Prelucrarea cu Laser

Unul dintre cele mai moderne procedee de prelucrare utilizate in domenii precum constructia de masini, electronica, mecanica fina, aeronautica etc. este cel bazat pe ,,Amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiatii" - adica pe fenomenul cunoscut sub numele de LASER (,,Light Amplification by Stimuiation Emision Radiation").

Dezvoltarea prelucrarilor cu laser a fost precedata de o serie de importante descoperiri stiintifice. in anul 1906, ca urmare a cercetarilor lui Lee de Forest, se produc si se amplifica vmratii electromapwtice la frecvente radio si. o dala cu aceasta, se dezvolta radiocomunicatiile. in 1917, Albert Einstein arc preocupari in domeniul emisiei stimulate, studiind un model aiomic presupus a dispune doar de doua sitari energetice. in 1938 a aparut un nou tip de oscilator ,,Klystronul", in care actiunea se desfasoara intr-o cavitate acordata si in care undele radioelecirks pot rezona ca undele sonore in tub; fasciculul de electroni este proiectat prin cavitatie. Din interactiunea cu undele electromagnetice generate, fasciculul se largeste, apare posibilitatea de amplificare a frecventei, pana in domeniul apropiat hiperfrecventelor. Aceste tipuri de oscilatori aveau ca neajuns reducerea cavitatii rezonante, o data cu cresterea frecventei. Totusi, utilizarea hiperfrecventelor, mai intai pentru radar, apoi pentru comunicatii in general, a condus ta realizarea unor noi cavitati rezonante, de amplificare a fotonilor.

Iesirea din impas a venit insa numai dupa intelegerea faptului ca sistemul electronilor orbitali constituie un mijloc de stocare a energiei -intr-un mod particular- iar stimularea degajarii ei permite amplificari in-domeniul frecventelor inalte. Astfel, in anii 1950-1951 se dezvolta pe scara larga teoria folosirii emisiei stimulate pentru amplificarea microundelor, urmand ca in 1954 sa fie realizat primul dispozitiv amplificator cuantic - de fapt, un maser anoaiac - de catre Charles Townes, de la Universitatea din Cohi (SUA). In 1958, A. Schawlow si Ch. Townes propun extinderea principiului maserului in domeniul undelor optice, pentru ca, in anul 3 960, Theodore Maiman sa realizeze-primul LASER cu rubin ( 0,6943 ), in Laboratoarele de cercetari Hughes Anxraft Co. (SUA). demonstrand, astfel afirmatia tai Einstem ca ,,Lumina poate fi coerenta'". Primul laser cu gaz (heliu-neon) este rezultatul cercetarilor efectuate in laboratoarele ,,Bel Telephone" (SUA), in anul 1 %0, pentru ca numai doi ani mai tarziu. in anul 1962, fizicianul roman loah Agirbiceanu, sa realizeze primul laser romanesc eu heliu-neon, cu o lungime de unda a radiatie l,15 .

Dupa 4962 stmt constituite si alte tipuri de laseri: cei molecular cu bioxid de carbon, cel cu semiconductori, cel cu mediu activ lichid etc.

Prelucrarea cu laser, cunoscuta in limbile de circulatie internationala sub denumiri ca ,,Laser Beam Machinmg" - LBM (engleza), pUsinage par laser (franceza), ,,Lazernaia obrabotka (rusa),Bearbeitungsverfahren mit Laser" (germana), cunoaste o arie din ce in ce mai mare de raspandire, cauzata de utilizarea tot mai intensa in industrie a materialelor dure si extradare(carburi metalice, diamante, safire, rubine etc), precum si de cresterea complexitatii constructive a diverselor repere. Prin acest procedeu, se pot confectiona filiere de extrudare, lagare ale aparatelor de masura si control, microcomponents electronice etc. din materiale cum sunt bimetalele, sticla, cuartei, etc. suprafetele astfel obtinute au o rezistenta mare la uzura, frecare, coroziune ele.

Prin utilizarea laserului se pot obtine operatii de gaurire, taiere,sudare, tratamente termice etc. dar cu un cost ridicat, fapt ce impune o analiza tehnico-economica judicioasa atunci cand se prescrie realizarea unor asemenea prelucrari.

Definire. Fenomene fizice.

Prelucrarea cu laser se bazeaza pe actiunea eroziva a unui fascicul de radiatii laser de mare energie, puternic focalizat pe suprafata semifabricatului cu ajutorai unui sistem de lentile si oglinzi optice. Fasciculele laser sunt radiatii

electromagnetice monocrome si coerente, din domeniul optic (lungimi de unda

cuprinse, orientativ, intre 0,1 si 20 ), caracterizate prin directionabilitate si

stralucire (radianta) extraordirara. '

Fenomenele care conduc la emisia stimulata a luminii se bazeaza pe teoria mecanica cuantice, elaborata de M.Pkrik si sunt intim legate de tranzitiile atomilor de pe un nivel energetic pe altul, dat fiind faptul ca energia unui atom nu poate toa decat un set discontinuu de valori E0 ,E1, E2.......,En in principiu, fasciculul laser se obtine prin aducerea unei substante. denumite mediu activ, amplasate in interiorul unei asa zise incinte optice sau rezonator optic, prin pompaj de energie, intr-o stare energetica superioara. La revenirea pe nivelul initial, in anumite conditii, este posibila emiterea unui fascicul de radiatii luminoase sau infrarosii, dispunand de caracteristici speciale. in masura in care fasciculul de fotoni obtinut in acest fel are o intensitate suficient de mare,-In impactul sau cu suprafata nereflectanta a unui semifabricat se

Fig. 7. 1. Reprezentarea schematica a prelucrarii cu fascicul laser: 1-mediu activ; 2- oglinda cu reflexie totala; 3- oglinda partial transparenta; 4- oglinda; 5- lentila; 6- front de vaporizare: 7- front de incalzire; 8 - front de topire; 9 - lichid expulzat: 10 - flux de energie absorbita; 11 -jet de vapori; 12 - coloana de plasma