685 matches
-
și performanța lor. Micro-impactul este realizat de un stylus (ac imprimator) monobloc din carbură de wolfram sau tungsten, ce vibrează cu o mișcare sus-jos pe parcursul întregului proces de marcare (~50 de impacturi/secundă), în cadrul unui dispozitiv tip cap de marcare. Excitarea miezului conținut de acesta este obținută cu ajutorul unui electromagnet, arcul atașat stylusului realizând mișcarea de translație. Procedeele de marcare prin micropercuție alternativă se bazează pe mișcarea a mai mulți pini penetratori confecționați din oțeluri aliate speciale sau din carburi metalice
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
științific: spectroscopia (ex.: Raman), tehnici interferometrice, investigarea fenomenelor optice neliniare, holografia, detecția și determinarea distanței - geologie, seismologie, fizica atmosferică, astronomie, distanța lunară, prelucrarea materialelor (tăierea, sudarea, brazarea, îndoirea, marcarea, curățarea), armament, fotochimie (biochimie), răcire, fuziune nucleară, microscopie (cu scanare confocală, excitare bi foton, microdisecție); domeniul militar: Țintirea, măsurarea distanțelor, măsuri contraofensive, comunicații, arme cu energie direcționată; domeniul medical [11]: chirurgie cosmetică, oftalmologică, pentru Țesuturi moi, chirurgie generală, ginecologică, urologică și laparoscopică, terapie laser (fotobiomodulație), eliminarea tumorilor „fără atingere” (creier și șira
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
materialul prelucrat. Prezentul subcapitol se axează pe considerentele teoretice aferente laserilor utilizați în prelucrarea materialelor. Sunt explicate principiile generării radiației luminoase laser, pornind de la tranzițiile dintre nivelurile energetice în medii active gazoase, solide și lichide. Sunt descrise metodele practice de excitare ale acestor medii, pentru obținerea emisiei stimulate, alături de condițiile de amplificare a luminii, prin intermediul a diverse tipuri de rezonatori. Sunt comparate emisiile laser ale diferitelor combinații de medii active, metode de excitare și rezonatori. Aceste principii sunt apoi aplicate laserilor
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
solide și lichide. Sunt descrise metodele practice de excitare ale acestor medii, pentru obținerea emisiei stimulate, alături de condițiile de amplificare a luminii, prin intermediul a diverse tipuri de rezonatori. Sunt comparate emisiile laser ale diferitelor combinații de medii active, metode de excitare și rezonatori. Aceste principii sunt apoi aplicate laserilor comerciali de prelucrare a materialelor. Generarea radiației luminoase laser După ce Hertz a generat unde electromagnetice folosind o bobină de inducție de voltaj ridicat [8], s-a tras concluzia că radiația poate fi
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mecanicii cuantice declară că toate particulele dispun de stări energetice discrete, relaționate cu mișcările periodice diferite ale nucleului și electronilor constituenți [14]. Nivelul cel mai redus de energie reprezintă starea de bază, în timp ce restul stărilor sunt caracterizate drept stări de excitare. Când se iau în considerare moleculele din gaze, lichide și solide, nivelurile energetice nu mai sunt cele ale atomilor individuali. Interacțiunile cu atomii vecini conduc la modificări ale nivelurilor energetice. În cadrul materialelor condensate (lichide sau solide), atomii sunt grupați și
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
Inversiunea de populație Populațiile normale se formează în mod natural. Totuși, o distribuție poate fi perturbată artificial, astfel încât numărul de specii ce ocupă un nivel energetic superior să depășească pe cel de pe un nivel inferior. Această situație poate apărea la excitarea sau „pompajul” populației prin intermediul unei surse externe de energie. Este astfel creată o inversiune de populație - o premisă pentru generarea radiației luminoase laser. Există deci acum o forță prin care energia este eliberată din sistem. În cazul unui laser, această
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
eliberată sub formă de lumină. Trebuie subliniată diferența dintre crearea unei inversiuni de populație și efectul simplei creșteri a temperaturii sistemului; în al doilea caz fiind menținută distribuția Maxwell Boltzmann, neexistând astfel o forță de antrenare pentru eliberarea de energie. Excitarea Inversiunea de populație poate fi obținută folosind o varietate de surse de energie pentru excitarea speciilor. Metodele electrice, optice și chimice sunt cele mai întâlnite în cazul laserilor industriali. Speciile gazoase absorb radiația pe intervale discrete de lungimi de unda
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
efectul simplei creșteri a temperaturii sistemului; în al doilea caz fiind menținută distribuția Maxwell Boltzmann, neexistând astfel o forță de antrenare pentru eliberarea de energie. Excitarea Inversiunea de populație poate fi obținută folosind o varietate de surse de energie pentru excitarea speciilor. Metodele electrice, optice și chimice sunt cele mai întâlnite în cazul laserilor industriali. Speciile gazoase absorb radiația pe intervale discrete de lungimi de unda (linii) și, în consecință, excitarea electrică, ce produce energie într-un spectru larg, este cel
