მინის ლაზერული დამუშავების ამჟამინდელი სტატუსისა და პოტენციალის შესწავლა

ლაზერული წარმოების ტექნოლოგია ბოლო ათწლეულის განმავლობაში სწრაფად განვითარდა და მისი ძირითადი გამოყენება ლითონის მასალების ლაზერული დამუშავებაა. ლითონების ლაზერული ჭრა, ლაზერული შედუღება და ლაზერული მოპირკეთება ლითონის ლაზერული დამუშავების უმნიშვნელოვანეს პროცესებს შორისაა. თუმცა, კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად, ლაზერული პროდუქტების ჰომოგენიზაცია მკვეთრად გაიზარდა, რაც ლაზერული ბაზრის ზრდას ზღუდავს. ამიტომ, ლაზერული აპლიკაციების გასარღვევად, ისინი ახალ მატერიალურ სფეროებში უნდა გაფართოვდნენ. ლაზერული გამოყენებისთვის შესაფერისი არამეტალური მასალებია ქსოვილები, მინა, პლასტმასი, პოლიმერები, კერამიკა და სხვა. თითოეული მასალა მოიცავს მრავალ ინდუსტრიას, თუმცა დამუშავების განვითარებული ტექნიკა უკვე არსებობს, რაც ლაზერით ჩანაცვლებას არც ისე მარტივ საქმეს ხდის.

არამეტალური მასალების სფეროში შესასვლელად აუცილებელია გაანალიზდეს, შესაძლებელია თუ არა ლაზერის ურთიერთქმედება მასალასთან და მოხდება თუ არა გვერდითი რეაქციები. ამჟამად, მინა გამოირჩევა, როგორც მნიშვნელოვანი სფერო მაღალი დამატებული ღირებულებით და პარტიული ლაზერული დამუშავების პოტენციალით.

დიდი სივრცე მინის ლაზერული ჭრისთვის

მინა მნიშვნელოვანი სამრეწველო მასალაა, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში, როგორიცაა საავტომობილო, სამშენებლო, სამედიცინო და ელექტრონიკა. მისი გამოყენება მოიცავს მიკრომეტრების საზომი მცირე ზომის ოპტიკური ფილტრებიდან დაწყებული, მსხვილი მასშტაბის მინის პანელებით დამთავრებული, რომლებიც გამოიყენება ისეთ ინდუსტრიებში, როგორიცაა საავტომობილო ან მშენებლობა.

მინა შეიძლება დაიყოს ოპტიკურ, კვარცის, მიკროკრისტალურ, საფირონის და სხვა ფორმებად. მინის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი სიმყიფე, რაც მნიშვნელოვან სირთულეებს უქმნის ტრადიციული დამუშავების მეთოდებს. მინის ჭრის ტრადიციული მეთოდები, როგორც წესი, იყენებს მყარი შენადნობის ან ბრილიანტის ხელსაწყოებს, ჭრის პროცესი კი ორ ეტაპად იყოფა. პირველ რიგში, მინის ზედაპირზე ბზარი იქმნება ბრილიანტის წვერიანი ხელსაწყოს ან მყარი შენადნობის სახეხი ბორბლის გამოყენებით. მეორეც, მექანიკური საშუალებები გამოიყენება მინის გასაყოფად ბზარის ხაზის გასწვრივ. თუმცა, ამ ტრადიციულ პროცესებს აშკარა ნაკლოვანებები აქვს. ისინი შედარებით არაეფექტურია, რაც იწვევს არათანაბარ კიდეებს, რომლებიც ხშირად საჭიროებენ მეორად გაპრიალებას და წარმოქმნიან უამრავ ნარჩენს და მტვერს. გარდა ამისა, ისეთი ამოცანებისთვის, როგორიცაა მინის პანელების შუაში ხვრელების გაბურღვა ან არარეგულარული ფორმების ჭრა, ტრადიციული მეთოდები საკმაოდ რთულია. სწორედ აქ ვლინდება ლაზერული მინის ჭრის უპირატესობები 2022 წელს ჩინეთის მინის ინდუსტრიის გაყიდვებიდან მიღებულმა შემოსავალმა დაახლოებით 744.3 მილიარდი იუანი შეადგინა. მინის ინდუსტრიაში ლაზერული ჭრის ტექნოლოგიის შეღწევადობის მაჩვენებელი ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, რაც მიუთითებს ლაზერული ჭრის ტექნოლოგიის, როგორც ალტერნატივის, გამოყენების მნიშვნელოვან სივრცეზე.

