जल के अनुप्रयोग और विकास की स्थिति-निर्देशित लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी

01 तकनीकी सिद्धांत और विशेषताएं

जल निर्देशित लेज़र का मूल सिद्धांत लेज़र किरण को एक उच्च दबाव वाले सूक्ष्म जल जेट में जोड़ना है, और जल जेट के माध्यम से लेज़र को सामग्री की सतह तक निर्देशित करना है। इस प्रणाली में, लेजर स्रोत द्वारा उत्पन्न लेजर पहले कोलिमेशन और फोकसिंग के लिए ऑप्टिकल घटकों (जैसे लेंस और दर्पण) की एक श्रृंखला से गुजरता है, और फिर एक विशेष नोजल के माध्यम से उच्च दबाव वाले पानी के जेट के साथ जोड़ा जाता है। पानी का जेट नोजल में एक छोटा चैनल बनाता है, और लेजर बीम को इस चैनल के माध्यम से वर्कपीस की सतह तक निर्देशित किया जाता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। क्योंकि पानी का अपवर्तनांक हवा से अलग होता है, पानी में लेजर का प्रसार पथ बदल जाता है, इसलिए लेजर बीम की स्थिरता और ऊर्जा फोकस सुनिश्चित करने के लिए सटीक ऑप्टिकल डिजाइन की आवश्यकता होती है।

चित्र 1. जल निर्देशित लेजर का तकनीकी सिद्धांत।

उच्च परिशुद्धता: जल निर्देशित लेज़र तकनीक सबमिलीमीटर या यहां तक ​​कि माइक्रोमीटर - स्तर की प्रसंस्करण सटीकता प्राप्त कर सकती है। चूंकि जल जेट का व्यास बहुत छोटा है, आमतौर पर केवल दसियों से सैकड़ों माइक्रोमीटर, लेजर बीम को बारीक काटने, ड्रिलिंग या उत्कीर्णन कार्यों के लिए वर्कपीस पर विशिष्ट स्थिति में सटीक रूप से निर्देशित किया जा सकता है। उच्च दक्षता: जल निर्देशित लेज़र प्रसंस्करण के दौरान, लेज़र बीम को जल जेट के माध्यम से सीधे वर्कपीस की सतह पर प्रेषित किया जाता है, जिससे ऊर्जा हानि और हवा में बिखराव कम हो जाता है। इसके अलावा, वॉटर जेट शीतलन और फ्लशिंग प्रभाव भी प्रदान करता है, प्रभावी ढंग से वर्कपीस की सतह के तापमान को कम करता है और गर्मी प्रभावित क्षेत्र को कम करता है, जिससे प्रसंस्करण दक्षता और गुणवत्ता में सुधार होता है। थर्मल क्षति में कमी: जल जेट के शीतलन प्रभाव के कारण, पानी में गर्मी प्रभावित क्षेत्र (HAZ) निर्देशित लेजर प्रसंस्करण बहुत छोटा है। ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र सतह पर और वर्कपीस के अंदर के क्षेत्र को संदर्भित करता है जहां लेजर प्रसंस्करण के दौरान ताप संचालन और विकिरण के कारण थर्मल विरूपण, क्षति या चरण परिवर्तन होते हैं। निर्देशित लेजर प्रसंस्करण द्वारा पानी में जल जेट के तेजी से ठंडा होने से वर्कपीस की सतह से गर्मी तुरंत दूर हो जाती है, जिससे गर्मी प्रभावित क्षेत्र का आकार और गहराई कम हो जाती है और सामग्री को थर्मल विरूपण और क्षति से बचाया जा सकता है।

चित्र 2. (ए) 'पारंपरिक ड्राई लेजर' कटिंग और पानी निर्देशित लेजर कटिंग द्वारा टाइटेनियम मिश्र धातु के कट वर्गों की एसईएम छवियां, (बी) पानी निर्देशित लेजर और 'पारंपरिक ड्राई लेजर' कटिंग द्वारा प्राप्त सीएफआरपी की कटी हुई सतहों की तुलना।

