17,784 matches
-
m s-1). Lungimea de undă este legată de frecvență, v, prin formula v= c / λ. Anumite materiale cristaline și lichide interacționează cu lumina într-o manieră care conduce la generarea unei frecvențe noi, multiplu a celei fundamentale. Prin urmare, radiația luminoasă cu o anumită lungime de undă poate fi transformată într-o alta cu frecvență diferită. Multiplicarea frecvenței are loc în cadrul materialelor care sunt caracterizate de un răspuns neliniar la un câmp electric. Diametrul unui fascicul focalizat este direct proporțional
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
procesării de la distanțe mai mari și în locații distincte, în mod secvențial, în timp ce distanța focală mare îmbunătățește toleranțele aferente poziției planului focal în timpul prelucrării. Luminozitatea reprezintă măsura intensității luminii într-un anumit punct. Intensitatea, obținută prin focalizarea unui fascicul de radiație luminoasă, este direct proporțională cu luminozitatea. Un aspect important este că focalizarea majorează intensitatea unui fascicul, dar nu și luminozitatea acestuia. Lumina este compusă din unde electromagnetice ce oscilează în planuri perpendiculare. Polarizarea luminii caracterizează relația dintre planul de oscilație
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
1.7. Laserii aferenți prelucrării materialelor, clasificați funcție de mediul activ (în paranteze sunt laseri alocați grupului mai reprezentativ) [24, 25] Pentru fiecare tip de mediu activ, tipurile de laser sunt prezentate întrun format ce surprinde funcționarea mecanismelor de generare a radiației luminoase (tranziții electronice în atomi, tranziții vibraționale în molecule 23 etc.). Ordonarea finală capătă formă în funcție de popularitatea aferentă prelucrării materialelor (de sus în jos). Fig. 1.8 propune o metodă alternativă de prezentare a laserilor de prelucrare a materialelor, sub
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
în principiu materialelor plastice pigmentate special, respectiv oțelurilor înalt aliate sau alamelor. Metoda este utilă în cazul în care suprafața trebuie să rămână plană. Modificări cromatice Pigmenții coloranți conținuți de anumiți polimeri speciali pot fi modificați prin intermediul unei reacții fotochimice. Radiația cu lungime de undă suficient de redusă, precum cea emisă de un laser excimer, disociază moleculele, determinând o schimbare a culorii și deci un marcaj permanent - Fig. 1.10. Fig. 1.10. Marcarea prin modificarea cromaticii [32] Gravarea Gravarea implică
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de înalt și temperatura suprafeței depășește pragul de topire, va fi vaporizată aproape întreaga arie a materialului asupra căreia a fost focalizat fasciculul (Fig. 1.11). Eficiența procesului de vaporizare depinde de capacitatea de absorbție a lungimii de undă aferentă radiației laser [33]. Materialele organice și anumite sticle prezintă o capacitate de absorbție bună a lungimii de undă de 10,6 µm, adesea de 100%. Metalele absorb eficient lungimea de undă de 1,06 µm, dar o parte din energia laser
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
absorb eficient lungimea de undă de 1,06 µm, dar o parte din energia laser va fi reflectată - fapt potențial periculos. Fig. 1.11. Marcarea prin eliminare de material [32] În cazul gravării prin topire anumite materiale sunt topite prin intermediul radiației infraroșii, de exemplu metalele, compușii epoxidici sau sticlele. În cazul metalelor, contrastul marcajelor se obține prin oxidare sau înglobare de impurități în topitură. În cazul materialelor plastice, materialul se topește, formând bavuri. În funcție de tipul de material, pot apărea diferite culori
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
YAG, respectiv excimer. Sticlele și materialele plastice transparente nu sunt compatibile marcării cu laseri Nd:YAG. Excimerii, pe de altă parte, pot marca nu foarte adânc aproape orice tip de material. Metalele și aliajele au proprietăți bune de reflexie a radiației luminoase îndepărtată-infraroșie a laserului CO2, variantele Nd:YAG respectiv excimer fiind, prin urmare, surse potrivite pentru marcarea materialelor metalice [32]. Mecanismul de marcare este bazat pe ablație sau colorare, rezultată prin depunerea compușilor metalici din gazul de procesare. În mod
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
fi aplicată pe suprafață o acoperire, topită de către fasciculul laser, ce determină o marcare permanentă; materialul depus în exces este îndepărtat prin spălare. Aluminiul poate fi eloxat și colorat, putând fi obținute marcaje prin ablația acestui strat (care absoarbe eficient radiația infraroșie) pentru a ajunge la substrat. Mulți polimeri, în special polietilena și polipropilena, absorb modest radiația infraroșie a laserilor CO2 și Nd:YAG. Capacitatea de absorbție poate fi îmbunătățită prin amestecarea cu pigmenți, în cantități de aproximativ 0,1 % din
