Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2019

Розмір шрифту: 
Розробка конструкції та моделювання оптичної системи для лазерного опромінення тонких швидкорухомих заготовок
Аліна Григорівна Клімова, Роман Романович Соломон, Віктор Леонідович Дубнюк

Остання редакція: 2019-05-13

Анотація


Метою виконання даної проектно-дослідної роботи були визначення можливих варіантів концентрації лазерного проміння на заготовці, що характеризується значною довжиною та малими поперечними розмірами; проектування оптичної системи для здійснення пропонованого технологічного процесу та виготовлення її моделі задля вивчення особливостей конструкції, можливостей її удосконалення тощо. Головною вимогою до оброблюваної поверхні заготовки є рівномірний одночасний термічний вплив лазерного пучка на окрему ділянку заготовки.

Проведено аналіз існуючих можливих конструкційних рішень системи фокусування. З урахуванням значної потужності лазерного проміння (близько 30 кВт), що має впливати на поверхню заготовки для досягнення позитивного результату обробки, прийнято рішення застосовувати виключно дзеркальну систему фокусування. Лише дзеркальна оптична система дозволить ефективно використати примусове рідинне охолодження окремих елементів оптичної системи та системи в цілому задля забезпечення стабільних експлуатаційних та оптичних властивостей.

При проектуванні конструкції необхідно враховувати наступні основні умови та вимоги:

1. Найбільш поширеними на даний час є лазерні випромінювачі, у яких утворюється пучок круглого поперечного перерізу.

2. Для виконання головної умови розробленої технології необхідно мати пучок кільцевого перерізу у зоні обробки.

3. Пучок проміння має проходити паралельно осі оброблюваної заготовки.

4. Оптичний вузол має містити елементи юстирування оптичних деталей у мінімальній кількості задля зменшення габаритних розмірів та ваги, зменшення налагоджувальних процедур та собівартості виробу.

5. Передбачити рідинне охолодження основних елементів конструкції оптичної системи.

6. Обов’язкове подавання газоподібних речовин у зону обробки з метою захисту нагрітої поверхні заготовки від впливу повітряної атмосфери, створення сприятливих умов для здійснення технологічного процесу; видалення продуктів ерозії поверхні оброблюваної заготовки з об’єму оптичної системи та часткове охолодження заготовки та навколишніх елементів конструкції.

Конструювання оптичної системи відбувалось у програмі AutoCAD. Було розроблено кресленики деталей та проведено їх 3D-моделювання.

Роздруковувалась оптична система фокусування у зменшеному масштабі 1:2. загальний час друку усіх деталей становив майже 25 годин, витрачено близько 89 метрів філаменту.

Розглянуто особливості та тонкощі конструкції окремих деталей. Моделювання дзеркальних поверхонь оптичних деталей виконано за допомогою металевої фольги.

Вузол соплової системи відрізняється значними конструкційними особливостями та новаціями. Через центральний отвір соплової системи проходитиме оброблювана заготовка. Також у соплову систему передбачено незалежну подачу двох різних за призначенням та властивостями, й відповідно, витратами та вартістю. Так з метою захисту розжареного металу заготовки у зоні обробки від впливу навколишньої повітряної атмосфери у центральну порожнину соплової системи подається захисний газ – гелій. У периферійну порожнину соплової системи подається азот, що забезпечує видалення продуктів ерозії заготовки з порожнини оптичної системи та охолодження оброблюваної заготовки та деталей оптичної системи.

Таким чином, під час виконання даної проектно-дослідної роботи було проведено аналіз можливих варіантів здійснення пропонованої технології опромінення заготовки зі специфічними параметрами та, на базі цього, спроектовано дзеркальну оптичну систему та проведено її моделювання.

Даний проект впроваджено в рамках діяльності студентського науково-технічного гуртка «Моделювання складних інженерних систем із застосуванням 3D технологій» який розпочав свою діяльність на кафедрі лазерної техніки та фізико-технічних технологій механіко-машинобудівного інституту КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Ключові слова


адитивна технологія; проектування; конструювання; деталь