लेज़र बीम मशीन का क्या मतलब है, विवरण के साथ कार्य करना और उसका विवरण स्पष्टीकरण l लेज़र के प्रकार l LBM का सिद्धांत l पैरामीटर्स को नियंत्रित करना l LBM के अनुप्रयोग l पम्पिंग प्रक्रिया l लेज़र कटिंग पैरामीटर l

30/01/202330/01/2023 पर Rathod Sunil द्वारा प्रकाशित

परिचय

उन्नत इंजीनियरिंग सामग्री, कठोर डिजाइन आवश्यकताओं, जटिल आकार और वर्कपीस के असामान्य आकार का उद्भव पारंपरिक मशीनिंग विधियों के उपयोग को प्रतिबंधित करता है। इसलिए, उन्नत मशीनिंग प्रक्रियाओं (एएमपी) के रूप में जानी जाने वाली कुछ गैर-पारंपरिक मशीनिंग विधियों को विकसित करने का एहसास हुआ। आजकल बहुत से एएमपी उद्योग में इस्तमाल हो रहे हैं जैसे; इलेक्ट्रो डिस्चार्ज मशीनिंग, बीम मशीनिंग प्रक्रियाएं लेजर बीम मशीनिंग (LBM), इलेक्ट्रॉन बीम मशीनिंग, आयन बीम मशीनिंग और प्लाज्मा बीम मशीनिंग), इलेक्ट्रोकेमिकल मशीनिंग, रासायनिक मशीनिंग प्रक्रियाएं रासायनिक रिक्तीकरण, फोटोकैमिकल मशीनिंग, अल्ट्रासोनिक मशीनिंग (USM), और जेट मशीनिंग प्रक्रियाएं ( अपघर्षक जेट मशीनिंग, जल जेट मशीनिंग, अपघर्षक जल जेट मशीनिंग), लेकिन वर्कपीस सामग्री, आकृतियों आदि के संबंध में इन प्रक्रियाओं की अपनी सीमाएं हैं। एलबीएम उन एएमपी में से एक है, जिसका उपयोग व्यावसायिक सामग्रियों की लगभग पूरी श्रृंखला को आकार देने के लिए किया जाता है।

लेजर के प्रकार

1. गैस लेजर

गैस लेसरों में आम तौर पर विभिन्न प्रकार की विशेषताएं होती हैं। कई गैसों का उपयोग करने वाले गैस लेज़रों का निर्माण और उपयोग कई उद्देश्यों के लिए किया गया है। वे लेजर के सबसे पुराने प्रकारों में से एक हैं। उदाहरण के लिए हीलियम- नियॉन (HeNe) लेज़र कम लागत के कारण शिक्षा में आम है। उद्योग में अक्सर काटने और वेल्डिंग के लिए कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों का उपयोग किया जाता है। धातु आयन लेज़र गैस लेज़र होते हैं जो गहरी पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य उत्पन्न करते हैं। अन्य उदाहरण आर्गन-आयन, हीलियम-सिल्वर (HeAg), नियॉन-कॉपर (NeCu), लेज़र आदि हैं।

2. ठोस लेजर

एक ठोस-अवस्था वाला लेज़र वह होता है जिसमें प्रकाश उत्सर्जित करने वाले परमाणु एक क्रिस्टल या कांच की सामग्री के भीतर स्थिर होते हैं। उदाहरण के लिए, (ए) रूबी रॉड क्रोमियम परमाणुओं को रूबी के एल्यूमीनियम ऑक्साइड क्रिस्टल में एम्बेडेड करती है)। (बी) येट्रियम ऑर्थोवनाडेट (एनडी: वाईवीओ4), येट्रियम लिथियम फ्लोराइड (एनडी: वाईएलएफ) और येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट अनुप्रस्थ वर्कपीस और टेबल पर आवश्यकता के अनुसार स्थानांतरित किया जा सकता है।

