01
Bu Makaleye Giriş
Ultra hızlı lazer teknolojisi, son derece kısa sürede yüksek-yoğunlukta ışık darbeleri üreten gelişmiş bir teknolojidir ve havacılık alanındaki uygulamaları giderek daha fazla ilgi görmektedir. Bu teknoloji, ölçüm, üretim ve iletişimdeki olağanüstü performansıyla ünlüdür ve havacılık ve uzay mühendisliğindeki yaygın uygulaması, uçak performansını ve güvenliğini artırmak için yeni olanaklar sağlar.
Ultra hızlı lazerler genellikle darbe genişlikleri 10^-12 saniyeden az olan lazerleri ifade eder; bunlar arasında esas olarak femtosaniye lazerler (1 fs=10^{-15 s) ve pikosaniye lazerler (1 ps=10^-12 s) bulunur. Ultra hızlı lazer darbeleri son derece kısa bir süre için etki gösterdiğinden, anında çok yüksek bir tepe gücü üretebilirler. Bu nedenle, fototermal etkiler yoluyla malzemeler üzerinde etkili olan yaygın lazer işleme yöntemlerinden farklı olarak, ultra hızlı lazerlerin işleme mekanizması, enerjiyi malzemenin kafesine aktaran, bağlarını kıran ve sonunda onu plazma olarak dışarı atan doğrudan elektronik durum emilimidir. Üstelik, sıradan sürekli lazerlerin termal işleminden farklı olarak, ultra hızlı lazer işleme, "soğuk işleme" yöntemine daha çok uygundur. Lazer ve malzeme arasındaki etkileşim mekanizması açısından bakıldığında, femtosaniye lazer işleme yüksek hassasiyet, minimal düzeyde termal etkilenen bölgeler, termal erime yok, yeniden biçimlendirilmiş katman yok ve mikro çatlaklar elde edilemiyor. Havacılık motorlarında türbin kanadı filmi-soğutma deliği oluşumunun yüzey bütünlüğünü geliştirmek için en iyi yöntemlerden biridir.
02 Özel Uygulamalar (1) Uçak Motoru Türbin Kanatlarının Gaz Filmi Deliği İşleme
Bir uçak motorunun temel bileşeni olan türbin kanatlarının tasarımı, üretim kalitesi ve operasyonel performansı, motorun hizmet ömrünü etkiler. Genel olarak, bıçaklara yüksek dayanıklılık, yüksek esneklik, korozyon direnci ve yüksek-sıcaklık direnci kazandırmak için yüksek-sıcaklık alaşımlarının yüzeyine termal bariyer kaplamalar uygulanır. Ayrıca yüzeyde gaz filmi delik yapıları tasarlanmıştır. Bileşenin içinden soğuk havanın salınması ve küçük deliklerden hava akışı yaratılmasıyla yüzeyde koruyucu bir soğuk hava filmi oluşur, sıcak gaz izole edilir ve bileşen korunur. Bununla birlikte, elektrik deşarjlı işleme ve uzun-darbeli lazer işleme gibi mevcut işleme yöntemlerinin, iletken olmayan termal bariyer tabakaları, kaplama katmanlarına ayrılması, çatlaklar ve kaplamada ufalanma gibi iyi biçimlendirilmiş küçük deliklerin üretilmesini zorlaştıran-dezavantajları vardır.
Ultra hızlı lazer işleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, femtosaniye lazerler artık türbin kanatlarında kaplama bozulması veya çatlak olmadan ve teknik gereksinimleri karşılayan boyutlarda gaz delikleri oluşturmak için kullanılıyor. Bu, uçak motoru bileşenlerinde gaz filmi deliklerinin üretilmesi için yeni bir teknoloji sağlar.
