Аж үйлдвэрт лазерын хэрэглээ
Лазерууд (Өдөөгдсөн цацрагийн ялгаралтаар гэрлийн олшруулалт) нь орчин үеийн үйлдвэрлэлийн хөгжлийн гол технологи болсон. Өндөр чиглэлтэй, эрчимтэй, нарийн гэрлийн цацраг үүсгэх чадвар нь лазеруудыг зүсэх, гагнах, тэмдэглэх, хэмжих, тэр ч байтугай микроэлектроник, эмнэлгийн хэрэгсэл зэрэг өндөр технологийн үйлдвэрлэлийн процессуудад өргөн хэрэглэгддэг болгодог. Аж үйлдвэрийн янз бүрийн салбарт лазерууд нь уламжлалт аргуудыг орлоод зогсохгүй механик багаж хэрэгслийн хязгаарлалтаас болж өмнө нь хэцүү байсан шинэ боломжуудыг нээж өгч байна. Энэ нийтлэлд лазерын үйлдвэрлэлд янз бүрийн хэрэглээ, тэдгээрийн давуу талууд, хэрэглээний чиг хандлагын талаар авч үзэх болно.
1. Лазерууд салбарт яагаад амжилтанд хүрч байгаагийн үндсэн зарчим ба шалтгаанууд
Лазерын давуу тал нь тэдгээрийн когерент (долгионууд зэрэгцсэн), монохромат (тодорхой долгионы урт) болон өндөр фокустай шинж чанаруудад оршино. Линз болон оптик системийг ашиглан лазерын энергийг маш жижиг цэгт төвлөрүүлж, улмаар өндөр энергийн нягтрал үүсгэдэг. Тиймээс лазерууд нь материалын гадаргууг хяналттай байдлаар халааж, хайлуулж, ууршуулж эсвэл өөр аргаар өөрчилж чаддаг.
Нарийвчлалаас гадна лазерууд нь холбоо барихгүй процессыг санал болгодог. Энэ нь хутга эсвэл өрөмөөр зүсэхтэй адил ажлын хэсэгт шууд механик хүч үйлчилдэггүй гэсэн үг юм. Энэ нь багажны элэгдлийг бууруулж, хэв гажилтыг багасгаж, бүтээгдэхүүний тогтвортой байдлыг сайжруулдаг. Лазеруудыг CNC (Компьютерийн тоон удирдлага) эсвэл үйлдвэрлэлийн роботуудаар хялбархан автоматжуулдаг тул массын үйлдвэрлэл болон байнга өөрчлөгдөж байдаг загвартай уян хатан үйлдвэрлэлд тохиромжтой.
2. Лазер зүсэлт
Лазер зүсэлт нь хамгийн түгээмэл хэрэглээний нэг юм. Энэ процесс нь ган, зэвэрдэггүй ган, хөнгөн цагаан, нийлэг, мод, даавуу болон зарим нийлмэл материалыг зүсэхэд лазерын энергийг ашигладаг. Зүсэлтийг зүсэлтийн замд байгаа материалыг хайлуулах эсвэл ууршуулах замаар хийдэг бөгөөд ихэвчлэн хий (жишээлбэл, хүчилтөрөгч, азот эсвэл шахсан агаар)-ийн тусламжтайгаар хайлсан эсвэл шатсан материалыг зүсэлтийн завсраас үлээж гаргадаг.
Лазер зүсэлтийн давуу талууд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.
– Өндөр нарийвчлал: нарийн төвөгтэй хэлбэр дүрс болон жижиг нарийн ширийн зүйлийг гаргах чадвартай.
– Ирмэгүүдийг цэвэрхэн зүссэн: өнгөлгөөний хэрэгцээг багасгадаг.
– Үйлдвэрлэлийн хурд: ялангуяа төмөр хуудас дээр.
– Дизайны уян хатан байдал: загварын өөрчлөлтийг програм хангамжаар дамжуулан хялбархан хийж болно.
