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来自 生命科学 2020-03-17 04:54 的文章
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激光切割的选择

Andrew Barnard和同事们重新回顾了这个100年前的古老创意,这种扬声器被称作热致发声器或者热声扬声器,它是利用了一种材料在冷热之间快速振荡的效果来产生声音。

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1917年,美国电话电报公司和西部电气公司的Harold Arnold和IB Crandall声称,他们能够通过同时为一张非常薄的铂箔接通直流电和交流电来产生声音,这就可以抛弃掉传统扬声器中用于激发振动的笨重电磁铁设计。然而,问题在于这种方式产生的声音并不洪亮,而且频率响应并不足以复制讲话,因此这个想法被搁置了将近一个世纪。

CO2激光器功率为5,6或7 KW。不同级别的 自动化控制 (从双向移动工作台到自动升降系统,或者将原料加工与各种贮藏系统相结合) 缩短了停工期,降低了零件的单位生产成本。氧气和氮气,作为切割时的常用辅助气体,在一些情况下被“空气”所取代,这是用室内压缩机或者工业合成所得到的。这些条件直接影响了最终的加工成本。 今天的制造商们是如何优化他们的生产过程的呢?激光切割车间对具体应用和要求的明确将有助于优化整个切割系统的选择。这里必须要考虑那些不但影响切口质量而且影响切割过程的条件。 得到“高质量”切口的关键因素包括了:切口的宽度,切口表面的氧化和粗糙程度,以及所容许的尺寸误差。进行切割操作的关键因素包括了:切割速度,操作的灵活性,容许公差,以及生产和启动过程的简便性。 激光功率 事实上,并不是激光功率越大零件加工速度就越快,还有其他因素会影响切割速度的提高。激光谐振腔的类型就会影响整个系统的切割速度和成本效益。激光功率的提高和光束质量的改善扩大了激光应用的范围。大部分激光系统的功率高于2 KW,而且现在已有功率大于7 kW的系统可供使用。提高功率不一定就带来切割速度的提高。在热切割的过程中,功率超过3或者4 KW 时,可能扩大材料的热影响区域,从而就对驱动系统要求更高,因此限制了切割速度。 对于某些材料来说,光束质量对切割速度的影响并不亚于激光功率。CO2激光器根据谐振腔的不同可以有各种不同的类型:快速轴流激光器,横流激光器,扩散冷却激光器。每种谐振腔类型得到不同的光束质量和焦斑直径,以及不同的激光功率。扩散冷却激光器的光束质量可能比较好,但是总功率受到限制。快速轴流和横流型激光器可以产生功率在6-7 KW的激光,但是光束质量在4 kW以上就可能开始下降。金属加工的考虑 更高的激光功率主要有助于增加可加工材料的厚度。对于氧气作为辅助气体的碳素钢切割来说,随着功率的提高,进料速度并没有实质性的增加。由于热反应过程的存在,功率/进料率存在着一个上限,对应这个最大值,可以切割一定厚度的材料。作用在材料上功率的提高并不能自动转变为材料加工速度的提高。 使用高压氮作为辅助气体对厚不锈钢板进行切割可以得到无氧化切口。比如,6.0 kW CO2激光器可以加工厚度达11/4英寸的不锈钢。在高压或者惰性气体切割过程中,辅助气体的主要功能是保护切口边缘不至于形成氧化,并且将熔融的物质很快的吹干净,从而避免它们粘在边缘而形成毛边。 因为提高切割功率会导致成本提高,所以如果能够带来更多经济效益的话,那么提高功率也是可行的。目前,大部分需加工的金属薄板厚度达6 mm,使用的是功率为3.5 kW的激光进行加工,当加工速度需要提高时,在保证光束质量的情况下可以提高激光功率。 若需要加工更厚的材料, 则可以使用高功率的激光器以更快的速度进行切割。考虑到投资成本和与激光器有关的运转费用增加可能带来的劣势,必须准确估计速度提高所带来的优势。在速度提高的情况下,如果没有增加额外功率的话将很难实现。 自动化过程 需要按时加工的时间越多越有利于自动化过程。自动控制设备可以被添加到现有的系统中,并随着生产要求提高而进行升级。基本的自动操作包括:自动上料,自动下料,以及自动连接到存储系统。自动装载系统通常包括了一台起重设备来将材料加载到切割平台上。当系统扩展为自动上下料功能时,起重设备能不仅传送新材料也卸下加工好的材料。增加与自动上下料过程相衔接的存储系统就完善了整个自动化系统 。

2008年这个想法再次被提出,一个中国团队发现他们能够从一种碳纳米管制作而成的薄片中提取到热声。这些纳米管的壁厚只有一原子厚,而且纯粹由碳元素组成。

图1 自动操作过程布局样本,由TRUMPF公司提供

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