Nghề bình yên của chùm tia laze

5

Số lượng chân kính cũng có thể được nhìn thấy trên mặt số của những chiếc đồng hồ lên dây cơ khác. Những loại đá này là gì? Chúng ta đang nói về những viên đá ruby ​​​​được sử dụng trong bộ máy đồng hồ như ổ trục trượt. Để tạo ra một ổ đỡ như vậy, cần phải căn chỉnh một vết lõm nhỏ có đường kính chỉ 0,1 mm bằng hồng ngọc (một vật liệu rất cứng và đồng thời giòn). Trong nhiều năm, hoạt động này được thực hiện một cách cơ học bằng cách sử dụng các mũi khoan làm bằng dây mỏng được xử lý đặc biệt. Máy khoan thực hiện hơn 10.000 vòng quay mỗi phút và đồng thời thực hiện khoảng 100 chuyển động tịnh tiến. Mất khoảng 15 phút để khoan một viên đá.

Từ năm 1964, việc khoan lỗ cơ học năng suất thấp trên đá đồng hồ đã được thay thế rộng rãi bằng khoan laser. Tất nhiên, thuật ngữ “khoan laser” không nên hiểu theo nghĩa đen. Chùm tia laser không khoan lỗ - nó tạo ra lỗ do sự bay hơi tích hợp của vật liệu. Một lỗ trên đá hồng ngọc (có độ dày phôi là 1 mm) được đục bởi một loạt xung laser có năng lượng 0,1 J và thời lượng cỡ $10^{-4}$ s (nghĩa là có công suất tối đa cỡ $10^3$ W); khi tập trung xung laser vào một điểm sáng có đường kính 0,01 cm, nó sẽ cung cấp cường độ ánh sáng vào khoảng $10^7$ W/cm². Năng suất của hệ thống laser hoạt động ở chế độ tự động là một viên đá mỗi giây. Con số này cao hơn khoảng một nghìn (!) lần so với năng suất của việc khoan cơ học.

Trong nhiều dụng cụ thay đổi, trong các quy trình kỹ thuật đòi hỏi độ chính xác cao, cần có dây rất mỏng làm bằng đồng, đồng thau và vonfram. Để có được một sợi dây như vậy, kim loại được kéo qua các lỗ có đường kính thích hợp, cao trên vật liệu siêu cứng, chẳng hạn như kim cương (còn gọi là khuôn kim cương). Khuôn kim cương cho phép nối dây có đường kính chỉ 10 micron; Sợi dây này mỏng hơn mười lần so với toàn bộ sợi dây của một người. Nhưng làm thế nào để khoan một lỗ trụ trên một vật liệu siêu cứng như kim cương? Về mặt máy móc thì điều này khá khó thực hiện; Phải mất đến mười giờ để khoan một lỗ. Không khó chút nào để đục lỗ này bằng một loạt các xung laser công suất cao tập trung.

Như bạn có thể thấy, khoan laser có một số ưu điểm rất quan trọng: nó cho phép bạn tạo lỗ trên các vật liệu có độ cứng cao (ví dụ: kim cương) hoặc độ giòn tăng (ví dụ: gốm alumina); Có thể thu được các lỗ rất mỏng, đồng thời tỷ lệ giữa độ sâu của các lỗ được khoan bằng tia laser với đường kính của chúng đạt giá trị kỷ lục (so với các phương pháp khoan khác) - độ sâu của lỗ có thể vượt quá đường kính của nó gấp 10-50 lần. Trong mọi trường hợp, khoan laser đều mang lại hiệu quả cao. Cuối cùng, không giống như các mũi khoan thông thường, “mũi khoan laser” không bị gãy hoặc mòn.

