Редкое современное высокотехнологичное производство обходится без использования лазеров. Их применяют в науке, медицине, пилотажно-навигационных системах. Широкое распространение лазеры получили и в строительстве, где их используют для резки сырья. Такая технология дает высокую скорость и точность, при этом оставляет меньше отходов по сравнению с другими способами обработками вещества. Сфокусированный лазерный луч концентрирует энергию и разрезает практически любой материал, не оказывая на него механическое воздействие, что приводит к минимальным деформациям материала.
Лазерная резка сочетает в себе высокую производительность и аккуратность среза. Профессор Уильям Стин в книге “Лазерная обработка материалов” называет изобретение новой технологии началом нового этапа промышленной революции. В нашей статье мы рассмотрим историю возникновения столь инновационной технологии.
История появление лазеров
Первый лазер был сконструирован в 1960 году американским физиком Теодором Майманом. Своим изобретением он обязан теоретическим работам Альберта Эйнштейна. В 1917 году гениальный ученый предложил квантовую теорию излучения. Это открытие стало отправной точкой для последующих исследований в области оптики и квантовой механики. Эйнштейн разработал концепцию Вынужденного излучения, которая служит отправной точкой для всей лазерной технологии. Согласно ей, вынужденное излучение возникает при переходе электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний под влиянием электромагнитного поля. Именно это излучение является физической основой работы лазеров.
Следующим важным шагом в истории создания лазера стало открытие Максом Планком элементарной порции энергии – кванта. За свое открытие немецкий физик был удостоен Нобелевской премии в 1918 году. На основе теоретических работ Планка и Эйнштейна профессор колумбийского университета Чарльз Таунс представляет миру первый работающий мазер (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения»).
Гордон Гулд в 1959 году вводит термин лазер и предоставляет чертежи в патентное бюро. Само слово лазер (как и мазер) является аббревиатурой, которая переводится с английского как “Усиление света посредством вынужденного излучения”. Мазеры были важным изобретением своего времени и помогли совершить некоторые научные открытия, но были мало применимы в повседневной жизни. Для следующего шага требовался переход от усиления микроволн к усилению света, то есть от мазера к лазеру.
И вот в 1960 году Теодор Майман создает первый работающий лазер. В качестве активной среды в нем использовался синтетический рубин сантиметром в диаметре и около двух в длину, излучающий луч красного цвета. Новой технологии быстро нашлось практическое применение: уже в 1962 году с ее помощью сваривали швы наручных часов, делали маркировку на различных поверхностях. В дальнейшем были разработаны новые способы получения луча и новые области использования лазерной обработки.
Возникновение и развитие технологии лазерной резки
В 1965-м году впервые на практике применили аппарат лазерной резки. Технология была использована для сверления отверстий в алмазном материале. Японский концерн Amada первым представил коммерчески доступный лазерный станок для резки металла.
С начала 70-х годов новую технологию стали принимать при обработке титана в аэрокосмической промышленности. К началу 1980-х в мире было установлено примерно 20 000 станков для лазерной резки. В это время появляются устройства с числовым программным управлением (ЧПУ) с повышенной точностью и автоматизированности резки.
С конца 1980-х годов появились волоконные лазеры, которые сменили популярные на тот момент СО2-станки. Газовые (СО2) лазеры в качестве активного вещества используют газ. Среду накачивают высоковольтными электрическими разрядами, в результате чего электроны ударяются об атомы газа, переводя их на следующие энергетические уровни.
Волоконные (оптоволоконные) лазеры сейчас являются самым популярным вариантом на рынке. Простота технологии производства и эксплуатации позволила удешевить технологию и сильнее автоматизировать ее. Активной средой здесь служит кристалл иттербия. Именно оптоволоконный станок используется на нашем производстве, что обеспечивает высокую точность резки и исключает возможность брака.
На сегодняшний день приборы становятся все более компактными, при этом растут производительные мощности. Были созданы лазерные станки с оптическими системами с автоматической фокусировкой, что дало новый импульс развитию технологии.
В настоящее время лазерные станки применяются во многих отраслях промышленности, включая автомобильное производство, аэрокосмическую промышленность, электронику, медицинское оборудование, и даже в производстве текстиля. Эта технология позволяет улучшить качество продукции, сократить производственные издержки и увеличить производительность.