02 आवेदन फ़ील्ड

एयरोस्पेस क्षेत्र: एयरोस्पेस क्षेत्र में सामग्री प्रसंस्करण परिशुद्धता और गुणवत्ता के लिए बहुत अधिक आवश्यकताएं हैं, और इस क्षेत्र में जल निर्देशित लेजर तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग एयरोस्पेस इंजन के प्रमुख घटकों जैसे ब्लेड, टरबाइन डिस्क और दहन कक्षों को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है, जो आमतौर पर सुपरअलॉय और टाइटेनियम मिश्र धातु जैसी कठिन प्रक्रिया सामग्री से बने होते हैं। जल निर्देशित लेजर सटीकता और सतह की गुणवत्ता सुनिश्चित करते हुए इन सामग्रियों को प्रभावी ढंग से काट और उकेर सकते हैं, जिससे घटकों के प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार होता है। इसके अलावा, जल निर्देशित लेजर का उपयोग एयरोस्पेस वाहनों के संरचनात्मक भागों, जैसे पंख और धड़, के प्रसंस्करण के लिए भी किया जा सकता है, जिससे जटिल आकार और हल्के डिजाइन की मशीनिंग सक्षम हो जाती है।

सेमीकंडक्टर क्षेत्र: सेमीकंडक्टर निर्माण में, पानी निर्देशित लेजर का उपयोग सिलिकॉन वेफर्स जैसी सेमीकंडक्टर सामग्री को काटने के साथ-साथ चिप पैकेजिंग और परीक्षण के लिए किया जा सकता है। क्योंकि सेमीकंडक्टर सामग्रियों को अत्यधिक उच्च प्रसंस्करण परिशुद्धता और सतह की गुणवत्ता की आवश्यकता होती है, पानी निर्देशित लेजर की उच्च परिशुद्धता और कम तापीय क्षति विशेषताएँ उन्हें एक आदर्श प्रसंस्करण उपकरण बनाती हैं। वे सिलिकॉन वेफर्स की बारीक कटिंग कर सकते हैं, दरारों और क्षति से बच सकते हैं, जिससे चिप्स की उपज और प्रदर्शन में सुधार होता है। इसके अतिरिक्त, जल निर्देशित लेज़रों का उपयोग सूक्ष्म अर्धचालक उपकरणों के प्रसंस्करण के लिए किया जा सकता है, जैसे कि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटकों का निर्माण और माइक्रो सर्किट की नक़्क़ाशी, जो माइक्रोमीटर या यहां तक ​​कि नैनोमीटर स्तर पर मशीनिंग परिशुद्धता प्रदान करती है।

नया ऊर्जा क्षेत्र: नए ऊर्जा क्षेत्र में, सौर पैनलों और ईंधन कोशिकाओं जैसे नए ऊर्जा उपकरणों के प्रमुख घटकों को संसाधित करने के लिए जल निर्देशित लेजर का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सौर पैनलों के निर्माण में, पानी निर्देशित लेज़रों का उपयोग सिलिकॉन वेफर्स को काटने और सौर कोशिकाओं की सतह पर इलेक्ट्रोड पैटर्न बनाने के लिए किया जा सकता है, जिससे पैनलों की फोटोवोल्टिक रूपांतरण दक्षता और प्रदर्शन में वृद्धि होती है। ईंधन सेल निर्माण में, जल निर्देशित लेजर झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली और द्विध्रुवी प्लेटों जैसे घटकों को संसाधित कर सकते हैं, जिससे उच्च परिशुद्धता काटने और उत्कीर्णन सक्षम हो जाता है, जिससे ईंधन कोशिकाओं के प्रदर्शन और जीवनकाल में सुधार होता है।

चित्र 3. जल निर्देशित लेजर के अनुप्रयोग।

03 पानी के सामने आने वाली चुनौतियाँ और मुद्दे -निर्देशित लेजर

जल जेट की स्थिरता: जल निर्देशित लेजर प्रसंस्करण के दौरान, उच्च गति से बहने वाला जल जेट अस्थिर हो सकता है, जो प्रसंस्करण की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, काटने के दौरान, जल जेट में उतार-चढ़ाव से काटने की रेखा में विचलन हो सकता है या सतह खुरदरापन बढ़ सकता है, जिससे मशीनिंग सटीकता और सतह की गुणवत्ता दोनों प्रभावित हो सकती है। जल जेट की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, जल जेट नियंत्रण प्रणाली को अनुकूलित करना आवश्यक है ताकि यह पूरे प्रसंस्करण के दौरान स्थिर स्थिति बनाए रख सके।

लेज़र-जल युग्मन दक्षता: लेज़र बीम और जल जेट के बीच युग्मन दक्षता सीधे प्रसंस्करण परिणामों को प्रभावित करती है। यदि युग्मन दक्षता कम है, तो जल जेट में लेजर ऊर्जा हानि बढ़ जाएगी, जिससे प्रसंस्करण दक्षता और गुणवत्ता दोनों कम हो जाएगी।

