בתחילת 2009 אנשים בתעשיית העיבוד החומרי החלו להסתכל על לייזרי דופק שיכולים לספק כוח שיא גבוה, ולייזרים רציפים בעלי רמות הספק גבוהות יותר. עוצמת השיא של לייזרים כאלה בדרך כלל יכולה להגיע ל -3 קילוואט וההספק הממוצע הוא 300 W. קפיצות בטכנולוגיה הובילו לשיא גבוה יותר ולספק ממוצע. כיום הוכנסו עוצמות שיא של עד 20 קילוואט, עוצמה ממוצעת של 2 קילוואט, ולייזרים רציפים בעלי כוח גבוה במיוחד. העדכון הרציף של הכוח דחף את לייזר הסיבים לשלב של עיבוד מכשירי חלל.
בהשוואה לייזרי Nd: YAG המסורתיים, לייזרי סיבים משופרים משמעותית ביעילות ההמרה האלקטרו-אופטית ובהירות הקורה (פעולה יחידה או פעולת סיביות נמוכה) ואינם מצריכים חימום מוקדם. כשמשנים את הכוח, בין אם זה מצב החלק העליון השטוח (כפי שמוצג באיור) (1)), או מצב גאוס, קוטר הספוט תמיד נשאר יציב, באותו זמן, תדירות הדופק גבוהה יותר, ההתאמה בזמן אמת של הפרמטרים חזקה יותר. מכיוון שלייזר הסיבים משתמש בפולט יחיד כדי לרגש, יש לו זינוק איכותי מבחינת אמינות, יציבות כוח וגמישות לעומת לייזרי משאבות פלאש.
לאור שיטות היישום הגמישות והמגוונות של לייזרי סיבים, לא רק שניתן להתקין אותם כמכונות חדשות, אלא גם לשדרג קווי ייצור קיימים, כך שהם תופסים עוד ועוד נתחי שוק. ניתן להמיר את כל מערכות הייצור הקודמות המשתמשות בלייזרי Nd: YAG ללייזרי סיבים.
קידוח צרכים בתעופה
ענף התעופה והחלל הוא ללא ספק ענף אחר שהפיק תועלת רבה מלייזרי סיבים. בענף התעופה הנוכחי, מנוע טורבינה עשוי להכיל כמיליוני חורים, המשמשים בעיקר לסייע להתקן להפיץ חום בזמן בזמן הפעולה. עובי, זווית, קוטר וצורה של החורים משתנים. בתחום היישומים לקידוח אווירי וחלל, לייזר הסיבים החדש הוא אפשרות מהירה יותר, גמישה, יציבה יותר וחסכונית יותר.
ישנן שתי דרכים עיקריות לייצר חורי קירור למכשירי תעופה: האחת היא להשתמש בפולסים מרובים ליצירת חורים לקידוח בהתאם לצמצם הנדרש (קידוח הדופק); השני הוא להשתמש בנקודות קטנות כדי להזיז את הקורה בטווח מעגלי ליצירת חור קידוח (שקע). בסך הכל, השקע איטי יותר, אך הצורה מושלמת יותר. ביישומים מסוימים ניתן לבחור רק חורי שרוול. לחורים אלה בדרך כלל קוטר של 0.015-0.030in. יש גם דרישת קידוח מיוחדת בשדה התעופה שהוא חור בצורת מאוורר המחבר את החור המגביל זרם. חורים בצורת מאוורר אלה הם מוצא האוויר הקירור, המטרה היא להסיט את אותה זרימת אוויר לאזור גדול יותר כדי להשיג אפקט קירור טוב יותר. נכון לעכשיו, ישנם בעיקר את התהליכים הבאים לייצור חורים בצורת מניפה: הראשון הוא לייזר + סורק נקודתי קטן עם מיתוג. הסורק משמש לסריקת הצורה ביציאה מהפתח. שימוש בשיטה זו לעיבוד חור בצורת מאוורר מחייב שתי מכונות לפעול בנפרד. השיטה השנייה היא לצמצם את גודל הספוט כדי ליצור להתחדד ואז להשתמש בקינון CNC, אך שיטה זו איטית בהרבה מ"שיטת שני השלבים "המצוידת בסורק; השיטה השלישית היא להשתמש בטכנולוגיית קידוח EDM, ולהוסיף חור בצורת מאוורר לאחר שנוצר חור ההגבלה. חשוב מאוד להימנע מקילוף ציפוי המכשול התרמי בעת קידוח חור בצורת מניפה, ולרוב המכשירים יש כיום ציפוי מחסום תרמי.
