2009年の初めに、材料加工業界の人々は、高いピーク出力を提供できるパルスレーザーと、より高い出力レベルの連続レーザーに注目し始めました。 このようなレーザーのピーク出力は通常3 kWに達し、平均出力は300 Wです。技術の飛躍により、ピーク出力と平均出力が高くなりました。 現在、最大20kWのピーク出力、2kWの平均出力、および超高出力連続レーザーが導入されています。 電力の継続的な更新により、ファイバーレーザーは航空宇宙機器の処理段階に追い込まれました。
従来のNd：YAGレーザーと比較して、ファイバーレーザーは電気光学変換効率とビーム輝度（シングルモードまたは低ビット動作）を大幅に改善しており、予熱を必要としません。 パワーを変更すると、フラットトップモード（図に示すように）（1））、またはガウスモードのどちらでも、スポット径は常に安定したままで、同時にパルス周波数が高くなり、パラメータのリアルタイム調整はより強力です。 ファイバーレーザーは単一のエミッターを使用して励起するため、フラッシュポンプレーザーと比較して、信頼性、出力の安定性、柔軟性の点で定性的な進歩があります。
ファイバーレーザーの柔軟で多様な応用方法を考慮して、新しい機械として設置できるだけでなく、既存の生産ラインもアップグレードできるため、ますます多くの市場シェアを占めています。 Nd：YAGレーザーを使用した以前のすべての生産システムは、ファイバーレーザーに変換できます。
航空の掘削ニーズ
航空宇宙産業は間違いなく、ファイバーレーザーの恩恵を受けているもう1つの産業です。 現在の航空業界では、タービンエンジンには何百万もの穴があり、主にデバイスが動作中に適時に熱を放散するのを助けるために使用されます。 穴の厚さ、角度、直径、および形状はさまざまです。 航空宇宙掘削アプリケーションの分野では、新しいファイバーレーザーはより高速で、より柔軟で、より安定しており、費用対効果の高いオプションです。
航空機器用の冷却穴を作成するには、主に2つの方法があります。1つは、複数のパルスを使用して、必要な開口に応じてドリル穴を形成することです（パルス穴あけ）。 もう1つは、小さなスポットを使用してビームを円形の範囲内で移動し、ドリル穴（ソケット）を形成することです。 全体的に、ソケットは低速ですが、形状はより完璧です。 一部のアプリケーションでは、スリーブ穴のみを選択できます。 これらの穴の直径は通常0.015〜0.030インチです。 航空分野では、電流制限穴を接続する扇形の穴である特別な掘削要件もあります。 これらの扇形の穴は冷却空気の出口です。目的は、同じ空気の流れをより大きな領域に迂回させて、より良い冷却効果を達成することです。 現在、主に扇形の穴を作成するプロセスは次のとおりです。1つ目は、小さなスポットQスイッチレーザー+スキャナーです。 スキャナーは、オリフィスの出口で形状をスキャンするために使用されます。 この方法を使用して扇形の穴を処理するには、2台のマシンを別々に操作する必要があります。 2番目の方法は、スポットサイズを小さくしてテーパーを作成し、CNCネスティングを使用しますが、この方法は、スキャナーを備えた「2段階の方法」よりもかなり低速です。 3番目の方法は、EDM掘削技術を使用して、制限穴が形成された後に扇形の穴を追加することです。 扇形の穴を開けるとき、遮熱コーティングの剥離を避けることが非常に重要であり、現在、ほとんどのデバイスは遮熱コーティングを備えています。
空中掘削用途-ファイバーレーザー
Nd：YAGパルスレーザーと比較すると、ファイバーレーザーの利点は明らかです。 まず、ファイバーレーザーの励起光源はフラッシュではなくダイオードであるため、完全な方形波を形成できます。 次に、フラッシュポンプを使用したNd：YAGレーザーの速度が低下するため、レーザーエネルギーの一部が常にターゲット領域の蒸発しきい値を下回ります。エネルギーのこの部分は材料を溶かし、遮熱コーティングを剥離させます。 リキャストレイヤーの仕様を満たすには、パルス周期を1ミリ秒未満にする必要があります。 この点に関して、ファイバーレーザーは方形波波形を生成できるため、絶対的な利点があります。10ミリ秒のパルスを使用すると、リキャストおよびクラッキング仕様の航空機器の要件を満たすことができます。
例として燃焼室を使用します。 パルスドリリングを使用する場合、ドリリングプロセス中に燃焼室が同時に数回回転します。 この場合、ドリルスルーには5パルスが必要で、さらに2パルスを使用して扇形の穴を形成します。 通常、このレーザーの最大繰り返し周波数は10パルス/秒です。 ファイバーレーザーは、長いパルスでファンホールを形成できます。 Nd：YAGレーザーと同じパルス周期とパルスエネルギーを使用すると、速度は元の10倍に達する可能性があります。 単一または2つの長いパルスまたは複数のパルスにかかわらず、同じ穴あけ品質を得ることができます。 さらに、ファイバーレーザーは、常に複数のパルスを使用するのではなく、穿孔中および穿孔後のパルス周期を調整することもできます。これは、身体への損傷を回避するのに有益です。
チャープファイバーレーザーの特徴は、フラットトップモードで出力できることです。一方、Nd：YAGレーザーはほぼガウスモードです。 したがって、フラットトップモードのおかげで、前者のエネルギー全体が蒸発しきい値を超え、後者のかなりの部分がしきい値を下回ります。 研究では、同じ条件下で同じ穴あけ効果を達成するために、ファイバーレーザーは必要なエネルギーが少ないことが示されています。 その理由は、方形波+フラットトップモードです。 ファイバーレーザーの穴あけの効率が高く、熱による損傷が少ないのは、まさにこの特性のためです。 熱損傷が少ないと、コーティングの剥離と再成形の両方が改善されます。
Nd：YAGレーザーが注目を集めている理由の1つは、独自のビーム発散特性です。 スポットサイズは、電力の増減に応じて変更できます。 焦点が再焦点合わせされる限り、必要な開口を実現できます。 一部のNd：YAGレーザーは内部焦点望遠鏡を統合してビームの発散角を変更しますが、この調整にはオペレーターの高度な専門性、時間がかかり、正しいパラメーターが必要であるため、多くの人は楽観的ではありませんこの方法。 この時点で、ファイバーレーザーは正反対です。 その焦点形状は完全に円形であるため、出力が増減しても変化せず、スケーラブルな望遠鏡がシステムに配置されている場合、飛行掘削中に焦点のサイズを直接変更することができます。 範囲は通常3〜1です。
ファイバーレーザーの柔軟性は、Nd：YAGレーザーの柔軟性をはるかに上回っています。 これは主に、前者の高応答ダイオードが飛行掘削中にパルス周期と電力レベルを変更できるためです。これにより、オペレータは異なる電力レベルとパルス周期を使用して希望のパルスシーケンスを作成できます。 たとえば、低電力の短いパルスから始め、特定の穴あけ要件に基づいて順番に電力とパルスを増やします。 ファイバーレーザーは、スポットサイズとパルス周期（10μsまで）を調整しながら、kW範囲で高いピークパワーを提供できるため、1台のマシンで十分です。
スリーブ技術を使用すると、ファイバーレーザーの処理速度は、ランプ励起Nd：YAGパルスレーザーの10倍に達する可能性があります。 それだけでなく、飛行中の掘削時に高速切断を実現するために、ファイバーレーザーを最大2kWの連続出力に変換することもできます。 一部の燃焼器設計では、この数をさらに強化できます。 要約すると、パルスファイバーレーザーは、より厚いプレートの切断や高速穴あけ用途に最適です。