नोजल होल के लिए तकनीकी आवश्यकताएँ: उच्च गुणवत्ता वाले पानी निर्देशित लेजर प्रसंस्करण को सुनिश्चित करने के लिए, नोजल होल की डिजाइन और विनिर्माण परिशुद्धता महत्वपूर्ण है। जल प्रवाह के प्रभाव को झेलने के लिए गोलाई में उच्च परिशुद्धता और शून्य टेपर बनाए रखते हुए नोजल छेद में बेहद पतली दीवारें होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, पानी के जेट की स्थिरता और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए छेद की आंतरिक सतह का खुरदरापन बेहद कम रखा जाना चाहिए।

पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता: जल निर्देशित लेज़र प्रसंस्करण उपकरण की पर्यावरणीय आवश्यकताएँ अधिक होती हैं। उदाहरण के लिए, उपकरण के संचालन के लिए स्थिर बिजली आपूर्ति, स्वच्छ पानी और निरंतर तापमान और आर्द्रता वाले वातावरण की आवश्यकता होती है। खराब परिस्थितियों वाले वातावरण में, जैसे कि बड़े तापमान में उतार-चढ़ाव, उच्च आर्द्रता, या अस्थिर बिजली आपूर्ति, उपकरण का प्रदर्शन ख़राब हो सकता है या विफल भी हो सकता है। इसके अतिरिक्त, पर्यावरण में धूल और कंपन जैसे कारक प्रसंस्करण में हस्तक्षेप कर सकते हैं, जिससे मशीनिंग सटीकता और गुणवत्ता प्रभावित हो सकती है। इसलिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, उपकरण के परिचालन वातावरण का सख्त नियंत्रण और प्रबंधन आवश्यक है।

04 घरेलू और विदेश में उद्योग की वर्तमान विकास स्थिति

लेजर परिशुद्धता प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति और बढ़ती बाजार मांग के साथ, जल निर्देशित लेजर प्रसंस्करण तकनीक भी लगातार विकसित और सुधार रही है। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर मान्यता प्राप्त जल निर्देशित लेजर उपकरण के अग्रणी निर्माताओं में मुख्य रूप से दो कंपनियां शामिल हैं: स्विट्जरलैंड की सिनोवा और एवोनेसिस। वर्तमान में, घरेलू जल निर्देशित लेजर प्रसंस्करण उपकरण कंपनियों में, जो अपेक्षाकृत तेजी से विकसित हो रही हैं उनमें वॉट इंटेलिजेंट मैन्युफैक्चरिंग, कॉसेट और शंघाई लेंगचेन टेक्नोलॉजी शामिल हैं। कुछ अन्य कंपनियाँ सीधे संबंधित विदेशी प्रौद्योगिकियों को पेश करने और फिर अपने उत्पादों को अनुकूलित करते हुए उन्हें घरेलू स्तर पर असेंबल और उत्पादित करने का दृष्टिकोण अपनाती हैं। यद्यपि यह तकनीकी अंतराल को जल्दी से भर सकता है और अल्पावधि में आर एंड डी लागत और समय को कम कर सकता है, फिर भी लंबे समय में कुछ समस्याएं हैं, जैसे विदेशी कोर प्रौद्योगिकियों पर निर्भरता, असंतुलित आर एंड डी निवेश, और औद्योगिक श्रृंखला में स्पिलओवर जोखिम। लेखक का मानना ​​है कि 'परिचय{{8}अवशोषण{{9}अतिक्रमण' का एक सकारात्मक चक्र स्थापित किया जाना चाहिए। अच्छी खबर यह है कि अब ऐसी घरेलू कंपनियाँ हैं जो 100% स्थानीय रूप से उत्पादित घटकों के साथ वाणिज्यिक उपकरण उपलब्ध कराने में सक्षम हैं। चीन के विनिर्माण उद्योग के परिवर्तन और उन्नयन के साथ, जल निर्देशित लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी उच्च अंत विनिर्माण, विशेष रूप से नई ऊर्जा वाहनों, एयरोस्पेस और उच्च अंत उपकरण निर्माण में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी। जल निर्देशित लेज़र प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग से इन उद्योगों में तकनीकी नवाचार और उत्पाद उन्नयन को बढ़ावा मिलेगा।