Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
Tema: OBRADA LASEROM
redovni professor dr Dušan Regodić, dipl. inž.
Stokic Marija 200153
4/4/2011
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
4
-Princip rada lasera-
Laserska svetlost se dobija fenomenom stimulisane emisije
zračenja.
-Kao prvi uslov emisije fotona su Borovi postulati: Radno telo mora sadržati energetske nivoe
čija energija (razlika energija) odgovara energiji emitovanih fotona.
-Drugi uslov je da većina atoma bude u pobuđenom stanju. Moramo imati na umu da se u
radnom telu mogu događati različiti procesi interakcije elektromagnetnog zračenja i materije:
najviše dolaze do izražaja apsorpcija i spontana emisija zračenja.
Laserska svetlost se može proizvesti jedino ako stimulisana emisija dominira nad apsorpcijom i
spontanom emisijom zračenja. To se postiže inverznom naseljenoscu atoma u radnom telu. Broj
atoma u pobuđenom stanju mora biti veći od broja atoma u osnovnom stanju.
Osim emisije fotona, postoje i prelazi sa višeg na niži energetski nivo, što nije praćeno emisijom
fotona nego oslobađanjem toplote. (Zagrevanjem nije moguće postići inverznu naseljenost.)
Usled toga, sistem se zagreva što utiče na druge delove lasera kao i na smanjivanje koherentnosti
i monohromatičnosti svetlosti. Zbog toga je lasere često potrebno hladiti. Najčešće se koristi
obična protočna voda.
Postoje sledeće metode pobuđivanja :
v
optičko pobuđivanje (kristalni laseri),
v
električno pražnjenje (gasni i poluprovodnički laseri),
v
pobuđivanje hemijskom reakcijom (hemijski laseri), i
v
gasno pražnjenje (gasno-dinamički laseri).
-Delovi lasera-
1) Radno telo;
2) Sistem za pobuđivanje;
3) 100% propustljivo ogledalo;
4) 90% propustljivo ogledalo;
5) Sistem za hlađenje;
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
5
Radno telo
-
je smešteno između dva paralelna ogledala, (ogledala se ne mogu nameštati ručno, niti na
slučajnom rastojanju, moraju se postaviti na tačnoj udaljenosti zbog talasne dužine stojećeg
talasa) tako da zraci svetla koji prolaze između ta dva ogledala stvaraju stojeći talas.
Aktivna sredina
-predstavljena je aktivnom materijom u kojoj se postiže inverzna populacija atoma. U zavisnosti
od vrste lasera ona može biti u gasnom, tečnom i čvrstom stanju.
Rezonatorski sistem
- predstavljaju dva paralelno postavljena ogledala od kojih je jedno potpuno reflektujuće i ima
ulogu da stvorene fotone ponovo vrati u aktivnu sredinu koji će nastaviti reakciju pobuđivanja.
Kada emitovani fotoni dođu do drugog ogledala koje je polupropustljivo, oni se delimično
reflektuju i vraćaju u aktivnu sredinu te se proces pobuđivanja nastavlja,a delimično prolaze kroz
njega i čine laserski zrak sa svim njegovim karakteristikama.
Sistem polupropustljivog i nepropustljivog ogledala strogo usmerava formiranje laserskog snopa.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
7
-Primena lasera-
Laseri, zbog kvaliteta svetlosti koju proizvode danas imaju primenu u gotovo svim ljudskim
delatnostima.
Čvrstotelni laseri se koriste za rezanje, bušenje i varenje. Posto je moguće postići veliku
preciznost prilikom obrade materijala, često se koriste u hiurgiji; npr. moguće je laserom obraditi
kapilar u oku bez oštećenja okolnog tkiva i bilo kakve operacije na oku. Laserima se može lečiti i
kratkovidost i dalekovidost, obradom očnog sočiva.
Laserima je moguće spaliti mastilo na papiru, a ostaviti papir neoštećen. Zbog svoje
monohromatičnosti, laseri se koriste i za novu defineciju metra.