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
fi obținută folosind o varietate de surse de energie pentru excitarea speciilor. Metodele electrice, optice și chimice sunt cele mai întâlnite în cazul laserilor industriali. Speciile gazoase absorb radiația pe intervale discrete de lungimi de unda (linii) și, în consecință, excitarea electrică, ce produce energie într-un spectru larg, este cel mai des întâlnită în cadrul tehnologiei laserilor cu mediu activ gazos [15]. Solidele nu sunt ușor excitabile electric, dar pompajul optic este extrem de eficient în cazul laserilor ce utilizează un astfel
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
excitabile electric, dar pompajul optic este extrem de eficient în cazul laserilor ce utilizează un astfel de mediu activ. Metodele chimice, folosite în cazul laserilor chimici, sunt în general mai dificil de controlat, dar sunt eficiente din punctul de vedere al excitării pentru laserii excitați chimic [16]. Pentru a crea în mod eficient o inversiune de populație, este necesar ca speciile să dețină un număr mare de niveluri energetice superioare necesare absorbției, astfel încât energia să fie absorbită pentru un interval extins de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
al speciilor din starea de bază, absorbția tinzând spre zero. Din acest motiv, laserii industriali sunt cel mai adesea bazați pe sistemele cu trei si patru niveluri energetice. Pentru un sistem laser tri-nivel, precum cel ilustrat în Fig. 1.3, excitarea este obținută prin pompajul spre nivelul/nivelurile de absorbție E2. Dacă există un nivel energetic E3, amplasat la distanță mică sub E2, poate 17 avea loc o cădere non-radiativă rapidă către nivelul E3, cu pierderi energetice nesemnificative, E3 devenind astfel
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
va produce radiație luminoasă. Aportul pozitiv reprezintă a doua condiție de generare a radiației luminoase laser - prima condiție fiind inversare de populație. Puterea la ieșire Într-un bec, electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec aleatoriu către niveluri inferioare, independent unii de alții, emițând lumină printr-o grupare aleatorie de lungimi de undă (culori). Având în vedere că mulți electroni trec constant către diferite niveluri, este produsă o gamă de lungimi de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
în stare excitată pot trece în stări diferite de cea laser superioară, iar atomii din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt, reprezintă raportul dintre energia de amplificare și energia necesară pentru excitare. Având în vedere că fotonii laser dispun de mai puțină energie decât sursa excitării, valoarea randamentului termodinamic este mai mică decât 1. Poate fi, de asemenea, definit un randament tip priză, ηw = ηt ∙ ηf . 1.2.3. Laseri utilizați la
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt, reprezintă raportul dintre energia de amplificare și energia necesară pentru excitare. Având în vedere că fotonii laser dispun de mai puțină energie decât sursa excitării, valoarea randamentului termodinamic este mai mică decât 1. Poate fi, de asemenea, definit un randament tip priză, ηw = ηt ∙ ηf . 1.2.3. Laseri utilizați la prelucrarea materialelor Un laser necesită patru componente de bază pentru a funcționa: un mediu
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
tip priză, ηw = ηt ∙ ηf . 1.2.3. Laseri utilizați la prelucrarea materialelor Un laser necesită patru componente de bază pentru a funcționa: un mediu activ, în cadrul căruia radiația luminoasă poate fi amplificată prin emisia stimulată a radiației; sursa de excitare sau „pompaj”, destinată excitării mediului, pentru a susține inversiunea de populație; un mod de a furniza reacția/funcția optică - în cavitatea optică; un dispozitiv de ieșire pentru a face posibilă eliminarea din ansamblu a unor cantități utile de energie sub
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ηf . 1.2.3. Laseri utilizați la prelucrarea materialelor Un laser necesită patru componente de bază pentru a funcționa: un mediu activ, în cadrul căruia radiația luminoasă poate fi amplificată prin emisia stimulată a radiației; sursa de excitare sau „pompaj”, destinată excitării mediului, pentru a susține inversiunea de populație; un mod de a furniza reacția/funcția optică - în cavitatea optică; un dispozitiv de ieșire pentru a face posibilă eliminarea din ansamblu a unor cantități utile de energie sub formă de fascicul. În
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mediul activ, absorbția și împrăștierea aferente oglinzilor, difracția adiacentă perimetrului oglinzilor și absorbția în mediul activ de către niveluri de energie neimplicate în tranziția laser. Termenul rezonator [19, 20] este utilizat aici pentru denumirea combinației dintre cavitatea optică și dispozitivul de excitare, alături de structura care conține și menține integritatea sistemului optic. Rezonatorul include, de asemenea, elemente care sunt inserate în traseul optic, în vederea obținerii de caracteristici precum cele de capacitate de pulsare, controlul polarizării sau al modurilor. Radiația luminoasă este extrasă din