एलबीएम का सिद्धांत

लेजर बीम मशीनिंग (LBM) के दौरान सामग्री को हटाने के तंत्र में विभिन्न चरण शामिल होते हैं जैसे कि पिघलने का वाष्पीकरण और रासायनिक क्षरण रासायनिक बंधन टूट जाते हैं जो सामग्री को नीचा दिखाने का कारण बनते हैं। जब एक उच्च ऊर्जा घनत्व लेजर ब्रीम को काम की सतह पर केंद्रित किया जाता है तो थर्मल ऊर्जा अवशोषित होती है जो काम की मात्रा को पिघला हुआ, वाष्पीकृत या रासायनिक रूप से परिवर्तित अवस्था में बदल देती है जिसे आसानी से उच्च दबाव सहायता गैस जेट के प्रवाह से हटाया जा सकता है जो परिवर्तित हो जाता है सामग्री और इसे मशीनिंग क्षेत्र से बाहर निकाल देता है। लेजर बीम मशीनिंग (LBM) का आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है। लेजर बीम मशीनिंग (LBM) थर्मल प्रक्रिया है।

मापदंडों को नियंत्रित करना

• फोकल लम्बाई वर्कपीस को मशीनिंग के लिए लेंस के करीब रखा जाना चाहिए। यदि फोकल लम्बाई कम है, तो सीधे छिद्र उत्पन्न होंगे। यदि फोकल लम्बाई अधिक है, टेपर छेद का उत्पादन किया जाएगा।
• पावर घनत्व: बीम का पावर घनत्व निर्धारित करता है कि बीम काटने या वेल्डिंग का कार्य करेगा या नहीं। मशीनिंग ऑपरेशन के लिए, बिजली घनत्व अधिक होना चाहिए यानी लगभग 1.5 × 107 W/cm2।
• फोकल लम्बाई: यह लेजर बीम और वर्कपीस के बीच की दूरी है। यदि लेजर काम के टुकड़े के बहुत करीब है, तो बीम का विचलन धातु की कटाई में छोटी फोकल लंबाई के लिए होता है।
• मशीनी सामग्री या चुंबकीय सामग्री के गुण लेजर बीम मशीनिंग से प्रभावित नहीं होते हैं।
• लेजर बीम मशीनिंग (LBM) हवा, गैस और वैक्यूम और यहां तक कि तरल के माध्यम से काटने में सक्षम है।
• इस प्रक्रिया में कोई गड़गड़ाहट या चिप्स का उत्पादन नहीं होता है।
• टुकड़े को झुकाकर कोणीय ड्रिलिंग या कटिंग प्राप्त की जा सकती है।
• वर्कपीस पर यांत्रिक बल नहीं लगाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाजुक वर्कपीस की चिकनी मशीनिंग होती है।

लेजर बीम मशीनिंग के लाभ

• टूल और वर्कपीस के बीच कोई सीधा संपर्क नहीं है क्योंकि किसी भौतिक उपकरण की आवश्यकता नहीं है।
• उपकरण की अनुपस्थिति उपकरण पहनने की समस्या नहीं देती है।
• लेजर बीम मशीनिंग (LBM) का उपयोग करके व्यास के अनुपात में बड़ी गहराई वाले सूक्ष्म छिद्रों को ड्रिल किया जा सकता है।
• मशीनी सामग्री या चुंबकीय सामग्री के गुण लेजर बीम मशीनिंग से प्रभावित नहीं होते हैं।
• लेजर बीम मशीनिंग (LBM) हवा, गैस और वैक्यूम और यहां तक कि तरल के माध्यम से भी कटौती करने में सक्षम है।
• इस प्रक्रिया में कोई गड़गड़ाहट या चिप्स का उत्पादन नहीं होता है।
• काम के टुकड़े को झुकाकर कोणीय ड्रिलिंग या कटिंग प्राप्त की जा सकती है।
• वर्कपीस पर यांत्रिक बल नहीं लगाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाजुक वर्कपीस की चिकनी मशीनिंग होती है।
• किसी भी धातु या गैर-धातु को टंगस्टन, चीनी मिट्टी की चीज़ें, ज़िंक्रोमियम इत्यादि की तरह मशीनीकृत किया जा सकता है।

