Nacionalni projekti

arrs1.png

 

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

  • Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
  • Šifra projekta: L2-8183
  • Naslov: Visoko prilagodljivi vlakenski laserji velikih moči za uporabo v industriji
  • Trajanje: 01.05.2017 - 30.04.2020
  • Letni obseg: 1,05 FTE
  • Vodja: doc. dr. Vid Agrež
  • Veda: Tehniške vede 
  • Sodelujoče RO: Povezava
  • Sestava projektne skupine: Povezava
  • Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:

Zaradi usmeritve proizvodnih tehnologij v masovno proizvodnjo po meri narejenih izdelkov se pojavlja potreba po natančnih in visoko prilagodljivih obdelovalnih sistemih. Za takšne procese potrebujemo laserske obdelovalne sisteme, ki bodo omogočali hiter (velika moč!) in natančen prostorski in časovni vnos energije do obdelovanca. Sodobni laserski viri velikih moči sicer večinoma zelo dobro ustrezajo zahtevi po  natančnem prostorskem vnosu, ne pa tudi glede časovnega vnosa, še posebej v primeru velikih hitrosti obdelav, ki so značilne za masovno proizvodnjo. Takšni sistemi praviloma ne dopuščajo zelo hitre spremembe parametrov laserskega snopa (izhodna moč, frekvenca ponavljanja, dolžina bliskov), zato je posledično težko doseči zahtevo po natančnem časovnem vnosu energije.

Raziskave, opravljene v okviru predlaganega projekta, bodo usmerjene v raziskave in razvoj dveh povsem novih tipov laserskih virov. Nova vira temeljita na izvirni zasnovi, ki omogoča visoko prilagodljivost izhodnih parametrov laserskega snopa:

Visoko prilagodljiv vlakenski laser za makro obdelave in za uporabo v  adaptivnih laserskih obdelovalnih sistemih z izhodnimi močmi v območju nekaj 100 W. Laser bo lahko deloval v kontinuirnem načinu, kvazi-kontinuirnem načinu z visoko frekvenco modulacije v območju 100 kHz in v bliskovnem načinu z možnostjo generiranja poljubnih zaporedij laserskih bliskov z veliko energijo in veliko vršno močjo, s čimer bo možno doseči natančen vnos energije do obdelovancev.

Visoko prilagodljiv vlakenski laser za mikro-obdelave s popolnoma poljubno dolžino laserskega bliska (na območju 10 ns do 1 s) in s frekvenco ponavljanja v zelo širokem območju (od 1 Hz do nekaj 10 MHz) ter povprečno močjo v območju več 100 W. Osnovan bo na MOPA konfiguraciji s posebno krmiljenim vzbujevalnim virom z dvema polarizacijama. Takšen sistem bo omogočal mikro-obdelave največjih hitrosti (v območju 1000 m/s).

Visoko prilagodljiv laser velikih moči bo deloval na principu vlakenskega laserja, dopiranega z iterbijem, s preklopom ojačenja. Do nedavnega je veljalo, da tako velikih povprečnih in vršnih moči s takim tipom laserja na enostaven način (z eno-stopenjskim sistemom) ni možno doseči.  Raziskovalci predlagane projektne skupine so že pokazali, da takšen tip laserjev kljub svoji enostavnosti omogoča številne prednosti glede na klasično zasnovane vlakenske in trdninske laserje. Pokazali so, da takšni laserji izkazujejo izredno stabilnost izhodne moči, ne glede na repeticijo izhodih bliskov, prav tako so demonstrirali rekordne vršne (približno 2 kW) in povprečne moči (približno 40 W), ki do sedaj še niso bile presežene. Za doseganje povprečnih moči v območju 1 kW pa bo potrebno popolnoma na novo raziskati in razviti takšen tip laserjev. Osnovni koncept temelji na spremenjenem temperaturnem režimu delovanja vlakenskega laserja, ki bo omogočil doseganje bistveno večjih energij posameznih laserskih bliskov in omogočil učinkovito delovanje tudi v kontinuiranem načinu. Za uspešno izvedbo je ključna izvirna tehnologija, ki jo obvladuje partnersko podjetje Optacore. Gre za poseben postopek izdelave aktivnih optičnih vlaken, ki omogoča delovanje vlakna pri zelo visokih temperaturah. Klasična aktivna optična vlakna sicer lahko delujejo do največ približno 100°C.

Celotna projektna skupina ima obsežno znanje in izkušnje s področja raziskav novih laserskih virov in tudi mikro ter makro obdelav, pri čemer gre v obeh primerih tako za raziskovalce iz akademske sfere kot raziskovalce iz industrije. To dejstvo omogoča organizacijo projekta na način, da bodo raziskovalci, ki bodo delovali na samih raziskavah laserskih virov tesno sodelovali z raziskovalci, ki bodo delovali na področju testiranj uporabe laserjev. Tako bo možno neposredno pridobiti povratne informacije glede želenih in optimalnih parametrov laserskih virov in s tem močno povečati učinkovitost raziskav.   

Faze projekta in njihova realizacija:

DS1: Evalvacija želenih parametrov laserjev - testiranje aplikacij

Vpliv parametrov pulznega in kontinuiranega delovanja pri procesiranju in testiranje aplikacij.

DS2: Bliskovno delovanje

Raziskave pulznega delovanja z uporabo preklopa ojačenja in vpliva temperature na optimizirano delovanje laserskega sistema.

DS3: Aktivno optično vlakno

Raziskave optimiziranega optičnega vlakna in njegov razvoj za delovanje pri visokih temperaturah.

DS4: Laserski podsklopi s krmilnimi sistemi

Raziskave in razvoj laserskih podsklopov kot je črpalni, vzbujevalni, krmilna elektronika in hlajenje.

DS5: Laserski resonator za kontinuirani in kvazi-kontinuirani vir velikih moči za makro obdelave

Raziskave na optimizaciji laserskega resonatorja za doseganje velikih moči delujočega pri različnih načinih krmiljenja od kontinuiranega do pulznega delovanja.

DS6: Laserski vir z ultra širokim frekvenčnim območjem

Raziskave vzbujevalnega vira za vlakenske laserje tipa MOPA in združitev z vlakenskim predojačevalnikom.

 

Realizacija projekta je v zaključni fazi delovnih sklopov.