Precisiebewerking van geavanceerde materialen door middel van lasers

Precisiebewerking van geavanceerde materialen door middel van lasers

Het bewerken van producten door middel van lasers is sterk afhankelijk van de golflengte en de pulsduur van de gebruikte laserbron. Conventionele lasers met pulsduraties van microseconden tot nanoseconden baseren zich op het opwarmen en daaruit volgend smelten en verdampen van materiaal om materiaalafname mogelijk te maken. Deze technologie wordt middels de bekende lasers (CO2, Nd:YAG, etc…) reeds geruime tijd succesvol ingezet in de industrie om allerhande bewerkingsoperaties uit te voeren.

Deze lasers hebben echter een fundamenteel nadeel: door de enorme lokale hitteontwikkeling beschadigen ze de microstructuur (microcracks, korreluitval, smeltzones) en laten ze gestolde deeltjes (recast) achter in de nabijheid van de bewerkingszone. Tevens zijn ze sterk afhankelijk van de thermische geleidbaarheid, de thermische schokresistentie en de smelttemperatuur van het materiaal. Bij hoogwaardige keramieken die bekend staan voor hun bros karakter gecombineerd met erg hoge (tot > 3000°C) smelttemperaturen en thermische geleidbaarheden kan dit problemen geven en moet noodgedwongen uitgeweken worden naar (diamant)microfrezen, vonkerosie of slijpen. Dit beperkt de geometrische vrijheid en de mogelijke toepassingen van deze materialen die anders wel door lasers mogelijk gemaakt zouden worden. Ook bij dunwandige metalen producten kunnen deze thermische belastingen tot dimensionele afwijkingen leiden en zijn ze ongewenst indien een hoge nauwkeurigheid vereist is.

Femtoseconde lasers met een zeer kleine pulsduratie (10-15 s) bieden hier een oplossing. Deze types van lasers verwijderen materiaal door middel van de excitatie van de atomen en doordat hun pulsduratie zo kort is heeft het materiaal niet de tijd om door middel van phononentransport (warmtetrillingen) de omliggende zones te verwarmen. Ook zijn ze onafhankelijk van de aanwezigheid van onzuiverheden in het materiaal voor absorptie. Deze voordelen laten toe dat een heel breed scala van materialen (keramieken, metalen, polymeren) hoognauwkeurig kan bewerkt worden met femtoseconde lasers, onafhankelijk van thermische geleidbaarheid, hardheid en andere materiaaleigenschappen en dat zonder de aanwezigheid van recast rond de bewerkingszone.

Deel dit artikel