Лазерный луч в роли сверла

Конечно, термин «ла­зерное сверление» не нужно понимать буквально. Лазерный луч не сверлит отверстие — он его пробивает, вызы­вая интенсивное испарение материала. Лазерный импульс несёт в себе огромный запас энергии (рубиновый лазер при кратковременном импульсе может достичь мощности в несколько миллиардов ватт). При попадании подобного луча на поверхность материала он вызывает мгновенное разогревание этой поверхности вплоть до испарения даже очень тугоплавкого материала.

Например, для полу­чения очень тонкой проволоки из меди, бронзы или вольф­рама используется технология протягивания металла сквозь отверстие соответствующего диаметра. Такие отверстия высверливают в материалах, обладающих особо высокой твердостью — ведь в процессе протяги­вания проволоки диаметр отверстия должен сохра­няться неизменным.

Наиболее тверд, как известно, алмаз. Поэтому лучше всего протягивать тонкую про­волоку сквозь отверстие в алмазе — сквозь так называе­мые алмазные фильеры. Лишь с помощью алмазных фильер удается получать сверхтонкую проволоку, имеющую диаметр всего 10 мкм. Но как просверлить тонкое отверстие в таком сверхтвердом материале, как алмаз?

Рисунок 3. Отверстие в алмазной фильере. Проволока, протягиваемая через фильеру, имеет диаметр d.

Механически это сделать очень трудно — для механического сверления одного отверстия в алмазной фильере требуется до десяти часов. Однако с помощью нескольких мощных лазерных импульсов пробить это отверстие совсем нетрудно.

Лазерная резка

Лазерным лучом можно резать решительно все: ткань, бумагу, дерево, фанеру, резину, пластмассу, керамику, стекло, листы металла. При этом можно получать аккуратные разрезы по сложным профилям. При резке возгорающихся материалов место разреза обдувают струей инертного газа. В результате получается гладкий, необожженный край среза. Для резки обычно используют непрерывно генерирующие лазеры. Нужная мощность излучения зависит от материала и толщины заготовки.

Рисунок 4. Пример лазерной резки

Первый пример такого рода резки — ла­зерный раскрой тканей на ткацкой фабрике. Установка включает СО2-лазер мощностью 100 Вт, систему фоку­сировки и перемещения лазерного луча, ЭВМ, устрой­ство для натяжения и перемещения ткани. В процессе раскроя луч перемещается по поверхности ткани со скоростью 1 м/с. Диаметр сфокусированного светово­го пятна равен 0,2 мм. Перемещениями луча и самой ткани управляет ЭВМ. Установка позволяет, напри­мер, в течение часа раскроить материал для 50 костю­мов. Раскрой выполняется не только быстро, но и весьма точно. При этом края разреза оказываются гладкими и упрочненными.

Рисунок 5. Лазерный раскрой тканей

Второй пример — автомати­зированное разрезание листов алюминия, стали, тита­на в авиационной промышленности. Так, СО2-лазер мощностью 3 кВт разрезает лист титана толщиной 5 мм со скоростью 5 см/с.

Рисунок 6. Лазерная резка металла

Также, одним из видов лазерного разделения предметов является термораскалывание. Этот вид лазерной резки применяется для изготовления различных стеклянных изделий. Лазерное термораскалывание характеризуется неоднородностью нагрева стекла с помощью лазерного луча, охлаждаемого струёй инертного газа. Это приводит к появлению трещины, управлять которой можно, перемещая источник нагрева по поверхности стекла.