अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेजर प्रोसेसिंग सिस्टम

01परिचय

पिछले दशक में, अल्ट्राफास्ट स्पंदित लेजर के अनुसंधान में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जिससे उनकी प्रसंस्करण स्थिरता और लचीलेपन में सुधार हुआ है। यद्यपि अल्ट्राफास्ट स्पंदित लेजर की प्रसंस्करण गुणवत्ता कई अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा कर सकती है, फिर भी प्रसंस्करण के लिए अल्ट्राफास्ट स्पंदित (यूएसपी) लेजर का उपयोग करते समय औद्योगिक अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उत्पादन दक्षता की कमी है। यूएसपी प्रसंस्करण को बढ़ाने के दो तरीके हैं: 1) पल्स ऊर्जा को बढ़ाकर; 2) नाड़ी पुनरावृत्ति दर को बढ़ाकर। यूएसपी लेजर का उपयोग करके सामग्री प्रसंस्करण की उत्पादन दक्षता को अन्य प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धा करनी चाहिए, इसलिए शोधकर्ताओं ने लेजर से परे लेजर ऊर्जा प्रबंधन में जबरदस्त प्रयास किया है। वर्कपीस पर लेजर बीम की स्थिति, दिशा और आकार को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न यांत्रिक और ऑप्टिकल प्रणालियों का उपयोग किया जाता है।

02कंपनशील दर्पण और बहुभुज स्कैनर

लेजर बीम की सबसे मजबूत और सुविधाजनक तीव्र स्थिति एक गैल्वेनोमीटर स्कैनर का उपयोग करके प्राप्त की जाती है, जो दो दर्पणों को ऊर्ध्वाधर दिशा में लगभग बिना किसी जड़ता के झुका देता है। 160 मिमी फोकल लंबाई के f{1}}थीटा लेंस वाले आधुनिक गैल्वेनोमीटर स्कैनर 100 मिमी x 100 मिमी दृश्य क्षेत्र के भीतर 20 मीटर/सेकेंड की गति से लेजर बीम को स्थानांतरित कर सकते हैं। ऐसी गति पर, लेज़र पल्स को लेज़र बीम की गति के साथ सिंक्रनाइज़ करना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। पॉलीगॉन स्कैनर का व्यापक रूप से इमेजिंग और बारकोड पढ़ने के लिए उपयोग किया जाता है, और वे सामग्री प्रसंस्करण के क्षेत्र में अभी भी नए हैं। वे लेज़र बीम को वर्कपीस की सतह पर 100-1000 मीटर/सेकेंड की गति से घुमा सकते हैं। बहुभुज के अत्यधिक स्थिर घुमाव के साथ यूएसपी लेजर दालों का सिंक्रनाइज़ेशन अधिक चुनौतीपूर्ण है। बहुभुज स्कैनरों को एकल-अक्ष गैल्वेनोमीटर स्कैनरों के साथ संयोजित करके, एक तेज़ द्वि-आयामी स्कैनर विकसित किया गया (चित्र 1)। पूरे लेजर प्रसंस्करण क्षेत्र में निरंतर लेजर दालों का वितरण गर्मी संचय और प्लाज्मा परिरक्षण प्रभावों को कम करता है।

03 लेजर बीम आकार देना

अधिकांश लेज़र गॉसियन बीम प्रोफ़ाइल के साथ किरणें उत्सर्जित करते हैं। किरण के केंद्र में तीव्रता अधिक होती है और किनारों पर कम होती है। यह स्थानिक ऊर्जा वितरण कई अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद नहीं है, खासकर पतली फिल्म प्रसंस्करण में। लेज़र बीम आकार देने और समरूपीकरण तकनीकें लेज़र सामग्री प्रसंस्करण अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए आकार को अनुकूलित कर सकती हैं। विवर्तनिक ऑप्टिकल तत्व (डीओई) एक गोलाकार गॉसियन बीम को एक आयताकार शीर्ष टोपी बीम में परिवर्तित कर सकते हैं, जहां बीम के व्यास का एक बड़ा हिस्सा तीव्रता बरकरार रखता है, इस प्रकार प्रक्रिया के लिए उपयुक्त लेजर बीम आकार प्रदान करता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

