkiem czynnym jest czysty gaz (np. argon, azot), mieszanina gazów (np. He-Ne), molekuły ditlenku węgla lub pary metali zamknięte w szklanej rurce ze zwierciadłami na końcach,
- lasery barwnikowe (impulsowe lub ciągłe). Ośrodkiem czynnym są związki organiczne (np. fluoresceina lub rodamina), pompowane błyskami światła (impulsowe) lub promieniowaniem lasera gazowego (ciągłe),
- lasery półprzewodnikowe (ciągłe), gdzie ośrodkiem czynnym jest np. monokryształ arsenku galu ze złączem n-p, lasery te pompowane są poprzez doprowadzenie ładunków (prądu) do złącza.
Zastosowanie laserów
W przemyśle wiązka lasera wykorzystywana jest m.in. do cięcia najtwardszych materiałów. Dla przykładu stalową blachę o grubości kilku centymetrów można ciąć z prędkością l m/min. Kolejne zastosowanie tego urzadzenia, to szybkie i bardzo dokładne spawanie (np. blach karoseryjnych), a także wykonywanie bardzo precyzyjnych otworów o mikroskopijnych wymiarach.
Dodatkowo istnieje możliwość precyzyjnego sterowania energią wiązki lasera i jej przemieszczaniem, co umożliwia wykorzystywanie jej do precyzyjnej i selektywnej obróbki cieplnej, np. powierzchniowego hartowania części maszyn.
Metody cięć laserowych:
- Cięcie przez odparowanie - polega na tym, że materiał poddany działaniu zogniskowanej wiązki ulega odparowaniu w atmosferze gazu obojętnego. Metoda ta jest stosowana do obróbki materiałów nie ulegających topnieniu np.: drewno, niektóre tworzywa sztuczne,
- Cięcie przez topienie i wydmuchiwanie - materiał poddawany do obróbki, pod działaniem zogniskowanej wiązki ulega stopieniu i jest usuwany strumieniem gazu obojętnego,
- Cięcie przez wypalenie - polega na tym, że materiał poddany działaniu zogniskowanej wiązki jest wypalany przez strumień tlenu lub mieszaniny gazów zawierającej tlen,
- Generowanie pęknięć termicznych – zogniskowana wiązka wywołuje naprężenia cieplne, powodujące pękanie materiału
Wady i zalety cięć laserowych
Pracownik Politechniki Lubelskiej Paweł Lonkwic wymienia następujące zalety i wady cięć laserowych:
zalety:
- wąska strefa wpływu ciepła,
- gładka i czysta powierzchnia cięcia (nie wymaga obróbki wykańczającej),
- oszczędność materiału poprzez występowanie wąskiej szczeliny cięcia,
- duża szybkość cięcia,
- szeroki zakres materiałów poddających się procesowi cięcia,
- łatwość automatyzacji,
- duża elastyczność procesu cięcia laserowego.
wady:
- stosunkowo wysoki koszt inwestycyjny,
- ograniczona grubość ciętej blachy (jest to podyktowane wymogami jakościowymi)
W artykule wykorzystano m.in. informacje z tekstu Pawła Lonkwica z Politechniki Lubelskiej zamieszczonego w serwisie www.designnews.pl