Phát triển tổ chức truyền thông vi điện tử với cải tiến công nghệ sản xuất vi mạch. Một chùm tia laser có thể giúp ích rất nhiều ở đây. Lúc đầu, tia laser chỉ được sử dụng cho hàn vi mô. Do đó, với sự trợ giúp của tia laser ruby, đầu vào được gắn với các điểm tiếp xúc trên tấm silicon, nối dây mỏng với màng mỏng. Sau đó, họ bắt đầu sử dụng tia laser $\text{CO}_2$ (laser khí carbon) để tăng kích thước lỗ trên chất nền gốm cho vi mạch. Ngày nay, chùm tia laser ngày càng được sử dụng nhiều để điều chỉnh các thông số của mạch màng mỏng và chế tạo các phần tử mạch riêng lẻ. Bằng cách sử dụng tia laser, bạn có thể tạo ra toàn bộ mạch phim - với tất cả các điện trở, tụ điện và cuộn cảm có trong đó. Giả sử rằng một màng kim loại mỏng được phun lên đế điện môi của vi mạch. Bằng cách di chuyển một điểm laser tập trung dọc theo bề mặt của màng, có thể làm bay hơi một số khu vực nhất định của màng và từ đó tạo ra “mô hình” mong muốn của vi mạch.

6

Ngày nay, chùm tia laser được sử dụng rộng rãi để cắt vật liệu. Họ có thể cắt hầu hết mọi vật liệu: vải, giấy, gỗ, ván ép, cao su, nhựa, gốm sứ, tấm amiăng, thủy tinh, tấm kim loại. Với việc cắt bằng laze, bạn có thể có được những đường cắt gọn gàng trên các biên dạng phức tạp, với các cạnh nhẵn, không nung. Để cắt, người ta sử dụng tia laser phát liên tục hoặc tia laser tạo ra chuỗi xung ánh sáng với tốc độ lặp lại cao. Công suất bức xạ cần thiết phụ thuộc vào vật liệu được cắt và độ dày của phôi.

Để chứng minh ngày nay việc cắt laser được sử dụng rộng rãi như thế nào, đây là hai ví dụ. Ví dụ đầu tiên là cắt laser và cắt vải trong một nhà máy dệt hiện đại. Thiết bị này bao gồm một tia laser CO₂ 100 W tạo ra liên tục, một hệ thống tập trung và di chuyển cung laser, một máy tính và một hệ thống để căng và di chuyển mô. Trong quá trình cắt, chùm tia laser di chuyển dọc theo bề mặt vải với tốc độ lên tới 1 m/s. Đường kính của điểm sáng tập trung là 0,2 mm. Chuyển động của cung laser và vải được điều khiển bằng máy tính. Ví dụ, một thiết bị như vậy cho phép cắt vải thành 50 bộ quần áo trong vòng một giờ. Việc cắt được thực hiện không chỉ nhanh chóng mà còn có độ chính xác rất cao. Đồng thời đảm bảo chất lượng tốt của các cạnh cắt.

Một ví dụ khác là việc sử dụng công nghệ cắt laser trong ngành hàng không và đặc biệt là trong sản xuất tàu vũ trụ. Việc cắt các tấm titan, thép và nhôm tự động được thực hiện bằng cách sử dụng tia laser. Một tia laser CO₂ 3 kW tạo ra liên tục cắt tấm titan dày 5 mm với tốc độ 3,5 m/phút.

Cùng với việc cắt laser, hàn laser cũng được sử dụng rộng rãi hiện nay. Điều đáng chú ý là độ bền của mối hàn (chiều rộng của đường hàn vài mm) đạt đến mức độ bền của vật liệu được hàn. Thực hiện hàn laser tự động các thân tàu, thân tàu tự động và hàn đường ống dẫn khí. Ví dụ, tại nhà máy ô tô I. A. Likhacheva ở Moscow, sử dụng tia laser CO₂ 5 kW, họ tự động sản xuất máy hàn laser tự động cho trục cardan. Tuổi thọ của dịch vụ được tăng lên ba lần.

Hàn laser cạnh tranh thành công với các phương pháp hàn chiết tốt, chẳng hạn như hàn hồ quang. Điều này được xác nhận một cách thuyết phục bởi bảng trên trang này. Bảng hiển thị dữ liệu liên quan đến hàn hồ quang và hàn laser của một mét tuyến tính tấm thép có độ dày 20 mm.