एलबीएम के आवेदन

• लेजर वेल्डिंग यह लगभग 2.5 मिमी या उससे कम मोटी शीट धातु या स्टॉक टुकड़ों में शामिल होने के लिए उपयोगी है। कई धातुओं और मिश्र धातुओं को लेजर द्वारा कम कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम और मिश्र धातु, सिलिकॉन कांस्य आदि जैसे वेल्ड किया जा सकता है। लेजर वेल्डिंग का एक और फायदा वेल्डिंग के बाद पीसने की कोई आवश्यकता नहीं है।
• लेजर कटिंग: एक लेजर बीम का उपयोग धातु, प्लास्टिक, चीनी मिट्टी की चीज़ें, कपड़ा, कपड़ा और यहाँ तक कि कांच काटने में भी किया जा सकता है। यह तेज चिंता और स्लॉट्स के साथ जटिल आकृतियों को काटने के लिए भी उपयोग कर सकता है। यह स्टील, टाइटेनियम, निकल, कुछ दुर्दम्य सामग्री और प्लास्टिक को काटने के लिए उपयोगी है, लेकिन एल्यूमीनियम और तांबे की कटाई विशेष रूप से समस्याग्रस्त रही है।
• लेज़र ड्रिलिंग इसमें उथली गहराई के छोटे और बहुत छोटे छेद करने की क्षमता होती है। अधिकांश लेजर बीम मशीनिंग विमान टर्बाइन उद्योग में ईंधन फिल्टर, कार्बोरेटर नोजल, हाइपोडर्मिक सुई, जेट इंजन ब्लेड कूलिंग होल आदि में छोटे छिद्रों की ड्रिलिंग के लिए उपयोगी होती है, एयर ब्लीड आदि के लिए छेद बनाने के लिए लेजर ड्रिलिंग का उपयोग किया जाता है।

लेजर बीम मशीनिंग के नुकसान

• पूंजी और परिचालन लागत बहुत अधिक है।
• सामग्री हटाने की दर बहुत कम है।
• यह चिंतनशील और अत्यधिक प्रवाहकीय सामग्री जैसे एल्यूमीनियम, तांबा और यह मिश्र धातु नहीं काट सकता है।
• चैनलिंग और संचालन प्रक्रिया के लिए कुशल ऑपरेटर की आवश्यकता होती है।
• लेजर की आउटपुट ऊर्जा को ठीक से नियंत्रित करना मुश्किल है।
• सुरक्षित और परेशानी मुक्त प्रदर्शन के लिए सुरक्षा प्रक्रियाओं का सख्ती से पालन किया जाना चाहिए।
• मशीनी छिद्रों में प्रवेश से निकास तक टेपर हो सकता है।
• फ्लैश लैंप का जीवनकाल सीमित होता है।

डिजाइन दिशानिर्देश

• लेजर कार्बन स्टील या स्टेनलेस स्टील्स जैसी सामग्रियों पर सबसे अच्छा काम करता है।
• एल्युमिनियम और तांबे की मिश्रधातु जैसी धातुएं प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के साथ-साथ अवशोषित करने और गर्मी का संचालन करने की उनकी क्षमता के कारण काटना अधिक कठिन होता है।
• इसके लिए अधिक शक्तिशाली लेज़रों की आवश्यकता होती है।
• एलबीएम थोक सामग्री हटाने की प्रक्रिया नहीं है।
• यह कंटूर कटिंग, स्लीटिंग और ड्रिलिंग छोटे व्यास के गहरे छेद के लिए सबसे उपयुक्त है।
• लंबाई से व्यास का अनुपात 50:1 तक संभव है।
• ब्लाइंड या स्टेप्ड फीचर्स बनाने के लिए विशेष तरीके हैं, लेकिन वे कम सटीक हैं।
• नुकीले कोने संभव हैं, लेकिन डिजाइन में त्रिज्या प्रदान की जानी चाहिए।
• बहुत पतले हिस्सों में कुछ विकृति हो सकती है।
• अधिकतम वर्कपीस मोटाई:
• हल्का स्टील: 25 मिमी,
• स्टेनलेस स्टील: 13 मिमी
• एल्यूमीनियम: 10 मिमी।
• स्थानीय थर्मल तनाव और गर्मी प्रभावित क्षेत्र परिणाम।