लेजर बीम को आकार देने के लिए एक लचीला विकल्प विद्युत रूप से स्विच किए गए तरल क्रिस्टल के साथ पिक्सेलयुक्त उपकरणों पर आधारित स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर (एसएलएम) का उपयोग करना है। लेजर बीम के लिए चरण या आयाम मास्क सेट करने के लिए कंप्यूटर से उत्पन्न होलोग्राम को एसएलएम नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रेषित किया जाता है। एसएलएम, फेमटोसेकंड लेज़रों के साथ मिलकर, समानांतर प्रसंस्करण के लिए कई विवर्तित बीम उत्पन्न करता है, जिससे सिलिकॉन और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के उच्च परिशुद्धता माइक्रोस्ट्रक्चर के थ्रूपुट में दस गुना से अधिक की वृद्धि होती है।

चित्र 2. एक एफबीएस और एक गोलाकार लेंस (दाएं) का उपयोग करके गठित एक वर्गाकार शीर्ष लेजर बीम का तीव्रता वितरण, एक सीसीडी कैमरे का उपयोग करके मापा जाता है। इनपुट बीम प्रोफ़ाइल बाईं ओर दिखाई गई है। औसत लेज़र आउटपुट पावर 12 W है।

04 मल्टी-बीम सिस्टम

मेगाहर्ट्ज रेंज में उच्च पल्स पुनरावृत्ति दर के साथ उच्च शक्ति यूएसपी लेजर का उपयोग करने से थर्मल प्रभाव क्षेत्र के मुद्दे हो सकते हैं, जैसे ओवरहीटिंग और पिघल गठन, जो एब्लेशन गुणवत्ता को कम कर सकता है। उच्च एब्लेशन गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए सभी प्रक्रिया मापदंडों के सावधानीपूर्वक मिलान की आवश्यकता होती है, लेकिन उन्नत गैल्वेनोमीटर या बहुभुज स्कैनर की उच्च बीम विक्षेपण गति हमेशा सटीक सूक्ष्म मशीनिंग समाधान प्रदान नहीं करती है। इस मामले में, कई लेजर बीम एक बहुमुखी उच्च शक्ति एब्लेशन समाधान प्रदान करते हैं, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, जो विवर्तन 1×5 और 5×5 बीम सरणियों को बनाने के लिए डैममैन ग्रेटिंग के साथ बनाई गई ग्रेटिंग का उपयोग करके समानांतर प्रसंस्करण के परिणामों को दर्शाता है।

चित्र 3. (ए) जब G1=0 और G2=125, एक लेज़र प्रोफिलोमीटर (स्पिरिकॉन) ने 1 × 5 (बाएं) और 5 × 5 (दाएं) सरणी देखी। (बी) पॉलिश किए गए Ti64 नमूनों पर 1 × 5 (बाएं) और 5 × 5 (दाएं) डैममैन ग्रेटिंग (जी {{13 }}, जी {{14 }}) लगाकर ब्लाइंड होल संसाधित किए गए।

05 सारांश

अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर पिकोसेकंड से लेकर फेमटोसेकंड तक की पल्स अवधि के साथ सुसंगत प्रकाश पल्स उत्पन्न करते हैं, और सटीक लेजर माइक्रो - मशीनिंग में तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं। वे न केवल अच्छे पूर्वानुमानित लेजर एब्लेशन से लाभान्वित होते हैं जो गर्मी से प्रभावित क्षेत्र को दबा देता है, बल्कि सामग्रियों के साथ बढ़ी हुई नॉनलाइनियर इंटरैक्शन से भी लाभान्वित होता है, जिससे नए प्रसंस्करण के अवसर खुलते हैं, विशेष रूप से पारदर्शी सामग्रियों के साथ। संक्षेप में, अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर के विकास ने एब्लेशन प्रक्रिया के अनुकूलन को प्रभावी ढंग से बढ़ावा दिया है।