יישומי קידוח אווירי - לייזרי סיבים
בהשוואה ל- Nd: לייזרים פולסים של YAG, היתרונות של לייזרי סיבים הם ברורים. ראשית, מקור המשאבה של לייזר הסיבים הוא דיודה ולא הבזק, כך שהוא יכול ליצור גל מרובע מושלם. שנית, לייזר Nd: YAG באמצעות משאבת פלאש מאט, כך שחלק מאנרגיית הלייזר נמצא תמיד מתחת לסף האידוי של אזור המטרה חלק זה של האנרגיה ימס את החומר ויגרום להתקלפות של ציפוי המכשול התרמי. כדי לעמוד במפרטים של שכבת ההארחה מחדש, תקופת הדופק חייבת להיות נמוכה מ- 1 ms. בהקשר זה, לייזרי סיבים יש יתרון מוחלט, מכיוון שהם יכולים לייצר צורות גל של ריבוע, ולכן השימוש בפולסים של 10 מילימטרים יכול לעמוד בדרישות של ציוד תעופה לקרטור ופיצוח מפרטים.
אנו משתמשים בתא בעירה כדוגמה. בעת שימוש בקידוח הדופק, תא הבעירה יסתובב מספר פעמים בו זמנית במהלך תהליך הקידוח. במקרה זה, דרושים 5 פולסים לקידוח דרכם, ו -2 פולסים נוספים משמשים ליצירת חור בצורת מניפה. בדרך כלל תדר החזרה המרבי של לייזר זה הוא 10 פעימות לשנייה. לייזר הסיב יכול ליצור חור מאוורר עם דופק ארוך. אם משתמשים באותה תקופת דופק ואנרגיית הדופק כמו לייזר Nd: YAG, המהירות יכולה להגיע פי 10 מהמקור. בין אם מדובר בפולסים ארוכים או שניים או בפולסים מרובים, ניתן להשיג את אותה איכות קידוח. בנוסף, לייזר הסיבים יכול גם להתאים את תקופת הדופק במהלך הקידוח ולאחריו, ולא להשתמש בפולסים מרובים כל הזמן, וזה מועיל כדי למנוע נזק לגוף.
המאפיין של לייזר סיבים מצומצם הוא שהוא יכול להפיק במצב שטוח למעלה, ואילו לייזר Nd: YAG הוא בערך במצב גאוסי. לכן, הודות למצב שטוח-החלק העליון, כל האנרגיה של הראשון חורגת מסף האידוי, בעוד שחלק ניכר מהאחרון נמצא מתחת לסף. מחקרים הראו כי בכדי להשיג את אותו אפקט קידוח באותם תנאים, לייזרי סיבים זקוקים לאנרגיה פחותה. הסיבה היא הגל המרובע + מצב עליון שטוח. דווקא בגלל המאפיין הזה, לייזרי סיבים יעילים יותר בקידוח ופגומים פחות תרמיים. עם פחות נזק תרמי, גם קילוף הציפוי וגם הציפוי ישתפרו.
אחת הסיבות מדוע לייזרי Nd: YAG משכו תשומת לב רבה היא תכונות הסטייה הקורה הייחודיות. ניתן לשנות את גודל הספוט עם עלייה או ירידה בעוצמה. כל עוד המיקוד ממוקד מחדש, ניתן להשיג את הצמצם הנדרש. כמה לייזרי Nd: YAG משלבים טלסקופ מיקוד פנימי כדי לשנות את זווית הסטייה של הקורה, אך התאמה זו דורשת מידה גבוהה של מקצועיות של המפעיל, פרמטרים גוזלים זמן ונכונים, כך שאנשים רבים אינם אופטימיים בשיטה זו. בשלב זה, לייזר הסיבים הוא בדיוק ההפך. מכיוון שצורת המיקוד שלו היא מעגלית לחלוטין, היא לא תשתנה כאשר הכוח מוגבר או יקטן, ואם יונח במערכת טלסקופ מדרגי, הוא יוכל לשנות באופן ישיר את גודל המוקד במהלך קידוחי טיסה. הטווח הוא לרוב 3-1.
הגמישות של לייזרי סיבים היא הרבה יותר מזו של לייזרי Nd: YAG. זה בעיקר מכיוון שדיודות התגובה הגבוהה של לשעבר יכולות לשנות את תקופת הדופק ואת רמת ההספק במהלך קידוחי טיסה, מה שמאפשר למפעילים להשתמש ברמות הספק ותקופות הדופק השונות כדי ליצור את רצף הדופק הרצוי. לדוגמה, התחל עם דופק נמוך, קצר, ואז הגדל את הכוח והדופק ברצף המבוסס על דרישות קידוח ספציפיות. מכיוון שלייזרי סיבים יכולים לספק כוח שיא גבוה בטווח הקוט"ש תוך התאמת גודל הספוט ותקופת הדופק (עד 10 מיקרו"ס), מכונה אחת בלבד מספיקה.
כאשר משתמשים בטכנולוגיית השרוול, מהירות העיבוד של לייזר הסיבים יכולה להגיע פי 10 מזו של לייזר הדופק Nd: YAG הנשאב. לא רק זאת, ניתן להמיר את לייזר הסיבים גם לפלט רציף של עד 2 קילוואט כאשר מקדחים בטיסה כדי להשיג חיתוך במהירות גבוהה. עבור כמה עיצובים בעירה, ניתן לשפר את המספר הזה. לסיכום, לייזרי סיבים פועמים הם אידיאליים לחיתוך צלחות עבות יותר ויישומי קידוח במהירות גבוהה.