पम्पिंग प्रक्रिया

• आम तौर पर, परमाणुओं या अणु की संख्या आम तौर पर, परमाणुओं या अणु की संख्या एक उच्च ऊर्जा स्तर N2 जनसंख्या के लिए बढ़ी हुई उच्च ऊर्जा स्तर N2 जनसंख्या उच्च ऊर्जा स्तर के परमाणुओं की संख्या उच्च ऊर्जा स्तर परमाणुओं से कम होती है) निम्न ऊर्जा स्तर की जनसंख्या N1 से कम। निम्न ऊर्जा स्तर की जनसंख्या N1।
• लेज़र क्रिया के लिए, लेज़र क्रिया के लिए परमाणुओं की जनसंख्या, उच्च ऊर्जा अवस्था में परमाणुओं की जनसंख्या बढ़ाई जानी चाहिए। उच्च ऊर्जा राज्य को बढ़ाया जाना चाहिए। उच्च ऊर्जा स्तर की जनसंख्या बढ़ाने की प्रक्रिया यानी ऊर्जा स्तर बनाने यानी N2 >> N1 बनाने की प्रक्रिया को जनसंख्या व्युत्क्रमण जनसंख्या व्युत्क्रमण कहा जाता है।
• जनसंख्या व्युत्क्रम प्राप्त करने की विधि जनसंख्या व्युत्क्रम प्राप्त करने की विधि को पम्पिंग पम्पिंग कहा जाता है।

उपकरण

• किसी भी लेज़र के तीन महत्वपूर्ण तत्व किसी भी लेज़र उपकरण के तीन महत्वपूर्ण तत्व होते हैंl
• परमाणुओं का लेजर माध्यम संग्रह, परमाणुओं, अणुओं, या आयनों के अणुओं, या आयनों का लेजर माध्यम संग्रह।
• पम्पिंग ऊर्जा स्रोत – पम्पिंग ऊर्जा स्रोत के लिए आवश्यक – इन परमाणुओं को उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्तेजित करने के lलिए आवश्यक इन परमाणुओं को उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्तेजित करनाl
• ऑप्टिकल फीडबैक सिस्टम ऑप्टिकल फीडबैक सिस्टमl

लेजर उत्पादन के लिए आवश्यक शर्तें

• कई, यदि सभी नहीं, तो कई सामग्रियों को सही परिस्थितियों में उत्तेजित उत्सर्जन से गुजरने के लिए बनाया जा सकता है
• हालाँकि, एक कार्यशील लेज़र के निर्माण के लिए दो शर्तों की आवश्यकता होती है, हालाँकि एक कार्यशील लेज़र के निर्माण के लिए दो शर्तों को पूरा करने की आवश्यकता होती है:
• ऊर्जा स्रोत जो प्रारंभिक उत्तेजना प्रदान करता है वह ऊर्जा स्रोत होना चाहिए जो प्रारंभिक उत्तेजना प्रदान करता है यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होना चाहिए कि बहुसंख्यक परमाणु यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हों कि सामग्री में अधिकांश परमाणुओं या अणुओं को आलसी बनाया जाए। आलसी होने वाली सामग्री में उनके उच्च या अणु उनके उच्च ऊर्जा स्तर ऊर्जा स्तर पर होते हैं।

लेजर कटिंग पैरामीटर्स

लेजर काटने की प्रक्रिया में कई पैरामीटर शामिल होते हैं, जिन्हें आम तौर पर दो मुख्य श्रेणियों-बीम पैरामीटर और प्रक्रिया पैरामीटर में विभाजित किया जा सकता है।

1. बीम पैरामीटर्स

ये वे पैरामीटर हैं जो लेजर बीम के गुणों की विशेषता बताते हैं जिसमें तरंग दैर्ध्य, शक्ति, तीव्रता और स्पॉट आकार शामिल हैं, तरंग और स्पंदित शक्ति, बीम ध्रुवीकरण, बीम के प्रकार, बीम की बीम मोड की विशेषताएं शामिल हैं।

A.वेवलेंथ

तरंग दैर्ध्य ऊर्जा युग्मन में शामिल भौतिक तंत्रों के संबंध में उत्तेजित उत्सर्जन की प्रक्रिया में संक्रमण पर निर्भर करता है और प्रक्रिया दक्षता, स्थिरता और गुणवत्ता तरंग दैर्ध्य सबसे निर्णायक भूमिका निभाता है। सामग्री की सतह अवशोषण पर इसका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