მინის ლაზერული ჭრა: მობილური ტელეფონებიდან მოყოლებული

მინის ლაზერული ჭრა ხშირად იყენებს ბეზიეს ფოკუსირების თავს, რათა მინაში მაღალი პიკური სიმძლავრისა და სიმკვრივის ლაზერული სხივები წარმოქმნას. ბეზიეს სხივის მინის შიგნით ფოკუსირებით, ის მყისიერად აორთქლებს მასალას, ქმნის აორთქლების ზონას, რომელიც სწრაფად ფართოვდება და ზედა და ქვედა ზედაპირებზე ბზარებს წარმოქმნის. ეს ბზარები ქმნიან ჭრის მონაკვეთს, რომელიც შედგება უამრავი პაწაწინა ფორისგან, რაც უზრუნველყოფს ჭრას გარე დაძაბულობის ბზარების გავლით.

ლაზერული ტექნოლოგიის მნიშვნელოვან განვითარებასთან ერთად, სიმძლავრის დონეც გაიზარდა. 20 ვატზე მეტი სიმძლავრის ნანოწამიან მწვანე ლაზერს შეუძლია ეფექტურად დაჭრას მინა, ხოლო 15 ვატზე მეტი სიმძლავრის პიკოწამიანი ულტრაიისფერი ლაზერი ძალისხმევის გარეშე ჭრის 2 მმ-ზე ნაკლებ სისქემდე მინას. არსებობს ჩინური საწარმოები, რომლებსაც შეუძლიათ 17 მმ სისქის მინის დაჭრა. ლაზერული მინის ჭრა მაღალი ეფექტურობით გამოირჩევა. მაგალითად, ლაზერული ჭრით 10 სმ დიამეტრის მინის ნაჭრის 3 მმ სისქის მინაზე მოჭრას მხოლოდ 10 წამი სჭირდება, მექანიკური დანებით კი ეს რამდენიმე წუთი სჭირდება. ლაზერით ამოჭრილი კიდეები გლუვია, 30 მკმ-მდე ჩაღრმავების სიზუსტით, რაც გამორიცხავს ზოგადი სამრეწველო პროდუქტებისთვის მეორადი დამუშავების საჭიროებას.

ლაზერული ჭრა მინის შედარებით ახალი მოვლენაა, რომელიც დაახლოებით ექვსი-შვიდი წლის წინ დაიწყო. მობილური ტელეფონების წარმოების ინდუსტრია ერთ-ერთი პირველი იყო, რომელმაც კამერის მინის საფარის ლაზერული ჭრა გამოიყენა და ზრდა განიცადა ლაზერული უხილავობის ჭრის მოწყობილობის დანერგვით. სრულეკრანიანი სმარტფონების პოპულარობასთან ერთად, მთელი დიდი ეკრანის მინის პანელების ზუსტმა ლაზერულმა ჭრამ მნიშვნელოვნად გაზარდა მინის დამუშავების მოცულობა. ლაზერული ჭრა მობილური ტელეფონების მინის კომპონენტების დამუშავებისას გავრცელებული გახდა. ეს ტენდენცია, ძირითადად, განპირობებული იყო მობილური ტელეფონის საფარის მინის ლაზერული დამუშავების ავტომატიზირებული აღჭურვილობით, კამერის დამცავი ლინზების ლაზერული ჭრის მოწყობილობებით და მინის სუბსტრატების ლაზერული ბურღვის ინტელექტუალური აღჭურვილობით.

მანქანაზე დასამონტაჟებელი ელექტრონული ეკრანის მინა თანდათან ლაზერულ ჭრას იყენებს

მანქანაზე დამონტაჟებული ეკრანები დიდ რაოდენობით შუშის პანელს მოიხმარს, განსაკუთრებით ცენტრალური მართვის ეკრანებისთვის, ნავიგაციის სისტემებისთვის, დაფის კამერებისთვის და ა.შ. დღესდღეობით, ბევრი ახალი ენერგეტიკული მანქანა აღჭურვილია ინტელექტუალური სისტემებით და დიდი ზომის ცენტრალური მართვის ეკრანებით. ინტელექტუალური სისტემები ავტომობილებში სტანდარტად იქცა, დიდი და მრავალჯერადი ეკრანებით, ასევე 3D მოხრილი ეკრანებით, რომლებიც თანდათანობით ბაზრის მეინსტრიმად იქცევა. ავტომობილზე დამონტაჟებული ეკრანებისთვის განკუთვნილი მინის საფარის პანელები ფართოდ გამოიყენება მათი შესანიშნავი მახასიათებლების გამო, ხოლო მაღალი ხარისხის მოხრილი ეკრანის მინა საავტომობილო ინდუსტრიას უფრო სრულყოფილ გამოცდილებას სთავაზობს. თუმცა, მინის მაღალი სიმტკიცე და სიმყიფე დამუშავებისთვის სირთულეს წარმოადგენს.

