25.02.2009
Лазерная микрообработка: Эффективные и надежные решения для производства
Лазерная микрообработка: Эффективные и надежные решения для производства
(опубликовано в журнале "Металообработка и станкостроение" за февраль 2009 г. www.metstank.ru)
В течение многих лет лазерные процессы обработки материалов использовались преимущественно в тех областях, где традиционные методы не удовлетворяли требованиям по точности и гибкости. При этом, доля микрообработки на лазерном рынке всегда уступала макроприменениям. Повышение требований к надежности и качеству высокотехнологичной продукции, многократное увеличение быстродействия и информационной пропускной способности, интеллектуализация и минитюаризация приборов при повышении управляемости и гибкости всех систем привели к лавинообразному росту значения микротехнологий для производства.
Лазерные методы микрообработки, применяются практически во всех наукоемких отраслях производства как для создания новых видов технологического оборудования, так и для непосредственного массового и серийного производства новых видов продукции:
- в электронике – это лазерная обработка новых и традиционных материалов, создание 3-D структур, переход на субмикронные технологические нормы, разработка интеллектуальных систем датчиков и приборов на основе микроэлектромеханических (MEMs) технологий, использующих тонкопленочные технологии, создание сверхлегких гибких компонент, мембраны и панели, т.д. Лазерные технологии активно применяются и в производстве бытовой электроники.
- в средствах связи и телекоммуникации – переход на мультиплексированные (WDM и DWDM) волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) и создание абсолютно нового класса оптических коммуникационных приборов кроссирования (MEMs и DMS-технологии), производстве и средств связи.
- В машиностроении, самолетостроениие и автомобильной промышленности – новые технологии лазерной резки, микросварки и лазерной формовки, создание новых технологических процессов для микроструктурирования поверхностей, применение лазеров для сверления технологических микроотверстий в агрегатах, инжекторах, форсунках и фильтрах из особо прочных и керамических материалов, лазерной сверление вентиляционых охлаждающих каналов в турбинных лопатках авиационных двигателей и многое другое.
- В энергетике – технологии производства солнечных элементов нового поколения.
Ведущие производители оборудования лазерной микрообработки.
В определенный момент развития технологий стало ясно, что для решения значительной новых задач технических возможностей традиционных лазерных машин оказывается недостаточно, так как пределы качественного улучшения основных характеристик машин принципиально ограничены физическими возможностями элементной базы на основе которой созданы эти системы.
Встал вопрос о создании комплексов с лазерами нового поколения, освоение прецизионных кинематических систем (координатных столов и приводов, сканирующих систем, систем слежения).
Сегодня среди мировых производителей оборудования можно выделить 4 основные группы:
1. Компании, разработчики лазеров, создают системы на своих собственных лазерах, «достраивая» их при помощи покупных модулей (например, роботов, манипуляторов, и т.д). К этой группе следует отнести Coherent, InnoLas, Thales Laser, Lasag, ряд компаний созданных российскими специалистами за рубежом, прежде всего LIMO и IPG Photonics.
2. Ведущие станкостроительные фирмы, производящие металлообрабатывающее оборудование, устанавливают на свои координатные системы покупные лазеры (яркий пример – DMG).
3. Компании-интеграторы, идущие «от конечной задачи» заказчика и разрабатывающие конкретные технологии. В последнее время наметилась тенденция, в соответствии с которой крупные компании интеграторы оказываются более экономически эффективными, чем производители комплектующих, что ведет к поглощению последних первыми и созданию концернов. Есть, однако, и другие примеры, когда производители отдельных блоков (как правило, лазеров или кинематических систем) «достраивают» корпорацию создавая или приобретая компании-интеграторы. Примеры: LPKF, GSI, Rofin Sinar, Jenoptik, NewPort.
4. Развитие осуществляются на основе технологических центров – или центров при научных и университетских или производственных центрах, так называемых Job-shops. Однако в этом случае оборудование изготавливается в единичных экземплярах для себя.
До недавнего времени для целей микрообработки в России производились в основном только системы с твердотельными лазерами с ламповой накачкой или с газовыми (СО2) лазерами. Точности позиционирования координатных систем составляли 20-50мкм. Наиболее «продвинутыми» моделями этого класса являются лазерные машины производства НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ». В своем классе уровень этих машин соответствует мировому. Однако используемая в элементная база (лазеры с ламповой накачкой, кинематические системы предыдущего поколения и т.д.) ограничивает технико-экономические показатели на определенном уровне. В 2007-2008 гг. ЗАО НИИ ЭСТО в начало разработку новых комплексов серии МЛП с новой элементной базой (волоконные лазеры, лазеры с диодной накачкой, кинематические системы с линейными двигателями, микрооптика, асферическая оптика и т.д.). На сегодняшний день ряд станков серии МЛП уже успешно работает у конечных потребителей.
Для лазерных комплексов микрообработки, как и для других лазерных систем, характерно соединение точного машиностроения с самой современной лазерной и управляющей техникой. В современном лазерном технологическом комплексе используются достижения многих направлений высокотехнологичного производства и в то же время развитие лазерных технологий обработки во многом определяет развитие практически всех отраслей промышленности. Поэтому степень развития и лазерных технологий обработки в любой стране однозначно отражают мощь, статус и технологическое положение страны на мировом рынке, а также позволяют максимально эффективно справляться с трудностями предприятий, обусловленными рецессией и даже совершенствовать собственные возможности и конкурентоспособность в период спада.