8

Trong một trường hợp khác, chùm tia laser được sử dụng để đốt cháy các lỗ (ống dẫn) trên màng rễ và từ đó khôi phục dòng chảy bình thường của dịch nội nhãn. Tuy nhiên, rất nhanh chóng, người ta thấy rõ rằng việc “đốt cháy” màng rễ sẽ gây ra tình trạng viêm, loại bỏ các ống dẫn được tạo ra khá nhanh chóng. Nghiên cứu của y học Liên Xô do Viện sĩ Liên Xô AMH M. M. Krasov đứng đầu đã chỉ ra rằng không cần thiết phải thua mà phải “đâm thủng” các ống dẫn trong màng rễ. Điều này đòi hỏi xung laser phải cực kỳ ngắn. Trong cơ sở lắp đặt tia laser của Liên Xô “Yatagan” được sử dụng để điều trị bệnh tăng nhãn áp, sử dụng các xung laser chỉ kéo dài 10⁻⁷s. Toàn bộ hoạt động mất 10-15 phút.

Bắt đầu từ nửa sau thập niên 60, tia laser bắt đầu được sử dụng như một loại dao mổ trong phẫu thuật. Ở Liên Xô, việc sử dụng tia laser trong phẫu thuật thực tế bắt đầu vào năm 1966 tại Viện Phẫu thuật A. V. Vishnevsky (dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ A. A. Vishnevsky của Liên Xô AMH). Dao mổ laser được sử dụng trong các ca phẫu thuật trên các cơ quan nội tạng của ngực và khoang bụng. Hiện nay, chùm tia laser được sử dụng để thực hiện phẫu thuật thẩm mỹ da, phẫu thuật trên ống dẫn trứng, dạ dày, ruột, thận, gan, lá lách và các cơ quan nội tạng khác. Họ đang thực hiện những bước đầu tiên để sử dụng tia laser trong phẫu thuật tim.

Thông thường, người ta sử dụng tia laser CO₂ liên tục có công suất vài chục batt. Bức xạ laser đi vào một hệ thống các ống giãn nở rỗng nối bản lề, qua đó ánh sáng lan tỏa, phản chiếu từ gương. Khi thoát khỏi hệ thống, bức xạ bùng phát dưới dạng chùm ánh sáng rất mạnh. Trong quá trình phẫu thuật, bác sĩ phẫu thuật cầm ống thoát trong tay và có thể trộn nó, tự do xoay nó theo các hướng khác nhau và từ đó đưa chùm tia laser đến vị trí mong muốn.

Dao mổ laser được sử dụng để cắt và khâu mô. Việc bóc tách mô được thực hiện bằng chùm tia tập trung. Với công suất bức xạ 20 W và đường kính điểm laser tập trung 1 mm, có thể đạt được cường độ khoảng 2,5 kW/cm2. Bức xạ xuyên vào mô ở độ sâu khoảng 50 micron. Do đó, mật độ năng lượng bức xạ thể tích để làm nóng mô đạt tới 500 kW/cm³. Đối với mô sinh học đây là một giá trị rất lớn. Đương nhiên, sự nóng lên và bay hơi nhanh chóng của mô xảy ra - việc cắt mô hiệu quả bằng chùm tia laze là điều hiển nhiên.

Nếu cường độ bức xạ giảm xuống 25 W/cm2 thì mô sẽ không bay hơi nhưng sẽ xảy ra hiện tượng đông tụ bề mặt (dày lên) của dịch mô. Quá trình này được sử dụng để khâu các mảnh vải đã cắt lại với nhau. Hàn sinh học được thực hiện do sự đông tụ của chất lỏng có trong các thành mổ xẻ của cơ quan được phẫu thuật và được ép đặc biệt vào khoảng trống giữa các phần mô được kết nối.

Chùm tia laser như phẫu thuật