lazerinė technologija: lazerio galios ir poveikio trukmės įtaka apdorojamoms medžiagoms
lazernė technològija, metalinių ir nemetalinių medžiagų apdirbimo būdas, kai lazerio spinduliuote keičiama medžiagos forma, struktūra ir sudėtis. Prie lazerinių technologijų priskiriama lazerinis pjovimas, suvirinimas, grūdinimas, gręžimas, aplydymas (plakiravimas), legiravimas, ženklinimas, valymas, atrankioji lazerinė sintezė, polimerizacija, modelių gamyba, lazerinis terminis apdorojimas, tikslusis (mikro‑) apdirbimas. Lazerio spinduliuotės poveikį medžiagai lemia sugertos energijos kiekis, priklausantis nuo lazerio galios, poveikio trukmės ir medžiagos savybių (sugerties koeficiento, šilumos laidumo). Lazerio spinduliuotės veikiama medžiaga gali kaisti, lydytis ar garuoti. Vykstant šiems procesams nėra tiesioginio mechaninio sąlyčio, todėl procesai lengvai automatizuojami. Lazerinės technologijos naudojamos įvairiose pramonės srityse. Lazerinės technologijos įrenginį sudaro: lazeris (su maitinimo, aušinimo ir valdymo blokais), lazerio spinduliuotės perdavimo įranga (veidrodžiai, šviesolaidžiai), darbinė galvutė su fokusavimo lęšiu, darbinių ar apsauginių dujų tiekimo įrenginys, atstumo nustatymo ir kiti jutikliai.
Naudojami impulsiniai ir nuolatinės veikos diodiniai, dujų (CO2), kietojo kūno ir eksimerų lazeriai, skleidžiantys infraraudonąją, regimąją ar ultravioletinę spinduliuotę. Lazerinis pjovimas – plačiausiai taikoma lazerinė technologija. Medžiagos pjaunamos lazerio spinduliuotės energija išlydant arba išgarinant medžiagą pjūvio vietoje. Lazerinio pjovimo produktai nupučiami dujomis.
Pradėtas naudoti 1971 pakuočių iškirtimo formoms pjaustyti. Lazerinis suvirinimas yra medžiagų jungimo būdas detalių sujungimo vietą sulydant sugerta lazerio spinduliuotės energija. Virinama dažniausiai inertinių dujų (azoto, helio arba argono) terpėje. Dažniausiai lazeriu virinamos automobilių štampuotosios detalės, laivų korpusai, sandarinami elektronikos elementai, privirinami pjūklų ar kitų pjovimo įrankių kietlydinio dantys, taškiniu būdu virinamos kineskopo detalės, jungiami juvelyriniai dirbiniai ir dantų protezai, plastikiniai gaminiai. Gręžiant skyles lazerine spinduliuote medžiaga įkaitinama iki garavimo temperatūros; garai plečiasi ir išlėkdami dideliu greičiu suformuoja duobutę. Lazerinio gręžimo našumas siekia 1000 skylių per sekundę; plačiai taikoma aviacijos ir elektronikos pramonėje. Lazerinis ženklinimas yra simbolinės, grafinės ar kitos vaizdinės informacijos tiesioginis užrašymas lazerio spinduliuote. Būna paviršinis, gilusis (raižymas) ir vidinis (tūrinis). Lazeriu padaromos asmeninės žymės pasuose, informacinėse lentelėse, verslo dovanose, sagose. Lazerinis terminis apdorojimas yra metalinio gaminio paviršiaus savybių modifikavimas kaitinant lazerio spinduliuote.
