Лазеры уже произвели революцию в ряде промышленных процессов, и лазеры будущего будут продолжать изменять способы производства товаров, а их способность резать материалы чрезвычайно точным образом будет продолжать приводить к инновациям во многих областях.

Работу трех немецких изобретателей, которые разработали лазер с ультракороткими импульсами для промышленного сектора, можно увидеть на Trumpf. Компания на юге Германии под Штутгартом производит промышленный инструмент. Лазерный луч, полученный здесь, может выгравировать всю карту мира на поверхности булавочной головки и настолько точен, что даже крошечный остров Сардиния может быть четко виден с помощью микроскопической линзы.

Точные отверстия создают эффективные автомобили

Лазер нарисовал мир на этой 2 миллиметровой игле

Немецкий промышленный гигант Bosch использует ту же технологию для производства инжекторов для автомобильных двигателей, и является единственным производителем в мире, который это делает. Под тем или иным именем почти каждый производитель автомобилей, будь то в Европе, Азии или США, использует инжекторы Bosch для той же цели.

«Речь идет о точном впрыске топлива в моторный отсек», - говорит Йенс Кениг, разработчик и физик, работающий в Bosch. «Это позволяет значительно сократить расход топлива на 20 процентов. При этом производители автомобилей создают небольшие и компактные двигатели, которые по-прежнему имеют большую мощность и низкий расход топлива».

Экономия топлива достигается за счет точных отверстий, которые позволяют распылять газ в моторном отсеке под высоким давлением, близким к 1000 бар. Система предназначена для чистого сжигания топлива и предотвращения попадания его в стенки или верхнюю часть двигателя.

Мини-взрывы вместо расплавленного металла

Чтобы создать такие крошечные и точные отверстия, свет от лазера используется очень короткими вспышками. Стефан Нольте Профессор физики в Университете Фридриха-Шиллера в Йене сравнил его с использованием карманного фонарика.

«Если я включу свет на секунду, он создаст луч света, который простирается от Земли до Луны», - сказал он DW. «Но за несколько пикосекунд свет распространяется только на один или два миллиметра».

Обычное лазерное отверстие слева и ультракороткое лазерное отверстие справа

Это означает, что лазерный импульс должен длиться всего несколько пикосекунд - или миллиардных долей секунды - чтобы выполнить свою работу. Когда источник света достигает металлических дисков, он мгновенно достигает температуры около 6000 градусов по Цельсию. Это заставляет металл испаряться в выбранном месте.

«Это означает, что мы больше не имеем дело с лазерным лучом, а с очень тонким срезом света», - сказал Нолте, добавив, что вспышка света концентрирует импульс энергии лазера. «Это означает, что мы имеем дело с огромным количеством энергии - несколько сотен мегаватт и даже с точностью до гигаватта - в центре импульса света».

Процесс пульсации, повторяемый до миллиона раз в секунду, идет так быстро, а импульсы настолько коротки, что реальный кусок металла не нагревается. Это означает, что металл или другой материал не плавится и не меняет форму во время резки или

Импульсы возникают в полупроводнике

Специальные полупроводники, называемые лазерными генераторами, ответственны за создание высокоэнергетических импульсов света, которые позволяют лазеру работать. Молекулярная структура вещества на короткое время захватывает и концентрирует свет лазера, а затем высвобождает его.

Нольте, Саттер и Кёниг были номинированы вместе на премию Future German

Чрезвычайно высокая частота импульсов создается с помощью определенной длины волны, для которой создан полупроводник. «Интересно, что средняя выходная мощность лазера очень мала - по сравнению с мощностью электрической лампочки. Но в ее центре очень высокий импульс», - сказал Дирк Саттер, разработчик лазера в Trumpf.

Немыслимые приложения

Но этот процесс полезен не только для создания экономичных автомобилей - форсунки для дизельных двигателей и горелки для масляных радиаторов также могут быть изготовлены с использованием лазерной технологии. Многие производители смартфонов также используют лазеры для резки стекла, используемого на экранах своих телефонов.

Лазеры Трампфа все чаще используются в электронной промышленности. Они могут разрезать крошечные печатные платы, позволяя производителям создавать устройства все меньшего размера. Номинанты на премию Future немецкой премии заявили, что их лазеры также могут быть использованы в медицине.

Стенты из полимеров могут доставлять лекарства внутрь организма

Лазеры используются для резки стентов - крошечных трубок, которые предотвращают засорение кровеносных сосудов. Особенность этих стентов в том, что они сделаны из специального полимера.

«Наркотики внедрены в полимер», - сказал представитель команды Дирк Кинг. «После того, как стент имплантируется в организм, полимер постепенно высвобождает лекарство, что помогает в процессе заживления».

Физик добавил, что без ультракоротких лазеров было бы невозможно разрезать полимерные стенты.

До сих пор лазеры с ультракороткими импульсами были успешными, но они еще не нашли широкого применения во многих отраслях промышленности. Исследователи отметили, что это скоро изменится, добавив, что такие лазеры могут производить отдельные инструменты, детали и другие товары высочайшего качества в точных количествах.

«Мы считаем, что можно заменить многие существующие производственные процессы», - сказал Питер Лейбингер из Trumpf.

Похожие