- เทคโนโลยี WJGL สามารถลดความเสียหายจากความร้อนในการผลิตโลหะผสมทนความร้อนได้มากกว่า 99%
- เทคโนโลยีนี้ใช้น้ำเพื่อลดอุณหภูมิและกำจัดสิ่งเหลือในการตัดวัสดุอย่างแม่นยำ
- เทคโนโลยี WJGL สามารถผลิตส่วนประกอบขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงและใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่เข้มข้น
- เทคโนโลยี WJGL กำจัดความจำเป็นในการจัดการระยะโฟกัสและความเข้มของลำแสง เพิ่มความเสถียรในการผลิต
เทคโนโลยีที่เรียกว่า น้ำกำกับลำแสงเลเซอร์ (Water-Jet Guided Laser, WJGL) อาจจะแก้ปัญหาอุปสรรคหลักในการผลิตวัสดุโลหะที่มีความแข็งแรงสูง (นั่นคือ โลหะผสมทนความร้อนสูง) วัสดุโลหะผสมทนความร้อนสูง (RHEAs) ได้รับการยกย่องในวิศวกรรมโลหะสมัยใหม่ว่าเป็นวัสดุดาวเด่น โลหะผสมเหล่านี้สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ซึ่งสามารถทำให้โลหะผสมนิเกลเบสสูงมาตรฐานละลายได้ ดังนั้นมีความสำคัญต่อการสร้างเครื่องยนต์อวกาศรุ่นต่อไป ปฏิกิริยานิวเคลียร์ และกังหันก๊าซ อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงสูง ความเปราะ และความนำความร้อนต่ำของ RHEA ทำให้การผลิตเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลังสูงมาตรฐานจะก่อให้เกิดความร้อนสูง รอยร้าว การออกซิไดซ์ และปัญหากากเหลือ
ภาพรวมของเทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์
เทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์ (WJGL) แก้ปัญหานี้ด้วยการนำลำแสงเลเซอร์เข้าสู่น้ำพ่นที่มีขนาดเล็ก เพื่อตัดวัสดุอย่างแม่นยำ ขณะที่ลดอุณหภูมิของผิวและกำจัดสิ่งเหลือในการตัดในการทดสอบ ทีมจากประเทศจีนลดความเสียหายจากความร้อนได้มากกว่า 99% ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังได้รับส่วนประกอบที่ไร้รอยตำหนิและมีความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น เครื่องยนต์อวกาศและปฏิกิริยานิวเคลียร์
เทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์เป็นวิธีการผลิตที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งนำลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลังสูงไปใส่ในน้ำพ่นที่มีขนาดเล็ก 50 ไมโครเมตรและมีก๊าซป้องกันล้อมรอบ เนื่องจากความแตกต่างของดัชนีหักเหระหว่างแกนน้ำและผิวก๊าซ ลำแสงเลเซอร์ทำหน้าที่เป็นคลื่นแสงเหลว การออกแบบนี้ใช้การสะท้อนภายในที่ต่อเนื่องเพื่อสะท้อนลำแสงเลเซอร์ แก้ไขความจำเป็นในการปรับตำแหน่งโฟกัสหรือความยาวของเลเซอร์ (Rayleigh length) วิธีการผสมนี้รวมฟังก์ชันสำคัญ 3 ประการไว้ด้วยกัน: การเผาผลาญด้วยลำแสงเลเซอร์ การลดอุณหภูมิน้ำในที่ และการกำจัดสิ่งเหลือในการตัดในเวลาจริง มันลดความเสียหายจากความร้อน ล้างสิ่งเหลือที่หลอมเหลว และบรรลุการผลิตที่สะอาดและมีความแม่นยำสูง
ข้อได้เปรียบและประสิทธิภาพของเทคโนโลยี
เทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์ให้ข้อได้เปรียบในการผลิตโลหะผสมที่ยากแก้ไข 3 ประการ อย่างแรก น้ำพ่นทำหน้าที่กำจัดสิ่งเหลือและกากเหลือที่เกิดจากการออกซิไดซ์ สร้างผิวการตัดที่เรียบ และร่องที่ตั้งตรง อย่างที่สอง ความสำเร็จที่แท้จริงของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่ความเสียหายที่น้อยมาก เมื่อตัด RHEAs ด้วยลำแสงเลเซอร์นาโนวินาที (CNL) ที่มาตรฐาน เทคโนโลยีนี้ทำให้เกิดความร้อนสูงในโลหะรอบ และสร้าง "โซนการส่งผลกระทบความร้อน" (HAZ) ที่กว้างถึง 31.6 ไมโครเมตร ความเสียหายจากความร้อนนี้อาจทำให้ส่วนประกอบที่ผลิตขาดความแข็งแรง
ในขณะที่ WJGL กดขอบเขตความเสียหายลงเหลือเพียง 298 ถึง 702 นาโนเมตร สำเร็จในการลดการส่งผลกระทบความร้อนสูงถึง 99.1% การป้องกันของน้ำไม่ให้โลหะร้อนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ ทำให้ความร้อนจำกัดอยู่ในพื้นที่เป้าหมาย โดยที่โครงสร้างภายในของโลหะผสมยังคงไม่ถูกละเอียด สุดท้าย แจกแจงของพลังงานลำแสงเลเซอร์ในคลื่นแสงเหลวทำให้การเจาะลึกที่มีความชันต่ำมากสำเร็จได้ โดยความเปลี่ยนแปลงความขรุขระผิวของรูลึกเล็กกว่า 1 ไมโครเมตร และความชันลดลงเหลือเพียง 0.014°
เทคโนโลยี WJGL ไม่เหมือนกับวิธีการที่มีอยู่ การตั้งค่าลำแสงเลเซอร์มาตรฐานบังคับให้วิศวกรต้องกังวลอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับระยะโฟกัส ความเข้มของลำแสง และการสะสมความร้อน โดยใช้เทคโนโลยีคลื่นแสงเหลว เทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์กำจัดความจำเป็นในการจัดการตำแหน่งโฟกัสหรือความยาวของเลเซอร์ (Rayleigh length) อนุญาตให้ลำแสงเลเซอร์สามารถส่งต่อไปในระยะที่ยาวขึ้นด้วยความเข้มที่สม่ำเสมอ การส่งพลังงานที่เสถียร และการลดอุณหภูมิในที่ทันที จัดการปัญหาความเสียหายจากความร้อนที่รุนแรง รอยร้าวเล็ก ๆ และความเสียหายที่มักจะมีปัญหากับโลหะผสมในกระบวนการผลิตเลเซอร์นาโนและไฟโฟเวิร์ด สุดท้าย WJGL จะให้เส้นทางการผลิตที่เชื่อถือได้สำหรับ RHEAs โดยรักษาความแข็งแรงทางกลึกภายในของโลหะผสม ใช้ได้กับการใช้งานในอวกาศ นิวเคลียร์ และกังหันก๊าซ
ศักยภาพของเทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์
การปรากฏตัวของเทคโนโลยีน้ำกำกับลำแสงเลเซอร์เป็นทางแก้ไขที่น่าสนใจในการผลิตวัสดุโลหะที่มีความแข็งแรงสูง โดยเทคโนโลยีที่มีอยู่มักจะมีปัญหากับการส่งผลกระทบความร้อนและความเสียหายทางโครงสร้างในการผลิตโลหะผสมทนความร้อนสูง ในขณะที่เทคโนโลยีใหม่นี้ โดยการลดอุณหภูมิและการกำจัดสิ่งเหลือด้วยน้ำพ่น ลดการส่งผลกระทบความร้อน และรักษาความเป็นเนื้อภายในของโลหะผสม การผลิตที่มีความแม่นยำสูงนี้ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังให้ทางเลือกที่เชื่อถือได้ในการใช้งานในอวกาศ นิวเคลียร์ และกังหันก๊าซ แสดงศักยภาพที่มีอยู่ในการใช้งานอุตสาหกรรมในอนาคต