Au début de 2009, les gens de l'industrie de la transformation des matériaux ont commencé à s'intéresser aux lasers à impulsions pouvant fournir une puissance de crête élevée et aux lasers continus à niveaux de puissance plus élevés. La puissance de crête de ces lasers peut généralement atteindre 3 kW et la puissance moyenne est de 300 W. Des progrès technologiques ont conduit à une puissance de crête et moyenne plus élevée. Aujourd'hui, des puissances de pointe allant jusqu'à 20 kW, des puissances moyennes de 2 kW et des lasers continus à ultra-haute puissance ont été introduits. La mise à jour continue de la puissance a propulsé le laser à fibre au stade du traitement des dispositifs aérospatiaux.
Par rapport aux lasers Nd: YAG traditionnels, les lasers à fibre ont considérablement amélioré l'efficacité de conversion électro-optique et la luminosité du faisceau (mode monomode ou faible bit) et ne nécessitent pas de préchauffage. Lorsque la puissance est modifiée, que ce soit en mode flat-top (comme indiqué sur la figure) (1)) ou en mode gaussien, le diamètre du spot reste toujours stable, en même temps, la fréquence des impulsions est plus élevée et la l'ajustement en temps réel des paramètres est plus fort. Parce que le laser à fibre utilise un seul émetteur pour exciter, il a un saut qualitatif en termes de fiabilité, de stabilité de puissance et de flexibilité par rapport aux lasers à pompe flash.
Compte tenu des méthodes d'application flexibles et diverses des lasers à fibre, ils peuvent non seulement être installés en tant que nouvelles machines, mais également les lignes de production existantes peuvent être améliorées, de sorte qu'elles occupent de plus en plus de parts de marché. Tous les systèmes de production précédents utilisant des lasers Nd: YAG peuvent être convertis en lasers à fibre.
Besoins de forage dans l'aviation
L'industrie aérospatiale est sans aucun doute une autre industrie qui a grandement bénéficié des lasers à fibre. Dans l'industrie aéronautique actuelle, un moteur à turbine peut avoir jusqu'à des millions de trous, qui sont principalement utilisés pour aider l'appareil à dissiper la chaleur en temps opportun pendant son fonctionnement. L'épaisseur, l'angle, le diamètre et la forme des trous varient. Dans le domaine des applications de forage aérospatial, le nouveau laser à fibre est une option plus rapide, plus flexible, plus stable et plus rentable.
Il existe deux façons principales de produire des trous de refroidissement pour les appareils d'aviation: l'une consiste à utiliser plusieurs impulsions pour former des trous de forage en fonction de l'ouverture requise (forage par impulsions); l'autre consiste à utiliser de petites taches pour déplacer le faisceau dans une plage circulaire pour former un trou de forage (douille). Dans l'ensemble, la douille est plus lente, mais la forme est plus parfaite. Dans certaines applications, seuls les trous de manchon peuvent être sélectionnés. Ces trous ont généralement un diamètre de 0,015 à 0,030 pouce. Il existe également une exigence de forage spéciale dans le domaine de l'aviation, qui est un trou en forme d'éventail qui relie le trou limitant le courant. Ces trous en forme d'éventail sont la sortie de l'air de refroidissement, le but est de détourner le même flux d'air vers une plus grande zone pour obtenir un meilleur effet de refroidissement. À l'heure actuelle, il existe principalement les processus suivants pour produire des trous en forme d'éventail: le premier est un laser + scanner à petite tache à commutation Q. Le scanner est utilisé pour scanner la forme à la sortie de l'orifice. L'utilisation de cette méthode pour traiter un trou en forme d'éventail nécessite que deux machines fonctionnent séparément. La deuxième méthode consiste à réduire la taille du spot pour créer une conicité, puis à utiliser l'imbrication CNC, mais cette méthode est beaucoup plus lente que la "méthode en deux étapes" équipée d'un scanner; La troisième méthode consiste à utiliser la technologie de forage EDM et à ajouter un trou en forme d'éventail après la formation du trou de restriction. Il est très important d'éviter le pelage du revêtement de barrière thermique lors du perçage d'un trou en forme d'éventail, et la plupart des appareils ont maintenant un revêtement de barrière thermique.