Danas je metar redefinisan, pa imamo definiciju: Metar je dužina putanje koju u vakuumu pređe
svetlost za vreme od 1/(299 792 458) sekundi.
Brzina svetlosti se meri pomoću laseria. Laseri se upotrebljavaju za označavanje položaja na
nekom udaljenom mestu, u merenju, a čak i prilikom predavanja profesori pokazuju na platnu
laserskim pokazivačima. Pomocu lasera je izmerena udaljenost od Zemlje do Meseca sa
preciznošću od nekoliko milimetara! Laseri se koriste za snimanje i čitanje podataka na
različitim telima CD, DVD. Laseri se koriste i u laserskim štampačima. U vojnoj tehnologiji se
koriste, ili se razvijaju laseri kojima bi se uništio udaljeni objekat
.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
8
-Podela lasera-
-Laseri se mogu podeliti u četiri osnovne grupe :
1. čvrsti laseri koji se prema materijalu od kojeg su napravljeni mogu podeliti na:
·
stakleno-neodimski laser
·
granatski laser
·
rubinski laser
2. plinski laseri koji se dalje dele na:
·
neutralni atomski laser
·
optički pumpani neutralni atomski laser
·
jonski laser
·
plinski molekularni laser
·
impulsni laser sa transferzalnom pobudom
·
laser sa Blumleinovom pobudom
3. poluprovodnički laseri
4. tečni laseri
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
10
-CO
2
LASER-
Kumar Patel je rođen 1938. u Baramati, u Indiji 1964. Godine.
Kumar Patel je izumeo CO
2
laser.
Od 1961. se bavi istraživanjem lasera, što dovodi otkriću CO
2
lasera 1963. godine.
Prvi plinski laser velike snage upotrebljen je 1964. godine.
Usprkos njegovom trudu da nađe koristan način upotrebe tog uređaja, CO
2
laser svoju praktičnu
primenu ima tek danas.
-PRINCIP RADA CO
2
LASERA-
CO
2
laser je plinsko-molekularni laser, koji kao aktivni medij koristi molekule CO
2.
Za njegovu reakciju upotrebljava se električni spoj, optičko, hemijsko i toplotno pumpanje.
Laser se sastoji od
:
Ø
staklene cevi u kojoj se nalazi smesa plinova: ugljenikovog dioksida, azota , helijuma i
eventualno nekog drugog plina.
Ø
Na krajevima cevi se nalaze dva paralelna ogledala, koja su premazana slojem silikona,
molibdena ili zlata, koja reflektuju laserski zrak natrag u cev i formiraju rezonator.
Sociva i prozori su napravljeni od germanijuma i cink-selenida ZnSe. U cevi se nalaze I
elektrode na koje je priključen visoki napon. Visoki napon proizvodi mnoštvo brzih
elektrona u cevi koji sudarima predaju svoju energiju molekulama plina.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
11
Pojednostavljena sema CO
2
lasera.
Sastav laserske plinske mešavine je zavistan od vrste lasera, snage i proizvođača. Laserski
plinovi se obično dostavljaju u posebnim plinskim bocama ili su prethodno smešani u jednoj
boci.
Nečistoće u laserskoj plinskoj mešavini, mogu stvoriti probleme u radu CO
2
lasera, i smanjiti
mu izlaznu snagu, destabilizovati električni naboj ili povećati potrošnju laserskih plinova. Uz to
nečistoće utiču na internu optiku, smanjujući trajnost ogledala,a popravke mogu biti vrlo
skupe.
-
plinske boce-
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
13
-OBRADA MATERIJALA-
-Najcesca laserska obrada materijala je obrada rezanjem, bušenjem, zavarivanjem, graviranjem,
markiranjem,površinska obrada …
-Lasersko zavarivanje-
Lasersko zavarivanje izvodi se sa CO
2
laserom.
CO
2
laseri sa velikom snagom (2-12kW) koriste se za zavarivanje automobilskih šasija i
prenosnih komponenata, toplotnih izmenjivača i zahtevnih elemenata.