2. प्रक्रिया पैरामीटर्स

ये ऐसे पैरामीटर हैं जो लेजर बीम की विशेषता बताते हैं जिसमें लेजर बीम, फोकल स्थिति और दोहरे फोकस लेंस, प्रक्रिया गैस और दबाव, नोजल व्यास, स्टैंड-ऑफ दूरी और संरेखण, और काटने की गति पर ध्यान केंद्रित करना शामिल है।

A.लेजर बीम का ध्यान केंद्रित करना

लेंस की फोकल लंबाई फोकल लेंस की स्थिति से फोकल स्पॉट की दूरी के बारे में होती है। फाइबर लेजर सिस्टम में लेजर बीम फाइबर ऑप्टिक्स द्वारा दिया जाता है और डायवर्जेंट लेजर बीम बनाने के लिए एक कोलिमेटर का उपयोग करता है। उसके बाद, यह फ़ोकसिंग लेंस या दर्पण के पास आता है और यह काम के टुकड़े पर समानांतर लेजर बीम को केंद्रित करता है। काटने की प्रक्रिया के लिए उच्च तीव्रता की शक्ति का उत्पादन करने के लिए स्पॉट आकार की आवश्यकता होती है। लेंस की फोकल लंबाई का फोकल स्पॉट के आकार और स्पॉट में बीम की तीव्रता पर बड़ा प्रभाव पड़ता है।

B.फोकल पोजीशन

इष्टतम काटने के परिणाम प्राप्त करने के लिए फोकल प्वाइंट की स्थिति नियंत्रित होनी चाहिए। इसके दो कारण हैं पहला कारण यह है कि ध्यान केंद्रित करने वाली लेजर बीम द्वारा प्राप्त छोटे स्थान का आकार फोकस की कम गहराई में होता है, इसलिए फोकल बिंदु को वर्कपीस की सतह के संबंध में सटीक रूप से स्थित होना चाहिए, अन्य में अंतर है सामग्री और मोटाई में परिवर्तन के लिए फोकस बिंदु स्थिति की आवश्यकता हो सकती है।

सारांश

लेजर काटने की प्रक्रिया में लेजर कट की गुणवत्ता सबसे महत्वपूर्ण कारक है। सभी कटिंग पैरामीटर का कार्य की परिणामी गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है। सामान्य तौर पर, काटने के मापदंडों को समायोजित किया जाता है और वांछित कटौती की गुणवत्ता प्रदान करने के लिए ट्यून किया जाता है। लेकिन इसमें बहुत अधिक समय और प्रयास लगता है। इसलिए, कटौती की गुणवत्ता पर काटने के मापदंडों के प्रभाव की जांच करना महत्वपूर्ण है। इस अध्ययन का उद्देश्य CO2 लेज़र कटिंग पैरामीटरों अर्थात् लेज़र पावर, कटिंग गति को लेज़र स्कैनिंग गति से संबंधित करना है।

निष्कर्ष

लेजर बीम मशीनिंग व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अपरंपरागत मशीनिंग विधि में से एक है जो बहुत कम सहनशीलता के साथ जटिल और सटीक आकार बनाने में सक्षम है। मुख्य फोकस लेजर ड्रिलिंग, लेजर कटिंग और लेजर-प्रेरित झुकने से संबंधित है। इस लेजर बीम मशीनिंग (LBM) के निष्पादन के लिए पेशेवर विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है और परिचालन लागत काफी महंगी होती है। समय के साथ लेजर बीम मशीनिंग (LBM) में बहुत सुधार हुआ है और यह सहायक प्रक्रियाओं के साथ-साथ अनुकूलन तकनीक है, जिसने लेजर बीम मशीनिंग (LBM) में कुछ नए शोध क्षेत्र बनाए हैं। मॉडलिंग तकनीकों के विकास ने लेज़र बीम मशीनिंग (LBM) में नए शोध क्षेत्र बनाए हैं और लेज़र बीम मशीनिंग (LBM) प्रक्रिया के प्रदर्शन में सुधार किया है।