მანქანაზე დამონტაჟებული მინის ეკრანები მაღალ სიზუსტეს მოითხოვს, ხოლო აწყობილი სტრუქტურული კომპონენტების ტოლერანტობები ძალიან მცირეა. კვადრატული/ზოლური ეკრანების ჭრის დროს დაშვებულმა დიდმა განზომილებიანმა შეცდომებმა შეიძლება აწყობის პრობლემები გამოიწვიოს. ტრადიციული დამუშავების მეთოდები მოიცავს რამდენიმე ეტაპს, როგორიცაა ბორბლების ჭრა, ხელით დამსხვრევა, CNC ფორმირება და ჩაღრმავება და სხვა. ვინაიდან ეს მექანიკური დამუშავებაა, მას აქვს ისეთი პრობლემები, როგორიცაა დაბალი ეფექტურობა, ცუდი ხარისხი, დაბალი მოსავლიანობა და მაღალი ღირებულება. ბორბლის ჭრის შემდეგ, ერთი ვაგონის ცენტრალური მართვის საფარის მინის ფორმის CNC დამუშავებას შეიძლება 8-10 წუთი დასჭირდეს. 100 ვატზე მეტი სიმძლავრის ულტრასწრაფი ლაზერების საშუალებით, 17 მმ-იანი მინის მოჭრა ერთი მოსმით არის შესაძლებელი; მრავალი წარმოების პროცესის ინტეგრირება ეფექტურობას 80%-ით ზრდის, სადაც 1 ლაზერი 20 CNC მანქანას უდრის. ეს მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს პროდუქტიულობას და ამცირებს ერთეულის დამუშავების ხარჯებს.

ლაზერების სხვა გამოყენება მინაში

კვარცის მინას უნიკალური სტრუქტურა აქვს, რაც ლაზერებით მისი გაყოფილი ჭრას ართულებს, თუმცა კვარცის მინაზე გრავირებისთვის შესაძლებელია ფემტოწამიანი ლაზერების გამოყენება. ეს არის ფემტოწამიანი ლაზერების გამოყენება კვარცის მინაზე ზუსტი დამუშავებისა და გრავირებისთვის. ფემტოწამიანი ლაზერული ტექნოლოგია ბოლო წლებში სწრაფად განვითარებადი მოწინავე დამუშავების ტექნოლოგიაა, რომელიც გამოირჩევა უკიდურესად მაღალი დამუშავების სიზუსტითა და სიჩქარით, რომელსაც შეუძლია მიკრომეტრიდან ნანომეტრამდე დონის გრავირება და დამუშავება სხვადასხვა მასალის ზედაპირზე.  ლაზერული გაგრილების ტექნოლოგია იცვლება ბაზრის მოთხოვნების შესაბამისად. როგორც გამოცდილი გამაგრილებლების მწარმოებელი, რომელიც განაახლებს ჩვენს წყლის გამაგრილებელი  ბაზრის ტენდენციების შესაბამისად, TEYU-ს ჩილერის მწარმოებლის CWUP-სერიის ულტრასწრაფი ლაზერული ჩილერები უზრუნველყოფენ ეფექტურ და სტაბილურ გაგრილების გადაწყვეტილებებს 60 ვატამდე სიმძლავრის პიკოწამიანი და ფემტოწამიანი ლაზერებისთვის.

მინის ლაზერული შედუღება ახალი ტექნოლოგიაა, რომელიც ბოლო ორი-სამი წლის განმავლობაში გაჩნდა და თავდაპირველად გერმანიაში გამოჩნდა. ამჟამად, ჩინეთში მხოლოდ რამდენიმე დანადგარმა, როგორიცაა Huagong Laser, Xi'an-ის ოპტიკისა და წვრილი მექანიკის ინსტიტუტი და Harbin Hit Weld Technology, გაარღვია ეს ტექნოლოგია. მაღალი სიმძლავრის, ულტრამოკლე იმპულსური ლაზერების მოქმედებით, ლაზერების მიერ გენერირებულ წნევის ტალღებს შეუძლიათ მინაში მიკრობზარების ან სტრესის კონცენტრაციის წარმოქმნა, რამაც შეიძლება ხელი შეუწყოს მინის ორ ნაწილს შორის შეერთებას.  შედუღების შემდეგ შეკრული მინა ძალიან მკვრივია და 3 მმ სისქის მინებს შორის მჭიდრო შედუღების მიღწევა უკვე შესაძლებელია. მომავალში, მკვლევარები ასევე ფოკუსირდებიან მინის სხვა მასალებთან ერთად გადაფარვის შედუღებაზე. ამჟამად, ეს ახალი პროცესები ჯერ არ არის ფართოდ გამოყენებული პარტიებად, მაგრამ განვითარების შემდეგ, ისინი უდავოდ მნიშვნელოვან როლს შეასრულებენ ზოგიერთ მაღალი დონის გამოყენების სფეროში.