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
poziția într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a fasciculului. Modul temporal al luminii emise de un laser este determinat de numărul de niveluri de energie din mediul activ, de duratele lor de viață și respectiv de sursele de excitare. Laserele tri nivel, precum cele cu rubin și coloranți, produc în mod natural pulsuri de radiație luminoasă. Laserii pe bază de dioxid de carbon și Nd:YAG (sisteme cu patru niveluri) sunt capabili să producă o ieșire continuă, dar modul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de până la nivelul de femtosecunde (10-15s) sau chiar attosecunde (10-18s) [21]. Cea mai simplă formă de ieșire pulsată este obținută prin utilizarea unui sistem tip „poartă” sau a unui modulator de fascicul, concepte ce se bazează pe ajustarea puterii de excitare (puls normal) sau pe atenuarea externă a unui fascicul continuu. Pulsul este caracterizat de vârf sau de putere, de formă, durată și frecvența de repetiție. Având la bază aceste caracteristici, pot fi determinate: durata pulsului (inversa frecvenței de repetiție), energia
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
laser ultra scurte, de aproximativ 200 fs, de intensități comparabile reduse, sub nivelul de prag cunoscut și indicat al îndepărtării masive de material. S-a demonstrat că, în aceste condiții, cuplajul principal dintre radiația luminoasă și material are loc prin intermediul excitării multifotonice a electronilor către banda de conducție sau vid. Perturbarea rezultată a matricei Țintei conduce la emisia de particule pozitive, de la ioni până la clustere de dimensiuni mai mari, cu peste zece atomi. Odată cu majorarea numărului de pulsuri incidente, cuplajul radiație-material
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ioni până la clustere de dimensiuni mai mari, cu peste zece atomi. Odată cu majorarea numărului de pulsuri incidente, cuplajul radiație-material este facilitat de acumularea de defecte cristaline tranzitorii, rezultate prin eliminarea de material. Pe de altă parte, destabilizarea matricii, determinată de excitare si ablație, se relaxează prin formarea auto-organizată de nanostructuri regulate în zona iradiată [39]. Influența polarizării laser asupra ordinii structurale rămâne un aspect încă necercetat. 1.3.1. Interacțiunea laserilor ultra-rapizi cu materialele Laserii care pot produce pulsuri fotonice coerente
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
pulsurilor laser nanosecundă sau mai lungi, caz în care domină modurile standard ale proceselor termice, nu există schimb de căldură între puls și material pe parcursul interacțiunilor femtolasermaterial. În consecință, astfel de pulsuri pot induce modificări structurale atermice, realizate direct prin excitarea electronică și procesele neliniare asociate, înainte ca matricea materialului să se echilibreze cu purtătorii excitați. Această modalitate rapidă de modificare a materialului poate conduce la dispariția tensiunilor induse termic și la deteriorări colaterale minime la prelucrarea practic a oricărui material
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
doar prin cuplaje electron-fonon) [44]. Această situație permite stabilirea, în mod conceptual, a unui istoric de procese, ce încep cu absorbția radiației luminoase, trecând la eliminarea de particule și, în final, la relaxarea Țintei Scală temporală Răspuns material Observații Femtosecunde Excitare electronică Emisie de electroni Picosecunde Disiparea energiei/mișcarea nucleului Rupere legături Emisie de atomi/ioni Nanosecunde Relaxarea suprafeței/reorganizare Zonă cu plasmă Pornind de la aceste niveluri de timp, alegerea pulsurilor laser ultrascurte aproximativ 200 fs pentru studiul fundamental devine justificată
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
unor intense procese neliniare, cauzate de dependența de temperatură a absorbției sau conductivității termice electronice, complică și mai mult analiza acestor tehnologii. Interacțiunile laser-plasmă În cadrul interacțiunii laser - plasmă, intensitățile extrem de ridicate induc un număr mare de fenomene neliniare, printre care excitarea puternică a frontului de undă, auto-focalizarea, interacțiunile undă - undă, precum împrăștierea Raman stimulată [47]. Laserii pulsativi de mare putere, care determină undele de plasmă, sunt bazați pe CPA („chirped pulse amplification” amplificarea pulsurilor prin modulație de frecvență), o tehnică dezvoltată
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
pot fi operaționale. Aceste mecanisme implică întâlniri tranzitorii între ioni parțial ionizați, care pot fi înțelese utilizând funcții de unde electronice, în care se influențează cel puțin un nucleu Electronii legați prezintă un număr extrem de ridicat de posibile stări discrete de excitare și ionizare, acestea fiind echilibrate în principal de procese colizionale electronice și fotonice. O plasmă formată exclusiv din ioni și electroni poate prezenta un comportament de neechilibru în fiecare dintre subsistemele sale: electroni și ioni liberi, electroni legați și în
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]