Termal bariyer-kaplamalı türbin kanatlarında çok sayıda gaz filmi soğutma deliğinin işlenmesi, yüksek itme-ağırlık oranının-yüksek, yüksek-performanslı motorların uygulanması için çok önemlidir, dolayısıyla bu kaplanmış kanatların işlenmesi için daha yüksek gereksinimler ortaya çıkarmaktadır. Femtosaniye lazer mikro-delik işleme teknolojisi, yüksek hassasiyet, yüksek kalite ve soğuk işleme avantajlarıyla birlikte, motorlar için yüksek-kaliteli mikro{-delik işlemeye olanak tanır. Femtosaniye lazer delme teknolojisindeki sürekli iyileştirmeler sayesinde, artık yeniden eriyen katmanlar, mikro-çatlaklar veya ısıdan-etkilenen bölgeler olmadan termal bariyer-kaplamalı bıçaklar üzerindeki gaz filmi deliklerinin yüksek-hassasiyetle işlenmesini başarmak mümkün; ayrıca termal bariyer kaplamanın işlendikten sonra kararmamasını veya soyulmamasını da sağlamak mümkün. Bu nedenle, femtosaniye lazer mikro-delik işleme teknolojisi, termal bariyer-kaplı türbin kanatlarında gaz filmi delikleri üretmek için önemli bir yöntem olmaya hazırlanıyor.
(2) Aero Motorlarının Yanma Odasındaki Film Soğutma Deliklerinin İşlenmesi
Alev tüpü, uçak motorunun yanma odasının ana bileşenidir ve ısıya-dirençli en önemli parçalardan biridir. Alev tüpünün aşırı yüksek-sıcaklık koşullarında istikrarlı ve sürekli çalışmasını sağlamak için soğutulması gerekir. Şu anda yaygın bir yöntem, kaplamaların ve deliklerin bir kombinasyonunu içermektedir. Uzun-darbeli lazer işlemenin kullanılması, kaplamanın soyulması, sıçraması ve kenarlarda kırılma gibi alev tüpünün hizmet ömrünü önemli ölçüde etkileyen kusurlara neden olabilir. Şu anda, pikosaniyelik lazer işlemenin kullanılması, yüzeyde büyük- alan ayrılması veya pullanma olmayan ve Şekil 2 ve 3'te gösterildiği gibi teknik gereksinimleri karşılayan boyutlarda film soğutma delikleri üretebilmektedir.
(3) Uçak Motorlarındaki Özel-Şekilli Olukların İşlenmesi
Sızdırmazlık performansının uçak motorlarının performansı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Son yıllarda havacılık sektörünün gelişmesiyle birlikte motor performansı sürekli olarak iyileşiyor ve çalışma koşulları giderek daha karmaşık hale geliyor. Motor contası arızalarından kaynaklanan arızalar artıyor ve bu sorunların acilen ele alınması gerekiyor. Bu nedenle motor sızdırmazlık teknolojisi için yeni gereksinimler önerilmiştir. Parmak ucu contaları, uçak motorlarının ana yatak odasını ve hava akış yollarını sızdırmaz hale getirmek için kullanılabilecek yeni bir cihaz türüdür. Parmak ucu conta bileşenlerinin işlenmesi yüksek hassasiyet gerektirir. Mevcut mekanik işleme, elektrik deşarjlı işleme ve uzun-darbeli lazer işleme, işleme sırasında oluşan çarpıklık ve deformasyon gibi sorunları çözemez. Ancak femtosaniye lazerler son derece yüksek enerji yoğunlukları ve çok kısa işlem süreleri nedeniyle işleme sürecinde yüksek verimlilik ve hassasiyet sağlar. Parmak ucu contası bileşenlerinde yeniden şekillendirilmiş katmanlar, çatlaklar veya çapak gibi kusurlar görülmez, bu da yüksek hassasiyetli uçak motoru parçalarında özel-şekilli olukları-işlemek için yeni bir yöntem sağlar.
03
Sonuçlar ve Görünüm
Gelişmiş bir malzeme işleme ve imalat teknolojisi olarak ultra hızlı lazer işleme, havacılık ve uzay motor imalatı alanında geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Ultra hızlı lazer işlemenin mühendislik uygulamasında, işlem adımlarını azaltmak, işleme verimliliğini artırmak ve malzeme şekillendirme kalitesi ve boyutlarının doğruluğunu sağlamak için malzeme özelliklerine göre farklı lazer işlem parametreleri seçilmelidir. Ultra hızlı lazer teknolojisinin gelişmesi ve süreç optimizasyonunun iyileştirilmesiyle, düşük işleme verimliliği ve sınırlı işlenebilir kalınlık gibi sorunlar etkili bir şekilde çözülecektir. Üstelik, ultra hızlı lazer işlemeyi uzun-darbeli lazer işlemeyle birleştiren ikili-darbeli lazer işleme teknolojisi, kaliteyi ve verimliliği artırmanın gelecekteki yönü olacaktır.