Автомашин, барилга, гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл, машин механизмын эд анги үйлдвэрлэх салбарууд лазер зүсэлтийг өргөнөөр ашигладаг, учир нь энэ нь жигд, үр ашигтай эд анги үйлдвэрлэх чадвартай.
3. Лазер гагнуур (лазер гагнуур)
Лазер гагнуур нь хоёр материалыг орон нутгийн хайлшаар хайлуулахын тулд лазер ашигладаг. Энэ арга нь нимгэн эд анги эсвэл хүрэхэд хэцүү хэсгүүдийг нарийн гагнахад онцгой ач холбогдолтой. Лазер нь гүн нэвтрэлттэй нарийн гагнуурын давхарга үүсгэж, уламжлалт гагнуураас дулааны гажуудал багатай болгодог.
Лазер гагнуурын хэрэглээнд дараахь зүйлс орно.
– Автомашины үйлдвэрлэл: тээврийн хэрэгслийн кузов гагнуур, цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерей, хурдны хайрцагны эд анги.
– Электроник: мэдрэгчийн бүрхүүл, холбогч болон жижиг эд ангиудыг гагнах.
– Эмнэлгийн тоног төхөөрөмж: зэвэрдэггүй ган багаж хэрэгсэл болон жижиг хэмжээтэй эд ангиудыг гагнах.
Лазер гагнуур нь робот, хяналтын камер, бодит цагийн чанарын хяналттай нэгтгэгдэж болох тул автоматжуулалтын процесст тохиромжтой.
4. Тэмдэглэгээ ба сийлбэр (лазер тэмдэглэгээ ба сийлбэр)
Лазер тэмдэглэгээг серийн дугаар, үйлдвэрлэлийн код, QR код, лого эсвэл аюулгүй байдлын мэдээлэл гэх мэт материалын гадаргуу дээр байнгын тэмдэг үүсгэхэд ашигладаг. Бэх эсвэл шошгоноос ялгаатай нь лазер тэмдэглэгээ нь элэгдэлд илүү тэсвэртэй, халуунд тэсвэртэй бөгөөд хуурамчаар үйлдэхэд хэцүү байдаг.
Хоёр ерөнхий хандлага байдаг:
– Тэмдэглэгээ: их хэмжээний материалыг зайлуулахгүйгээр гадаргуугийн өнгө/бүтцийг өөрчлөх.
– Сийлбэр: тэмдгийг илүү тод, бат бөх болгохын тулд материалыг хусаж хонхорхой үүсгэх.
Электроник, автомашин, эмийн үйлдвэрлэл, хүнс, ундааны үйлдвэрлэл нь бүтээгдэхүүний ул мөрийг хянахын тулд лазер тэмдэглэгээг ашигладаг. Зохицуулалтын хүрээнд байнгын тэмдэглэгээ нь чанарын хяналтыг дэмжиж, хуурамч бүтээгдэхүүнийг бууруулдаг.
5. Гадаргуугийн боловсруулалт
Лазерууд нь зөвхөн зүсэх эсвэл холбохоос гадна материалын гадаргуугийн шинж чанарыг өөрчилдөг. Зарим чухал хэрэглээнд дараахь зүйлс орно.
1. Лазерын хатуурал (гадаргуугийн хатуурал)
Лазер нь гангийн гадаргуугийн давхаргыг тодорхой температурт халааж, дараа нь хурдан хөргөж, дотор эд ангиудад хэт их нөлөө үзүүлэхгүйгээр илүү хатуу гадаргуу үүсгэдэг. Өндөр үрэлттэй араа, гол болон эд ангиудад тохиромжтой.