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
depus în exces este îndepărtat prin spălare. Aluminiul poate fi eloxat și colorat, putând fi obținute marcaje prin ablația acestui strat (care absoarbe eficient radiația infraroșie) pentru a ajunge la substrat. Mulți polimeri, în special polietilena și polipropilena, absorb modest radiația infraroșie a laserilor CO2 și Nd:YAG. Capacitatea de absorbție poate fi îmbunătățită prin amestecarea cu pigmenți, în cantități de aproximativ 0,1 % din volum. Pigmenți precum oxizii metalici sau mica, în particule de 2 - 3 µm diametru, îmbunătățesc capacitatea
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
laserului CO2 este potrivită gravării de caractere, prin ablarea sau microfisurarea substratului. Pentru marcaje de înaltă precizie poate fi utilizat un laser excimer, care generează microfisuri pe suprafață, fără a influența termic materialul din zonele adiacente. Materialele ceramice absorb facil radiația luminoasă cu diverse lungimi de undă, putând fi folosiți prin urmare o varietate de laseri pentru marcarea termică. Cu toate acestea, luând în considerare natura fragilă a ceramicilor, apar limitări în ceea ce privește mecanismele de marcare ce pot fi utilizate [37]. Microplăcile
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
Un fascicul CO2 poate fi livrat printr-o mască, implicând manipularea acestuia și crearea unei matrici de puncte. Elementele optice sunt relativ costisitoare, din cauza lungimii de undă îndepărtat infraroșie a fasciculului. Marcajele sunt produse prin reacții termochimice (topire sau vaporizare). Radiația îndepărtat infraroșie este compatibilă în mod particular materialelor organice, precum hârtia sau produsele lemnoase, materialelor plastice și ceramice, putând îndepărta straturi subțiri de vopsea sau cerneală de pe un substrat. Suprafețele metalice pot fi marcate folosind acoperiri absorbante, în timp ce în cazul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mai mici în cazul Nd:YAG, marcajul poate beneficia de o detaliere mai fină. Fasciculul este livrat prin intermediul unui sistem optic de scanare. Marcarea cu laser Nd:YAG este compatibilă acelorași tipuri de materiale enumerate în cazul metodei CO2, dar radiația luminoasă este absorbită mai puternic de către metale. Emisiile cu frecvență dublată la 532 nm sunt potrivite pentru marcajele prin reacții fotochimice, precum albirea. Radiația laser excimer este bine absorbită de către polimeri și sticle, datorită lungimii sale de undă reduse. Emisia
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cu laser Nd:YAG este compatibilă acelorași tipuri de materiale enumerate în cazul metodei CO2, dar radiația luminoasă este absorbită mai puternic de către metale. Emisiile cu frecvență dublată la 532 nm sunt potrivite pentru marcajele prin reacții fotochimice, precum albirea. Radiația laser excimer este bine absorbită de către polimeri și sticle, datorită lungimii sale de undă reduse. Emisia este pulsatorie, cu energii în intervalul 150 - 400 mJ, marcarea fiind în general realizată folosind măști. Laserii excimeri cu lungime de undă mai mare
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
Tabelul 1.1 conține câteva aplicații industriale, iar în Fig. 1.22 redă un exemplu de stație de marcat. Gama de aplicații ale marcării directe cu laser este extrem de consistentă, însă, în proiectarea proceselor industriale, trebuie luată în calcul influența radiației laser asupra materialului pe care se execută marcarea. În cazul metalelor, marcarea laser poate altera caracteristicile suprafeței prelucrate și, prin urmare, poate determina modificări ale rezistenței la coroziune [31]. Această situație este de interes crucial în cazul biomaterialelor, pentru identificarea
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cea a timpilor de relaxare, ipoteza existenței stării de echilibru nemai fiind valabilă, fiind astfel necesare acțiuni la nivel microscopic pentru realizarea transferului de energie, prin intermediul mecanicii cuantice. O caracteristică importantă a laserilor femtosecundă este reprezentată de intensitatea ridicată a radiației, ce are capacitatea de a crea plasme dense. Pe de altă parte, prin depășirea timpilor de difuzie termică, radiația femtolaser poate fi utilizată, în principiu, pentru o microprelucrare cu deteriorări termice minime ale zonelor adiacente. Au fost dezvoltate diferite metode