Applications de forage aérien - lasers à fibre
Comparés aux lasers pulsés Nd: YAG, les avantages des lasers à fibres sont évidents. Tout d'abord, la source de pompage du laser à fibre est une diode plutôt qu'un flash, de sorte qu'elle peut former une onde carrée parfaite. Deuxièmement, le laser Nd: YAG utilisant une pompe flash ralentit, donc une partie de l'énergie laser est toujours en dessous du seuil d'évaporation de la zone cible.Cette partie de l'énergie fera fondre le matériau et provoquera le décollement du revêtement de barrière thermique. Pour répondre aux spécifications de la couche de refonte, la période d'impulsion doit être inférieure à 1 ms. À cet égard, les lasers à fibre ont un avantage absolu, car ils peuvent générer des formes d'onde carrées, de sorte que l'utilisation d'impulsions de 10 ms peut répondre aux exigences des équipements aéronautiques pour les spécifications de refonte et de fissuration.
Nous utilisons une chambre de combustion comme exemple. Lors du forage par impulsions, la chambre de combustion tournera plusieurs fois simultanément pendant le processus de forage. Dans ce cas, 5 impulsions sont nécessaires pour le perçage et 2 autres impulsions sont utilisées pour former un trou en forme d'éventail. Habituellement, la fréquence de répétition maximale de ce laser est de 10 impulsions / seconde. Le laser à fibre peut former un trou de ventilateur avec une longue impulsion. Si la même période d'impulsion et l'énergie d'impulsion que le laser Nd: YAG sont utilisées, la vitesse peut atteindre 10 fois l'original. Que ce soit une ou deux impulsions longues ou plusieurs impulsions, la même qualité de forage peut être obtenue. De plus, le laser à fibre peut également ajuster la période d'impulsion pendant et après le forage, plutôt que d'utiliser plusieurs impulsions tout le temps, ce qui est bénéfique pour éviter d'endommager le corps.
La caractéristique du laser à fibre pulsée est qu'il peut produire en mode plat, tandis que le laser Nd: YAG est approximativement en mode gaussien. Par conséquent, grâce au mode flat-top, toute l'énergie du premier dépasse le seuil d'évaporation, tandis qu'une partie considérable du second est inférieure au seuil. Des études ont montré que pour obtenir le même effet de forage dans les mêmes conditions, les lasers à fibre nécessitent moins d'énergie. La raison en est le mode onde carrée + sommet plat. C'est précisément en raison de cette caractéristique que les lasers à fibres sont plus efficaces dans le forage et moins endommagés thermiquement. Avec moins de dommages thermiques, le pelage et la refonte du revêtement s'amélioreront.
L'une des raisons pour lesquelles les lasers Nd: YAG ont attiré beaucoup d'attention est les propriétés uniques de divergence du faisceau. La taille du spot peut être modifiée avec l'augmentation ou la diminution de la puissance. Tant que la mise au point est recentrée, l'ouverture requise peut être obtenue. Certains lasers Nd: YAG intègrent un télescope de focalisation interne pour changer l'angle de divergence du faisceau, mais cet ajustement nécessite un haut degré de professionnalisme de l'opérateur, des paramètres longs et corrects, donc beaucoup de gens ne sont pas optimistes. Cette méthode. À ce stade, le laser à fibre est tout le contraire. Parce que sa forme de mise au point est parfaitement circulaire, elle ne changera pas lorsque la puissance augmentera ou diminuera, et si un télescope évolutif est placé dans le système, il pourra changer directement la taille du point focal pendant le forage en vol. La plage est généralement de 3-1.
La flexibilité des lasers à fibre est bien supérieure à celle des lasers Nd: YAG. Cela est principalement dû au fait que les diodes à haute réponse du premier peuvent modifier la période d'impulsion et le niveau de puissance pendant le forage en vol, permettant aux opérateurs d'utiliser différents niveaux de puissance et périodes d'impulsion pour créer la séquence d'impulsions souhaitée. Par exemple, commencez par une faible puissance, une impulsion courte, puis augmentez la puissance et l'impulsion dans une séquence en fonction des besoins de forage spécifiques. Étant donné que les lasers à fibre peuvent fournir une puissance de crête élevée dans la plage des kW tout en ajustant la taille du spot et la période d'impulsion (jusqu'à 10 μs), une seule machine suffit.
Lorsque vous utilisez la technologie des manchons, la vitesse de traitement du laser à fibre peut atteindre 10 fois celle du laser à impulsions Nd: YAG pompé par lampe. Non seulement cela, le laser à fibre peut également être converti en une sortie continue jusqu'à 2 kW lors du perçage en vol pour obtenir une coupe à grande vitesse. Pour certaines conceptions de chambre de combustion, ce nombre peut être encore amélioré. En résumé, les lasers à fibres pulsées sont idéaux pour couper des plaques plus épaisses et des applications de forage à grande vitesse.
