Создание современных промышленных лазеров и лазерных систем на парах меди для прецизионной микрообработки материалов

• Автор: Лябин, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 417 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор развития импульсных ЛПМ и ЛСПМ и их

возможности для микрообработки материалов

1Л. Обзор развития импульсных ЛПМ и ЛСПМ

1.1.1. Открытие, первые отечественные исследования и разработки ЛПМ

1.1.2. Развитие ЛПМ и ЛСПМ в зарубежных странах

1.1.3. Развитие ЛПМ в ФГУП «НПП «Исток»

1.2. Возможности импульсных ЛПМ и ЛСПМ для микрообработки материалов

1.2.1. Состояние современного лазерного технологического оборудования для обработки материалов и место в нем импульсного ЛПМ
1.2.2. Анализ возможностей импульсного ЛПМ для микрообработки металлических
и неметаллических материалов
1.2.3. Технологическая установка МР200Х фирмы «Oxford Lasers» для микрообработки
1.2.4. Основные результаты первых отечественных исследований по микрообработке на ЛСПМ «Карелия», технологических установках ЭМ-5029 и ЭЛТУ
«Каравелла»
Выводы и результаты по главе
ГЛАВА 2. Разработка и исследование нового поколения
высокоэффективных и долговечных промышленных отпаянных АЭ импульсного ЛПМ мощностью излучения 1-100 Вт и оптических систем по формированию излучения дифракционного качества со стабильными параметрами
2.1. Разработка и исследование нового поколения высокоэффективных и долговечных промышленных отпаянных АЭ импульсного ЛПМ средней мощностью излучения 1-100 Вт со стабильными параметрами

2.1.1. Анализ базовой и первых саморазогревных конструкций АЭ импульсного ЛПМ
и выбор направлений развития нового поколения промышленных отпаянных АЭ
2.1.2. Внешний вид, габаритные размеры и масса нового поколения промышленных отпаянных АЭ импульсного ЛПМ серии «Кулон» мощностью излучения
20 Вт и «Кристалл» мощностью 30-100 Вт
2.1.3. Конструкция, технология изготовления и тренировки и основные параметры нового поколения промышленных отпаянных саморазогревных АЭ ЛПМ серии «Кулон» мощностью 1-20 Вт и серии «Кристалл» мощностью 30-100 Вт
2.2. Исследование и разработка высокоселективных оптических систем по формированию в ЛПМ и ЛСПМ однопучкового излучения дифракционного качества и со стабильными
параметрами
2.2.1. Отличительные свойства и особенности формирования излучения в импульсном ЛПМ
2.2.2. Экспериментальные установки и методики исследований
2.2.3. Структура и характеристики излучения ЛПМ в однозеркальном режиме. Условия формирования однопучкового излучения с высоким качеством
2.2.4. Структура и характеристики излучения ЛПМ в режиме с HP с двумя выпуклыми зеркалами. Условия формирования однопучкового излучения с дифракционной расходимостью и стабильными параметрами
2.2.5. Структура и характеристики излучения ЛПМ в режиме с телескопическим HP. Условия формирования и выделения пучка излучения с дифракционной расходимостью
2.3. Исследования по повышению мощности в ЛСПМ и свойств активной среды ЛПМ
2.3.1. Исследование условий формирования в ЛСПМ типа ЗГ-УМ мощного однопучкового излучения с дифракционной расходимостью
2.3.2. Исследование свойств АС импульсного ЛПМ с применением ЛСПМ
Выводы и результаты по главе
ГЛАВА 3. Разработка промышленных технологических ЛПМ и

ЛСПМ на базе нового поколения отпаянных АЭ и новых оптических систем
3.1. Первое поколение промышленных ЛПМ
3.1.1. Промышленный ЛПМ «Криостат»
3.1.2. Первый мощный промышленный ЛПМ «Курс»
3.2. Новое поколение промышленных ЛПМ серии «Кулон»
3.2.1. Промышленные ЛПМ «Кулон-01», ЛПЗ «Кулон 02», ЛПМЗ «Кулон 03» и ЛПМ «Кулон 04»
3.2.2. Промышленные ЛПМ «Кулон 05» и «Кулон 06» с высокоскоростной импульсной модуляцией
3.3. Двухканальная ЛСПМ «Карелия» с высоким качеством излучения
3.4. Двухканальная ламповая ЛСПМ «Кулон-15»
3.5. Трехканальная ЛСПМ «Карелия-М»
3.6. Мощные ЛСПМ
Выводы и результаты по главе
ГЛАВА 4. Создание современного технологического оборудования типа АЛТУ «Каравелла» для прецизионной микрообработки материалов ПЭТ
4.1. Требования к импульсному ЛПМ и ЛСПМ для применения в современном технологическом оборудовании
4.2. Промышленные АЛТУ «Каравелла-1» и «Каравелла-1М» на
базе ЛСПМ
4.2.1. Состав, конструкция и принцип действия
4.2.2. Принцип построения и структура СДУ
4.2.3. Основные технические параметры и характеристики

сти выходного пучка излучения в лазере поддерживается в автоматическом режиме. На базе ЛСПМ с двухканальным транзисторным ИП в ФГУП «НПП «Исток» разработаны и эксплуатируются АЛТУ двух моделей: «Каравелла-1» и «Каравелла- 1М» для прецизионной микрообработки металлических и неметаллических материалов толщиной до 0,5 и 1 мм изделий электронной техники.
НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ». НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (г. Зеленоград, Москва) имеет более чем 20 летний опыт работы на рынке и является сегодня общепризнанным лидером среди российских производителей лазерного технологического оборудования. Под научно-техническим руководством Л.Г. Сапрыкина в этом центре разрабатываются и выпускаются современные технологические системы для прецизионной обработки, маркировки и гравировки, резки и раскроя, сварки, подгонки резисторов и т. д., которые успешно работают на предприятиях электронной, атомной, авиационной, космической, приборостроительной, оборонных и других отраслях промышленности. В последнее время освоены в серийном производстве комплексы, разработанные на новейших твердотельных и волоконных лазерах с диодной накачкой и мощностью излучения сотни и тысячи ватт и кинематических системах на линейных двигателях, для производительной и качественной прецизионной обработки различных материалов толщиной 1-10 мм.
К настоящему моменту в НПЦ на базе импульсного ЛПМ с наносекундной длительностью «Ки1оп-10Си-М» с модуляцией излучения (см. п. 1.2.8) разработана технологическая установка модели МЛ 1-2 для прецизионной микрообработки фольговых и тонких материалов. Рекомендуется при необходимости формирования пятна обработки размером 5-15 мкм и достижения минимальной зоны термического воздействия
Исследования в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана. В МГТУ им. Н.Э. Баумана, практически от момента появления первых отечественных лазеров, проведен и проводится большой объем теоретических и экспериментальных исследований физических процессов по взаимодействию лазерного излучения с различными материалами и определению областей технологическихприменений для различных типов лазеров [25, 184-190]. На кафедре «Лазерное оборудование» под научно-техническим руководством А.Г. Григорьянца., с использованием газоразрядных СОг (Я = 10,6 мкм), твердотельных ЫсТУАв (Я = 1,064 мкм) и волоконных иттербиевых (УЬ, Д = 1,06-1,07 мкм) лазеров и ЛПМ (Д = 0,51 и -0,58 мкм) отработанны следующие технологические процессы: поверхностная закалка сплавов, получение поверхностных покрытий, лазерная сварка металлов, разделение конструкционных материалов, размерная обработка, технологии в микроэлектронике, пайка металлов с керамикой, методы быстрого прототипирования, и др. [25].