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
microscopic pentru realizarea transferului de energie, prin intermediul mecanicii cuantice. O caracteristică importantă a laserilor femtosecundă este reprezentată de intensitatea ridicată a radiației, ce are capacitatea de a crea plasme dense. Pe de altă parte, prin depășirea timpilor de difuzie termică, radiația femtolaser poate fi utilizată, în principiu, pentru o microprelucrare cu deteriorări termice minime ale zonelor adiacente. Au fost dezvoltate diferite metode de generare a fasciculelor cu pulsuri ultrascurte. Spectrul unui fascicul laser este invers proporțional cu durata pulsului său. Prin
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
orice alte efecte secundare, voi studia pulsurile 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ideale în cazul procesării de înaltă precizie a materialelor [41]. Pentru controlul modificărilor rezultante ale topografiei Țintei este esențială o cunoaștere aprofundată a interacțiunii dintre laserii cu pulsuri ultrascurte și material. Utilizarea pulsurilor ultrascurte, cu intensități corespunzător de ridicate ale radiației, reduce gradul de difuzie a căldurii în probă, facilitând expulzarea instantanee de material. Acest lucru face posibilă realizarea de prelucrări cu un grad ridicat de calitate (aspect), fără resturi (picături, așchii) și deteriorări ale zonelor adiacente. Prin urmare, procesul de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a energiei cinetice. Comparativ cu energia consumată prin încălzire clasică printr-o baie globală de fononi sau prin impact cu ioni, cu influențarea directă a mișcării nucleului printr-un transfer de impuls/moment, consumul aferent pulsurilor laser este radical diferit: radiația incidentă „se adresează” exclusiv electronilor din sistem, în timp ce întreaga mișcare a nucleului reprezintă doar un proces secundar (chiar și cuplarea directă la o vibrație este, de fapt, obținută prin sistemul electronic, fiind relaționată de nuclee doar prin cuplaje electron-fonon) [44
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
secundar (chiar și cuplarea directă la o vibrație este, de fapt, obținută prin sistemul electronic, fiind relaționată de nuclee 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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: radiația laser interacționează exclusiv cu o Țintă aproape pasivă. Toate modificările semnificative ale Țintei (de exemplu modificări tranzitorii în structura de benzi, eliminarea de particule) au loc doar după pulsul laser și, astfel, nu ar trebui să influențeze proprietățile de absorbție
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
dintre pulsurile laser „lungi“ (nanosecundă), respectiv cele ultrascurte (femtosecundă) și materialele în stare solidă sunt ilustrate în Fig. 1.29. Pulsurile lungi aplicate cu intensități suficiente (I >1010 Wcm-2) conduc la formarea plasmei induse laser, ceea ce reduce semnificativ cantitatea de radiație, ce contribuie la interacțiunea cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi și ultrascurte cu solidele. Radiația laser se poate propaga în plasmă doar dacă numărul aferent densității electronice ne este mai mic decât valoarea critică nc [39] Pentru acest regim de timp, energia de puls este absorbită într-un strat superficial subțire, a cărui grosime corespunde
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a energiei pulsului către zonele adiacente, ceea ce reprezintă motivul gradelor de ablație mai ridicate per 52 puls, comparativ cu mecanismele de ablație asociate pulsurilor lungi. O parte din energia pulsurilor este emisă, datorită efectului Bremsstrahlung, peste un spectru larg de radiații X puternice (în intervalul keV - MeV). Ablația metalelor cu laseri femtosecundă este caracterizată de supraîncălzirea rapidă a electronilor aflați în zona adâncimii de penetrare optică. Datorită capacității termice reduse a electronilor comparativ cu matricea, aceștia sunt încălziți rapid peste nivelul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a laserilor cu emisii pulsate ultrascurte, în regim de femtosecundă (1 fs = 10 -15 s), a reprezentat cheia către o serie extinsă de noi aplicații. Cercetările efectuate au condus la progrese semnificative și au conferit noi perspective asupra interacțiunii dintre radiația luminoasă și materie, pentru aproape orice tip de material. Acești laseri sunt continuu optimizați, având în vedere gama permanent extinsă de aplicații potențiale și necesități complexe. Prelucrarea cu laser a materialelor reprezintă una dintre cele mai promițătoare tehnologii abordabile prin
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]