LABORATORIUM LASEROWYCH TECHNOLOGII METALI
Temat: Obrabiarka laserowa. Przepisy BHP.
03.03.1997 r.	ZEMBALSKI MARCIN	gr. 21 M

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z budową obrabiarki laserowej oraz z przepisami BHP obowiązującymi w czasie pracy z obrabiarką laserową.

Teoria.

Laser jest generatorem spójnego promieniowania elektromagnetycznego(światła) w wyniku emisji wymuszonej. Z punktu widzenia termodynamiki czynnik laserowo czynny (mieszanina gazów, ciało stałe) jest w stanie inwersji obsadzeń poziomów energetycznych z którego następnie przechodzi do stanu podstawowego (równowagowego). Aby nastąpiło przejście lawinowe należy czynnik laserowo czynny umieścić w rezonatorze optycznym (pomiędzy zwierciadłami z których jedno jest zbliżone do doskonałego, a drugie przepuszcza wiązkę częściowo) gdzie wielokrotne odbicie promieniowania od zwierciadeł powoduje iż przechodzi ono przez czynnik laserowo czynny wymuszając coraz większą emisję (wzmocnienie). Proces ten trwa aż do wyczerpania stanów inwersyjnych w czynniku lub do zrównoważenia strat i energii wyprowadzanej przez doprowadzoną z zewnątrz energię pompowania czyli energię pobudzenia stanu inwersyjnego (laser jest w tym przypadku przetwornikiem energii). Dzięki temu że laser jest przetwornikiem energii znalazł on szerokie zastosowanie w obróbce materiałów.

Główne typy laserów.

Typ LASER-a	Czynnik	Pobudzanie	Moc / sprawność
CO2	CO2+N2+He (1:2:7) (10^16 molekuł CO2/cm^3)	wyładowanie jarzące prądu między elektrodami	do 80kW / 10% i więcej
Nd:YAG	Itr-Aluminium-Granat+1%Nd (10^20 jonów/cm^3)	światło ksenonowych lamp wyładowczych	umiarkowana / 1%
Ekscymerowy	He,N2+1-10%(Ar,Kr,Xe)+ +0.2%(F,Cl,Br)	wyładowanie wysokonapięcio- we, łukowe, promienie X	2J przy 20kHz / 1%

Obrabiarka laserowa.

Głównymi podzespołami obrabiarki laserowej są:

• układ generowania wiązki (laser)

• układy prowadzenia wiązki (światłowody)

• układy formowania wiązki (lustra i soczewki optyki laserowej)

• manipulatory do przedmiotów obrabianych (stół roboczy)

• układy pomiarowo - kontrolne

• układy regulacji automatycznej (nadążny przesuw głowicy względem przedmiotu)

• układy zabezpieczające

• układy sprawdzenia i zapewnienia jakości

• głowica doprowadzająca wiązkę i potrzebny gaz

• układ chłodzenia

Schemat obrabiarki laserowej

1 - LASER; 2 - światłowody; 3 - soczewki i zwierciadła optyki laserowej; 4 - głowica; 5 - stół roboczy; 6 - układ sterowania;

Laboratorium LTM Politechniki Świętokrzyskiej posiada 2 lasery:

TRUMPF 6000 T:

- długość fali - 10.6 nm

- moc maksymalna - 6000 W

- zakres pracy - 300 - 6000 W

- dokładność uzyskania mocy - ± 2 %

- głębokość pracy - do 22 mm

- odchylenie wiązki - <1.5 mrad

- zasilanie - TEM₀₁*

- częstotliwość - 100 Hz - 100 kHz

- czas impulsu - 10 μs - CW

TŁU -1000:

- szybkość pracy - 0.1 - 4 m/min

- częstotliwość - 0.5 - 12.5 1/min

- odchylenie wiązki - ± 0.003 rad

- dokładność pozycjonowania - 0.1 mm/m

- zasilanie:

- napięcie 380 V ( -5% - +10% )

- częstotliwość 50 Hz ± 1Hz

Za pomocą lasera możemy dokonywać takich obróbek jak:

• cięcie

• spawanie

• hartowanie powierzchniowe

• LTKM i specjalne techniki laserowe:

- gięcie („na laser” i „od lasera”)

- powlekanie proszkiem metalicznym

- spiekanie proszków

- szybkie prototypowanie

Przepisy BHP w pracowni laserowej

Normy polskie wyróżniają 4 klasy szkodliwości promienia laserowego: 1, 2, 3A i 3B oraz 4:

Lasery klasy 1 i 2 można wykorzystywać w pokazach, projekcjach i widowiskach w nienadzorowanych obszarach.

Lasery 2 i 3A można używać także bez nadzoru jednakże należy stosować zabezpieczenia przed ciągłym patrzeniem bezpośrednio na wiązkę laserową. Maksymalny dopuszczalny czas patrzenia t = 0.25s.

Lasery klasy 3B i 4 należy używać pod ścisłą kontrolą uprawnionych do tego osób. Mogą powodować urazy zarówno od wiązki padającej bezpośrednio jak i od promieniowania wiązki po odbiciach (zwierciadlanych lub rozpraszających). Dlatego też należy wykorzystywać środki ochrony osobistej wraz z osłonami ochronnymi pochłaniającymi promieniowanie laserowe.

Najbardziej narażonymi na działanie promieniowania laserowego częściami ciała człowieka są: skóra i oczy. Szkodliwość promieniowania laserowego na organizm ludzki zależy w głównej mierze od długości fali i tak:

• dla oczu:

- λ = ( 400 - 1400) nm - powoduje uszkodzenie siatkówki oka

- 1400 < λ <400 nm - powoduje uszkodzenie soczwki lub rogówki oka

• dla skóry:

- w zakresie widzialnym λ = ( 400 - 700 ) nm i podczerwonym zakresie widzialnym λ = ( 700 - 1060 ) nm powoduje powstawanie od łagodnej rumieni do dotkliwych poparzeń.

---