2. Лазер бүрээс (бүрээс)
Нунтаг эсвэл утсан материалыг гадаргуу дээр нэмж, лазераар хайлуулж, зэврэлт эсвэл элэгдэлд тэсвэртэй шинэ бүрхүүл үүсгэдэг. Энэ технологи нь турбин, хэв, хүнд тоног төхөөрөмж зэрэг үнэтэй эд ангиудыг засахад ашигтай байдаг.
3. Лазер цэвэрлэгээ (лазер цэвэрлэгээ)
Лазер нь хортой химийн бодис ашиглахгүйгээр зэв, будаг болон бусад гадаргуугийн бохирдлыг арилгах боломжтой. Энэ нь үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн засвар үйлчилгээ, сэргээн засварлалт, гагнуур/будахаас өмнө гадаргууг бэлтгэхэд хэрэгтэй.
6. Нэмэлт үйлдвэрлэл (лазер дээр суурилсан 3D хэвлэх)
Тус салбарын томоохон хөгжил бол нэмэлт үйлдвэрлэлд, ялангуяа металлын үйлдвэрлэлд лазер ашиглах явдал юм. Сонгомол лазер хайлуулах (SLM) эсвэл лазер нунтаг давхаргын хайлуулах зэрэг технологиуд нь лазер ашиглан металл нунтаг давхаргыг хайлуулж, бүрэн бүрэлдэхүүн хэсгийг үүсгэдэг.
Лазер дээр суурилсан нэмэлт үйлдвэрлэлийн давуу талууд:
– Нарийн төвөгтэй дизайн: нарийн төвөгтэй дотоод бүтэц, тор, хөргөлтийн суваг.
– Уламжлалт машин механизмтай харьцуулахад материалын хаягдлыг багасгах.
– Хөнгөн хэрнээ бат бөх эд анги үйлдвэрлэх: сансар судлал болон автомашины салбарт чухал ач холбогдолтой.
– Өндөр тохируулга: имплант гэх мэт эмнэлгийн эд ангиудад тохиромжтой.
Машин механизм болон процессын хяналтын өртөг харьцангуй өндөр боловч чанар, хурд, материалын хүртээмж сайжирч байгаа тул энэхүү технологи улам бүр өрсөлдөх чадвартай болж байна.
7. Хэмжил зүй ба чанарын хяналтын лазерууд
Лазер нь нарийвчлалтай хэмжилт, үзлэгт гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Лазер сканнердах, интерферометрийн болон лазер дээр суурилсан мэдрэгч системийг дараахь зүйлд ашигладаг.
– эд ангийн хэмжээсийг хурдан бөгөөд нарийвчлалтай хэмжих,
– 3 хэмжээст гадаргуугийн хэлбэрийг зураглах,
– машиныг тэгшлэх (тэгших),
– согог эсвэл геометрийн хазайлтыг илрүүлэх.
Үйлдвэрлэлийн шугам дээр лазерууд нь автомат чанарын хяналтыг хэрэгжүүлэхэд тусалдаг. Жишээлбэл, лазер сканнер нь тамгатай эсвэл цутгасан эд ангиудын хүлцэл хангасан эсэхийг шалгаж чаддаг. Энэхүү технологи нь бүтээгдэхүүний тогтвортой байдлыг сайжруулж, согогтой бүтээгдэхүүнтэй холбоотой зардлыг бууруулдаг.
8. Электроник болон хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд лазерын хэрэглээ
Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл нь микро-нано хэмжээний нарийвчлал шаарддаг. Лазерыг дараах олон төрлийн процесст ашигладаг.
– микро механикжуулалт: ПХБ болон эд ангиуд дээр микро өрөмдлөг хийх,
– вафли хэрчих (дөрвөлжин хэрчих),
- нимгэн материалыг хатаах, боловсруулах,
– лазерын тусламжтайгаар тодорхой материал дээр хээ угалз хийх.
Электрон эд ангиуд жижигрэхийн хэрээр өндөр нарийвчлалтай боловсруулалт болон дулааны гэмтэл хамгийн бага байх хэрэгцээ улам бүр чухал болж байна. Зөв хүч чадал болон импульсийн тохиргоотой лазерууд эдгээр хэрэгцээг хангаж чадна.