Laserski snop se usmeri na jednu malu točku, čime se dobije dovoljna snaga za
topljenje materijala. Za fokusiranje velikih snaga CO
2
lasera, umesto ogledala se koriste
vodom hlađena ogledala. Zavarivanje se u osnovi izvodi na dva načina.
Za zavarivanje sa laserima velike snage, značajan je nastanak tzv. ˝keyhole˝. Energija lasera
metal topi i uzrokuje isparavanje.
Pritisak pare istisne istopljeni materijal i tako nastane rupa u obliku ključa, koja omogoćava
prenos laserske energije u materijal i vodi laserski snop duboko u materijal.
Stvaranje ˝keyhola˝ omogućava usko i duboko zavarivanje, pa ga često zovemo i duboko
zavarivanje.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
14
Plinovi za zavarivanje moraju ispuniti više zahteva: štititi mesto vara, područje oko vara,štititi
optiku od para i toplote, i kontrolisati plazmu između zavarivanja sa CO
2
laserom. Plazma je
oblak joniziovanih metalnih isparavanja i plinova, koje se stvaraju nad rupom. Taj oblak utiče na
lasersko zračenje i prekida proces zavarivanja. Ovaj učinak zavisi od vrste lasera i korišcene
snage, te se zbog toga koriste različititi laserski plinovi.
Glavne prednosti zavarivanja laserom:
ü
visok kvalitet zavarenog spoja
ü
velika preciznost i brzina
ü
zanemarljiva zona uticaja toplote
ü
ušteda vremena
ü
manje intervencije u pogledu obrade nakon laserskog zavarivanja
ü
pouzdanost dela
ü
povoljna cena
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
16
-Lasersko bušenje-
Bušenje sa laserskim snopom
omogućava nam izradu malih rupica na svakom materijalu, kao
na primer u proizvodnji turbina ili svemirskom programu.
Tačno usmeren snop koristimo i kod plastičnih materijala, gde se radnja izvodi pulsirajući do
izrade konačne dimenzije rupe. Upotrebom pulsirajućeg lasera možemo izraditi i konuse , a
postupak je poznatiji pod nazivom »pro Puls«.
-Ostale upotrebe - površinska obrada-
Obrađivanje površine sa laserskim snopom
podrazumjeva različite upotrebe kao što su
termomehanički postupci, emajliranje, legiranje, disperzija i slično.
Površinska obrada sa laserskim snopom nam nudi nekoliko prednosti u odnosu na druge
postupke: minimalan unos toplote na obradak, tačna kontrola područja obrade, mali broj grešaka,
odlična i jednostavna kontrola procesa.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
17
-Lasersko rezanje-
Lasersko
rezanje
je uspostavljena procedura za precizno
rezanje
kontura,
rezanje
cevi i profila .
Lasersko
rezanje
ima svoje prednosti kao što su brzina , preciznost.
Loša strana su samo visoke investicije i operativni troškovi ,a lasersko
rezanje
ne nadmašuju
konkurenciju uvek . Laser može efikasno smanjiti polimera metala , keramike , drveta , kože ,
tekstila i drugih materijala.
Predmet: TEHNIČKI SISTEMI
2011
19
-Zakljucak-
Otkrice i sama primena lasera ubrzava razvoj tehnologije.
Primena lasera na razlicitim poljima omogucava nam lakes,brze i efikasnije obavljanje razlicitih
poslova. Sama zastupljenost u medicine,astronomiji i u vojne svrhe govori o preciznosti lasera i
perfekciji obavljenog posla.
Laserska upotreba pri rezanju,zavarivanju,graviranju,busenju i ostalim obradama metala nam
omogucava efektivniji ucinak zeljene obrade.
Razvoj lasera je unapredio i razvoj PC tehnologije,ne samo izradu racunara vec i njihove
memorije (CD,DVD..) koja vremenom dobija sve vece kapacitete.