voro modelis, pagamintas dvifotonės polimerizacijos būdu naudojant femtosekundinį lazerį
Kaitinama tik tam tikra gaminio vieta ir galima sparčiai keisti jos temperatūrą. Pagal šilumos poveikį medžiagai skiriamas grūdinimas (t. p. ir smūginis), atkaitinimas, amorfinimas, išlydymas, legiravimas ir aplydymas, vakuuminis garinimas. Lazerinio valymo būdu apnašų ar kitų medžiagų sluoksnis nuo objekto paviršiaus šalinamas lazerio spinduliuote. Valant nepažeidžiamas objektas, neteršiama aplinka (nereikia tirpiklių). Lazeriu efektyviai šalinamos didesnės kaip 0,1 μm dydžio dalelės. Tinka šalinti oksidams, rūdims, tepalams, riebalams, lakui, dulkėms, atmosferos ir organiniams teršalams, radioaktyviosioms apnašoms ir dažams. Šiuo būdu valomi metalų lakštai, turbinų sparnai, medicininiai instrumentai, magnetinių atminties diskų ir nuskaitymo galvučių darbiniai paviršiai, puslaidininkių plokštelės, fotošablonai, pastatų fasadai, skulptūros. Lazerinio valymo būdu buvo nuvalyti Paryžiaus Dievo Motinos katedros, Rucellai rūmų Florencijoje fasadai. Lazerinė modelių gamyba yra erdvinio projektavimo programomis sukurtų modelių ar jų prototipų gamyba naudojant lazerį. Modeliams gaminti naudojami metalo milteliai, šviesai jautrūs monomerai, lakštinės medžiagos. Lazerio spinduliuote lokaliai sulydoma, sukepinama arba polimerizuojama medžiaga arba pasluoksniui išpjaunama detalė. Tinka bandomiesiems dizaino pavyzdžiams, modelių liejimo formoms ir sudėtingos formos detalėms gaminti. Lazerinis tikslusis apdirbimas yra mažų (didesnių kaip 10 μm) darinių, pjūvių, griovelių sudarymas išgarinant medžiagą (abliacija). Tiksliojo apdirbimo kokybė priklauso nuo darbo zonoje išskiriamos šilumos. Naudojant labai trumpus lazerio spinduliuotės impulsus (mažesnių kaip apie 10 ps) sugerta lazerio energija nespėja pasklisti – įkaitusi medžiaga poveikio vietoje virsta plazma, kuri plėsdamasi išneša šilumos perteklių. Pjūvyje neatsiranda išlydyto sluoksnio, mikroįtrūkių ir smūginės bangos, nepažeidžiama gaminio sandara. Dėl abliacijos slenkstinės prigimties ardant medžiagą paveikiamas mažesnis plotas negu lazerio spindulio skersmuo. Tiksliojo lazerinio apdirbimo būdu gaminamos mikroelektromech. sistemos (MEMS), miniatiūriniai pramonės, medicinos diagnostikos įrenginiai, jutikliai, mikrovarikliai. Lietuvoje lazerinės technologijos darbai pradėti 1981 Lietuvos mokslų akademijos Fizikos instituto lazerinės technologijos skyriuje. Lazerinės technologijos pradėtos diegti nuo 1982. Lietuvos lazerinės technologijos įmonės susikūrė 1985–95. Taikomieji moksliniai tyrimai ir technologinės plėtros darbai atliekami aukštųjų technologijų bendrovėse Eksma, Ekspla, Šviesos konversija. Lazerinės technologijos dažniausiai taikomos metalų lakštams pjauti (apie 20 Lietuvos įmonių taikant lazerinę technologiją pjaunami metalo lakštai, pvz., mašinų gamykloje Astra), gaminiams ir suvenyrams ženklinti (bendrovė Aštuonetas). Lietuvoje gaminami lazerinio ženklinimo, stiklo tūrinio ženklinimo ir mikroapdirbimo įrenginiai. Vykdant Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos instituto, Ekspla, Vilniaus universiteto ir bendrovės Brown&Sharpe‑Precizika aukštųjų technologijų plėtros programos projektą sukurta rastrų gamybos lazerinė technologija, diegiama bendrovėje Brown&Sharpe‑Precizika.
iš metalo miltelių atrankiąja lazerine sinteze gautos detalės pjūvis