9. Аюулгүй байдал, сорилтууд болон эдийн засгийн талууд
Лазерыг үйлдвэрлэлд ашиглах нь маш ашигтай боловч аюулгүй байдлын ноцтой асуудлыг шаарддаг. Лазер туяа нь нүд, арьсанд хортой бөгөөд тодорхой материалыг боловсруулах явцад утаа ялгаруулдаг. Тиймээс үйлдвэрлэл дараахь зүйлийг хэрэгжүүлдэг.
- хамгаалалтын хэрэгсэл болон хаалтууд,
- долгионы уртад тохирсон хамгаалалтын шил,
- утааны агааржуулалт ба шүүлтүүрийн систем,
– стандарт үйл ажиллагааны журам болон операторын сургалт.
Техникийн сорилтуудын хувьд лазерын төрөл сонголт (CO₂, шилэн кабель, диод, Nd:YAG гэх мэт), параметрийн тохиргоо, материалын нийцтэй байдал нь процессын чанарт нөлөөлдөг. Тоног төхөөрөмжийн анхны хөрөнгө оруулалт харьцангуй өндөр боловч бүтээмж, чанар, хэрэглээний зардлыг бууруулснаар ихэвчлэн үр дүнгээ өгдөг.
10. Аж үйлдвэрийн лазер технологийн ирээдүйн чиг хандлага
Ирээдүйд лазерын хэрэглээ нь дараах салбарын дэвшилтэй хамт хөгжих төлөвтэй байна:
– илүү эрчим хүчний хэмнэлттэй өндөр хүчин чадалтай шилэн лазерууд,
– Дасан зохицох хяналтын зорилгоор хиймэл оюун ухаан болон харааны системтэй нэгтгэх,
– эрлийз процесс (лазерыг бусад аргуудтай хослуулан ашиглах),
– дэвшилтэт нийлмэл материал болон тусгай хайлш зэрэг шинэ материалд лазер ашиглах,
– байгаль орчинд ээлтэй шийдэл болох лазер цэвэрлэгээг улам бүр нэвтрүүлэх.
Аж үйлдвэрийн хэрэгцээ хурд, нарийвчлал, үр ашгийг шаарддаг тул лазер нь орчин үеийн үйлдвэрлэлд стратегийн технологи хэвээр байх болно.
Дүгнэлт
Лазерын үйлдвэрлэлийн хэрэглээ нь зүсэлт, гагнуур, тэмдэглэгээ, гадаргуугийн боловсруулалт, нэмэлт үйлдвэрлэл, хэмжил зүй, чанарын хяналт зэрэг олон төрлийн үйл ажиллагааг хамардаг. Лазерын нарийвчлал, холбоо барихгүй байдал, автоматжуулалтын хялбар байдал нь бүтээмж, бүтээгдэхүүний чанарыг сайжруулах шилдэг шийдэл болгодог. Хэдийгээр хөрөнгө оруулалт шаарддаг бөгөөд өндөр аюулгүй байдлын стандартыг хангасан ч урт хугацааны ашиг тус нь мэдэгдэхүйц юм. Технологийн чиг хандлага өөрчлөгдөж байгаатай холбогдуулан лазерууд нь илүү ухаалаг, илүү үр ашигтай, илүү шинэлэг үйлдвэрлэлийн ирээдүйг бүрдүүлэхэд улам бүр чухал үүрэг гүйцэтгэх болно.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг таны сургууль/коллежийн даалгаврын хэрэгцээнд нийцүүлэн өөрчилж болно (жишээлбэл, ном зүй, компани/хэрэгслийн жишээ нэмэх, эсвэл автомашин эсвэл хагас дамжуулагч гэх мэт ганц салбарт анхаарлаа хандуулах).
