Lazer ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN - PDF
Download "Lazer ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN"
1 Lazer ile şekil verme Prof. Dr. Akgün ALSARAN
2 Lazer Lazer (İngilizce LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak. Lazer fikrinin temelini 1917'de kuantum teorisiyle Einstein'ın oluşturduğu söylenir. 1958'de Amerikalı fizikçiler Arthur Leonard Schawlow ve Charles Hard Townes patent başvurularında lazerlerin ana çalışma prensiplerini belirlemişler ve patent almışlardır. Daha sonra Amerikalı fizikçi ve mühendis Gordon Gould fikri önce kendisinin bulduğunu ileri sürerek 1977'de hukuki yoldan patent hakkını almıştır yılında ABD'de Theodore H. Maiman tarafından keşfedilmiştir. Lazer, tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı paralel dalgalar halinde olan genliği yüksek güçlü bir ışık demetidir. İlk etapta tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı paralel dalgalar halinde genliği yüksek, güçlü bir ışık demeti olarak tanımlanır. Normal ışık, dalga boyları muhtelif, rengarenk, yani farklı faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Lazer ışığı, yüksek genlikli, aynı fazda, birbirine paralel, tek renkli, hemen hemen aynı frekanslı dalgalardan ibarettir.
3 Lazer Lazerin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişleri ile oluşan ışık fotonlarına dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E 2 ve E 3 olsun ve E 3 > E 2 farzedelim. Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E 3 seviyesindeki elektron kendiliğinden E 2 seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E 3 E 2 = hν olan bir foton salar. Burada ν fotonun frekansıdır. Eğer elektron bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E 3 düzeyinde ki foton E 3 E 2 enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E 2 düzeyine inerse bu şekilde salınan fotonun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve lazerin çalışmasının ana ilkesidir. Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E 3 düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama (population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E 3 ve E 2 arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E 3 düzeyinde kalma süreleri E 2 düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E 3 düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır. Güneş yüzeyinde 7-8kW/cm 2 Lazer kolonunda 10 kw/cm 2 Odaklanmış lazer kw/cm 2
4 CO 2 Lazer Mevcut lazer çeşitlerinin en güçlüsü olarak bilinen karbondioksit lazeri aynı zamanda nitrojen lazeri olarak da bilinmektedir. Bu lazerin çalışma prensibi He-Ne lazerinkine oldukça benzemektedir. Burada karbondioksit molekülleri lazer ışınının oluşmasını sağlarken nitrojen de karbondioksitin tersine birikmesini sağlamaktadır. Yani helyum atomlarının görevi karbondioksit atomlarının göreviyle, neon atomlarının görevi de nitrojen atomlarının göreviyle eşleşmektedir. Bu tip lazerlerde 10 kw değerinde enerjiler sürekli olarak sağlanabilmektedir. buna rağmen çok kısa şoklarda bile bu değerin kat kat üstünde değerlerle enerji üretilebilmektedir. Bu lazerlerin en büyük tehlikelerinden biri görünmez oluşudur. Bu lazer türünün ışınlarının elektromanyetik spektrumunun kızılötesi bölgesinde yer aldığından dolayı bunlar ısı ışınları diye de adlandırılırlar. Kullanım alanları; En çok otomotiv sanayinde, makine imalat sanayinde elektrik ve elektronik sanayinde, tıbbi ve gıda sektöründe kullanılan malzemelerin birleştirilmesinde v.b gibi alanlarda kullanılmaktadır.
5 Lazer kaynağı Lazer kaynağı günümüzde sanayide hızla gelişen bir uygulama olarak görülmektedir. Lazer, dünyada bir çok kullanım alanına sahip bir uygulamadır. Bu uygulamalar özellikle lazer makineleri uygulamaları,, sağlık uygulamaları ve araştırma geliştirme uygulamalarından ibarettir.bu buluşun dünyaya kazandırılmasıyla ileri teknoloji ürünlerinin varlığı önemli ölçüde insan hayatını kolaylaştırmıştır. Genellikle endüstriyel gaz ( karbondioksit) ve YAG lazerleri olarak yer almaktadır.
6 Lazer Lazer kaynağının bazı avantajları: Hızlı kaynak yapabilme Daha düşük ısı girdisi gerçekleştirmesi, Kaynak bölgesinde yüksek nüfuziyet sağlaması malzemelerde kaynak sırasında görülebilen çarpılmaların düşük ihtimalli olması Yapılan laboratuar testleri sonucu sertlik değerleri kopma, bükme ve çekme dayanım değerleri diğer kaynak uygulamaları ile kıyaslanamayacak kadar avantajlı olup malzemelerin öz değerlerine yakındır. Nokta ve dikiş kaynağında kullanılır, ergitme derinliği maksimum 2.5 mm dir. Bu avantajlar lazer ışınının yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasından kaynaklanan olumlu özelliklerden ileri gelmektedir. Hızlı kaynak yapabilme özelliği, lazer gücünün aynı zamanda CNC kontrollü otomasyonlar desteğiyle yapılabilinmesindendir. Lazer kaynağı uygulamasında herhangi bir dolgu malzemesine ihtiyaç duyulmaz. Lazer ışını doğrudan kaynak yapılacak malzemeye odaklanır. Lazer kaynağındaki yüksek güç yoğunluğu 106 W/cm2 da malzemeyle birbirinin etkilenmesini sağlamaktadır. Buna da ışın birleştirilmesi denilmektedir.
7 Lazer kaynağı
8 Lazer ile kesme Lazer ışınının elde edilmesi kolaylaştıktan sonra uygulama alanları da artış göstermiştir. Mühendislikte kullanımı kaynak, kesme ve delme işlemleri şeklindedir. Lazerle yapılan üretim hem otomasyonu sağlamakta hem de üretim hatasını azaltmaktadır. Lazerin çeşitli tezgahlarda uygulanmasıyla üretim 24 saat yapılabilmekte, seri üretim sağlanmasıyla maliyet de azalmaktadır. Özellikle lazerle yapılan kesme işlemleriyle birçok kalıp ve aparatdan tasarruf sağlanmıştır. Bununla birlikte birçok makina kullanılmamakta, insan faktöründen kaynaklanan hatalarda azaltılmıştır.
9 Lazer ile kesmenin avantajları Kalıpsız İmalat Malzemede sıfır deformasyon Parçada minumum pürüz ve çapaksız kesim Prototip çalışmalarda düşük maliyet ve çalışma kolaylığı Talaşlı üretime göre daha ekonomik Malzemeye temas etmediğinden malzemede ezilme ve çarpılma oluşmaz
10 Lazerin avantajları genel- 1. İş ile ışın mekanik bir dokundurma oluşturmadığından yükten oluşacak mekanik deformasyonlar olmaz. 2. Isıdan etkilenmiş bölge minimumdur. 3. Tüm malzemelerde işlem yapılabilir. 4. Operasyon denetimi basit 5. Çok küçük çaplı delik delebilme 6. Zararlı yansımalar yok 7. İşlem uzaktan yapılabilir. 8. Saydam tüm ortamlardan zarar vermeden geçer. 9. Otomasyona uygun 10. Keskin köşe elde edilebilir (tüm alışılmamış yöntemlerden daha iyi).
11 Lazer kısıtlama genel- 1. Düşük verim (enerji) 2. Pahalı tezgah ( $) 3. Programlama bilgisi, kalifiye eleman 4. Kesme, delme derinliği kısıtlı 5. Lazer parlak yüzeylerden yansır 6. Küçük deliklerde çap tolerans denetimi zordur. 7. Kör delik açılamaz.