Rzucanie światła na fabryki przyszłości
Partnerzy finansowanego ze środków UE projektu HALO poszerzyli istniejącą technologię laserową do obróbki materiałów o bardziej elastyczne opcje, podnosząc jakość operacyjną i prędkość przy jednoczesnym obniżeniu kosztów ogólnych.
Na przestrzeni ostatnich kilku lat zastosowanie przemysłowe laserów wysokoenergetycznych, zwłaszcza do automatyzacji linii produkcyjnych, coraz bardziej się upowszechniało. Są wykorzystywane do cięcia, znakowania, łączenia i deseniowania metali, ceramiki, szkła, półprzewodników i tworzyw sztucznych. Lasery są obecnie integralnym elementem produkcji wielu artykułów codziennego użytku, takich jak komponenty urządzeń elektronicznych nieodzownych w erze informacji.
Jednak nie są uniwersalne, gdyż zróżnicowane procesy i materiały wymagają odmiennych typów laserów. Aby europejski przemysł stał się bardziej konkurencyjny na skalę globalną, potrzebuje bardziej elastycznej generacji narzędzi laserowych. W ramach projektu HALO taki właśnie przełom ma się dokonać.
Nabieranie formy
Zastosowanie laserów w materiałoznawstwie polega na równoważeniu wielu złożonych zmiennych, takich jak moc, impuls, długość fali, kształt, czas trwania i profil wiązki. Na podstawie doświadczeń, których wyniki są przechowywane w bazie danych, zespół projektu HALO ustalił aktualny stan techniki. Ponadto proces cięcia laserowego został drobiazgowo przeanalizowany za pomocą szybkiej kamery wideo. Na podstawie znanych punktów danych, meta-modele pomogły następnie ustalić najlepsze parametry zastosowania laserów w różnych scenariuszach. Modele wskazały na obiecujące ścieżki zwiększania elastyczności, poprzez między innymi zmienny kształt wiązki.
Punkt światła generowany przez laser, kiedy oświetla powierzchnię jest najjaśniejszy na środku. Intensywność światła maleje wraz z oddalaniem się od środka, tworząc klasyczny kształt dzwonu (rozkład Gaussa). Jednak ten rozkład nie jest idealny dla wszystkich zastosowań laserów. Inne kształty mogą lepiej sprawdzać się w cięciu precyzyjnym, takie jak te z efektem halo – jaśniejszy pierścień wokół ciemniejszego środka. Jak wykazano, wykorzystywanie zmienionego kształtu podnosi wydajność niektórych procesów aż o 30%.
Partnerzy HALO zajmowali się zasadniczo badaniem elastyczności cięcia laserowego w trzech obszarach zastosowań przemysłowych. Po pierwsze przeanalizowali zastosowanie prowadzonych światłowodowo systemów fali ciągłej (CW) do cięcia blachy cienkiej (grubości 1-25 mm), które mają największy udział w przemysłowym użyciu laserów. Techniki HALO poprawiły jakość krawędzi dzięki krótszemu odpadowi. Po drugie zajęli się także laserami impulsowymi, emitującymi na nowych długościach fal, na potrzeby cięcia szkła i cienkich blach metalowych (o grubości poniżej milimetra), które trafiają na rynek konsumencki do takich artykułów jak telefony komórkowe i komponenty komputerów. W tym przypadku techniki obniżyły szorstkość i poprawiły wytrzymałość na zginanie. Na koniec analiza cięcia szafiru, po raz pierwszy za pomocą laserów prowadzonych strumieniem wody, pozwoliła dzięki technikom HALO zmniejszyć uszkodzenia cieplne i zanieczyszczenia.
Forma przyszłych artykułów
Zważywszy na fakt, że wzorce i procesy wykorzystywane w ramach HALO są nowatorskie, partnerzy projektu opracowali wiele komponentów, które wcześniej były niedostępne, między innymi: stożki kapilarne, izolatory, modulatory akustyczno-optyczne, akustyczno-optyczny jamowy Q-switch oraz segmentowe płytki falowe do dostosowanej polaryzacji.
Jeżeli chodzi o cięcie blachy cienkiej, ustalono optymalną polaryzację wiązki, a także poczyniono postępy w wykorzystaniu w procesie szybkiej wideografii. Ponadto partnerzy projektu opracowali laser 2-mikrometrowy (µm) do cięcia przezroczystych polimerów. A do cięcia szkła dopracowali lasery o krótkich impulsach, wykorzystujące zindywidualizowane kształty wiązek i wielopunktowe wzory. To zapewniło podwyższoną jakość cięcia i większą szybkość, a także zminimalizowało problemy, takie jak mikropęknięcia.
Wiedza wypracowywana w projekcie została ujęta w formie narzędzia informatycznego HALO do planowania i ewaluacji, dzięki któremu operatorzy pracujący z powierzchniami międzyfazowymi mogą tworzyć moduły, zapewniając optymalną optykę lasera i wykonywanie obróbki odpowiednio do potrzeb.
Największym wkładem, jaki wnoszą prace nad HALO jest być może zaoferowanie możliwości stosowania elastycznego lasera w procesach produkcyjnych, takich jak te obsługiwane przez roboty do cięcia części gumowych i metalowych w produkcji samochodów, gdzie obecnie wykorzystywanych jest wiele laserów.
Źródło:
