01
Pengantar Artikel ini
Teknologi laser ultracepat adalah teknologi canggih yang menghasilkan-pulsa cahaya berintensitas tinggi dalam waktu yang sangat singkat, dan penerapannya di bidang luar angkasa semakin menarik perhatian. Teknologi ini terkenal dengan kinerjanya yang luar biasa dalam pengukuran, manufaktur, dan komunikasi, dan penerapannya yang luas dalam teknik dirgantara memberikan kemungkinan baru untuk meningkatkan kinerja dan keselamatan pesawat.
Laser ultracepat umumnya mengacu pada laser dengan lebar pulsa kurang dari 10^-12 detik, terutama termasuk laser femtodetik (1 fs=10^-15 detik) dan laser pikodetik (1 ps=10^-12 detik). Karena pulsa laser ultracepat bekerja dalam durasi yang sangat singkat, pulsa tersebut dapat secara instan menghasilkan daya puncak yang sangat tinggi. Oleh karena itu, tidak seperti metode pemrosesan laser umum yang bekerja pada material melalui efek fototermal, mekanisme pemrosesan laser ultracepat adalah penyerapan keadaan elektronik langsung, yang mentransfer energi ke kisi material, memutus ikatannya, dan akhirnya mengeluarkannya sebagai plasma. Selain itu, tidak seperti pemrosesan termal pada laser kontinu biasa, pemrosesan laser ultracepat lebih selaras dengan metode "pemrosesan dingin". Dari perspektif mekanisme interaksi antara laser dan material, pemrosesan laser femtosecond dapat mencapai presisi tinggi, zona yang terkena dampak termal minimal, tanpa peleburan termal, tanpa pembentukan kembali lapisan, dan tanpa retakan mikro. Ini adalah salah satu metode terbaik untuk meningkatkan integritas permukaan pembentukan lubang pendingin film sudu turbin pada mesin penerbangan.
02 Aplikasi Khusus (1) Pemesinan Lubang Film Gas pada Bilah Turbin Aeroengine
Sebagai komponen inti mesin pesawat, desain, kualitas manufaktur, dan kinerja operasional bilah turbin mempengaruhi masa pakai mesin. Umumnya, lapisan penghalang termal diterapkan pada permukaan paduan-suhu tinggi untuk memberikan ketangguhan tinggi, plastisitas tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan ketahanan-suhu tinggi pada bilahnya. Selain itu, struktur lubang film gas dirancang di permukaan. Dengan melepaskan udara dingin dari dalam komponen, dan menciptakan aliran udara melalui lubang-lubang kecil, lapisan pelindung udara dingin terbentuk di permukaan, mengisolasi gas panas dan melindungi komponen. Namun, metode pemrosesan saat ini, seperti pemesinan pelepasan listrik dan pemesinan laser pulsa panjang, memiliki kelemahan, termasuk lapisan penghalang termal yang tidak konduktif, delaminasi lapisan, retakan, dan lapisan terkelupas, sehingga sulit untuk menghasilkan lubang kecil yang terbentuk dengan baik.
Dengan berkembangnya teknologi pemrosesan laser ultracepat, laser femtosecond kini telah digunakan untuk membuat lubang gas pada bilah turbin tanpa delaminasi lapisan atau retakan, dan dengan dimensi yang memenuhi persyaratan teknis. Hal ini memberikan teknologi baru untuk pembuatan lubang film gas pada komponen mesin pesawat.
Pemesinan sejumlah lubang pendingin film gas pada bilah turbin berlapis-penghalang termal sangat penting untuk penerapan mesin dengan rasio daya dorong-terhadap-berat yang tinggi, dan-performa tinggi, sehingga menetapkan persyaratan yang lebih tinggi untuk pemesinan bilah berlapis ini. Teknologi pemrosesan lubang mikro-laser Femtosecond, dengan keunggulan presisi tinggi, kualitas tinggi, dan pemrosesan dingin, memungkinkan pemesinan-lubang mikro-berkualitas tinggi untuk mesin. Dengan penyempurnaan berkelanjutan pada teknologi pengeboran laser femtosecond, kini dimungkinkan untuk mencapai pemesinan-presisi tinggi pada lubang lapisan film gas pada bilah yang dilapisi-penghalang termal tanpa lapisan-yang meleleh,-retakan mikro, atau zona-yang terkena dampak panas, sekaligus memastikan bahwa lapisan penghalang termal tidak berubah menjadi hitam atau terkelupas setelah pemrosesan. Oleh karena itu, teknologi pemrosesan lubang mikro laser femtosecond siap menjadi metode penting untuk membuat lubang film gas pada bilah turbin yang dilapisi penghalang termal.
(2) Pemesinan Lubang Pendingin Film di Ruang Pembakaran Mesin Aero
Tabung api adalah komponen utama ruang bakar mesin aero dan salah satu bagian-tahan panas yang paling penting. Untuk memastikan tabung api beroperasi secara stabil dan terus-menerus dalam kondisi-suhu tinggi yang ekstrem, tabung api harus didinginkan. Saat ini, metode yang umum melibatkan kombinasi pelapisan dan perforasi. Penggunaan pemesinan laser pulsa panjang dapat menyebabkan cacat seperti ablasi lapisan, percikan, dan tepi terkelupas, yang secara signifikan mempengaruhi masa pakai tabung api. Saat ini, penggunaan pemesinan laser pikodetik dapat menghasilkan lubang pendingin film tanpa-area delaminasi atau pengelupasan permukaan yang luas, dan dimensi yang memenuhi persyaratan teknis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3.
(3) Pemesinan Alur Berbentuk-Khusus pada Mesin Aero
Kinerja penyegelan mempunyai pengaruh penting terhadap kinerja mesin aero. Dalam beberapa tahun terakhir, seiring dengan berkembangnya industri penerbangan, kinerja mesin terus meningkat, dan kondisi operasional menjadi semakin kompleks. Kegagalan yang disebabkan oleh malfungsi seal mesin sedang meningkat, dan masalah ini perlu segera diatasi. Oleh karena itu, persyaratan baru telah diusulkan untuk teknologi penyegelan mesin. Segel ujung jari adalah perangkat jenis baru yang dapat digunakan untuk menyegel ruang bantalan utama dan jalur aliran udara mesin aero. Pemesinan komponen segel ujung jari memerlukan ketelitian yang tinggi. Pemesinan mekanis saat ini, pemesinan pelepasan listrik, dan pemesinan laser pulsa panjang tidak dapat mengatasi masalah seperti lengkungan dan deformasi yang dihasilkan selama pemrosesan. Namun, laser femtosecond, karena kepadatan energinya yang sangat tinggi dan waktu pemrosesan yang sangat singkat, memastikan efisiensi dan presisi yang tinggi dalam proses pemesinan. Tidak ada cacat seperti pembentukan kembali lapisan, retakan, atau gerinda yang muncul pada komponen segel ujung jari, sehingga memberikan metode baru untuk pengerjaan alur berbentuk-khusus pada-komponen mesin aero berpresisi tinggi.
03
Kesimpulan dan Pandangan
Sebagai teknologi pemrosesan dan fabrikasi material yang canggih, pemrosesan laser ultracepat memiliki prospek penerapan yang luas di bidang manufaktur mesin dirgantara. Dalam aplikasi teknik pemrosesan laser ultracepat, parameter proses laser yang berbeda harus dipilih sesuai dengan karakteristik material untuk mengurangi langkah-langkah proses, meningkatkan efisiensi pemrosesan, dan memastikan keakuratan kualitas dan dimensi pembentuk material. Dengan pengembangan teknologi laser ultracepat dan peningkatan optimalisasi proses, permasalahan seperti efisiensi pemrosesan yang rendah dan ketebalan mesin yang terbatas akan teratasi secara efektif. Selain itu, teknologi pemrosesan laser-pulsa ganda, yang menggabungkan pemrosesan laser ultracepat dengan pemrosesan laser-pulsa panjang, akan menjadi arah masa depan untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi.
