LAZER İMALAT YÖNTEMLERİ

28 04 2013 LAZER MALAT YNTEMLER

www.dr-huso.com/makale/makale95.htm 1/14

SANAYDE KULLANILAN YKSEK GL LAZER MAKNELER VE LAZER MALAT YNTEMLER

H. zden

Ege niversitesi, Makina Mh. Bl., zmir/TRKIYETel.: 0232 388 85 62, e-posta: [email protected]

.

zet: Lazer ok amal kullanma ak temassz, anmasz bir takm, ara (Multi-tools) olarak dnyada

deerlendirilmektedir. Sanayisi gelimi lkelerde, bilhassa otomotiv endstrisinde her gecen gn

konvansiyonel imalat yntemlerinin yerini lazer imalat yntemleri almaktadr. Lazer imalat yntemleri daha

nceleri imknsz olarak deerlendirilen yeni birok konsrksiyonun imalatn mmkn klmaktadr. Lazer

teknolojisindeki gelimelere paralel olarak ta nano-teknolojisi gibi (10-9 lm mertebesinde, elektronik

devreler, mekanizmalar) gelimesine ve yeni teknolojilerin, yeni yntemlerin, malzeme kombinasyonlarn

ortaya kmasna da neden olmaktadr. malat sektrnde lazer; birletirme, ayrma, ama, tama, delme,

kanal oluk ama, tala kaldrma, yakma, talama, ekil verme, teknik yzey ileme, temizleme, kaplama,

sertletirme, malzeme i yapsnn iyiletirilmesinde, alamla mada, malzeme analizlerinde, lme, kontrol,

kumanda, haberleme, savunma sanayinde gibi bir ok iler iin kullanlmaktadr.

Bu makalede; Lazer yaps, zelikleri, meydana gelii ksaca anlatlmaktadr. Malzemelerin ilenmesinde

sanayide yaygn olarak kullanlan yksek gl lazer makineleri zellikle yksek gl fiber lazer makineleri ve

lazer imalat yntemleri hakknda bilgiler verilmektedir.

Anahtar Szckler: Lazer, imalat, lazer makineleri, fiber lazer makineleri, malat yntemleri

1. GR

20. yzylda teknolojide damgasn vuran elektron iken 21. yzylda teknolojide Photonun , yani n ne

kaca ngrlmektedir. Bu nedenle olacak ki sanayisi gelimi lkelerde lazer teknolojisi ile ilgili bilim

aratrma merkezleri, niversitelerde enstitler, blmler, ana bilim dallar almaktadr, alma gruplar

kurulmaktadr. Burada youn bir ekilde bilimsel aratrmalar yrtlmektedir, yeni teknikler, makineler

denenmekte ve dnya piyasasna srlmektedir. Elde edilen bilgi ve tecrbeler sanayinin her kesimine

retilmekten de geri kalnmamaktadr. Berlin Teknik niversitesinde lazer ile ilgili almalarm srdrrken

dikkatimi eken gelimelerden biride, Lazer bu lkelerde gelecein vazgeilmez teknolojisi olarak

deerlendirilen optik, lazer teknolojisinin gen nesille retilmesi ve ilgi- ve heveslerinin bu alana

ynlendirme abalardr. Bu nedenle olacak ki orta retimde lazer konusu kapsaml bir ekilde

okutulmaktadr. Orta retim rencileri iin lazer bilim aratrma merkezlerindeki bilgilendirici seminerler

dzenlenmektedir. Internetten izlendii gibi, lazer teknolojisi ile ilgili mhendislik brolarnn saysnda da hzl

bir art gzlenmekte olup, otomotiv endstrisinde olduu gibi bir cok retim sektrnde teknik danmanlk

ve eitim hizmetleri vermektedirler.



Yurt dnda sanayisi gelimi lkelerde optik, lazer teknolojisi hzl bir ekilde ilerlerken, Trkiyede lazer

imalat yntemleri ile ilgili kayda deer gelimelere rastlanmamaktadr. 2004 gz dneminde bir DPT proje

nerisi ilgili yaptm bir fizibilite aratrmasnda, Trkiyede henz lazer imalat yntemlerinden rnein lazer

kaynan uygulayacak firma ve elemanlarn bulunmad ortaya kmtr. Lazer imalat yntemlerinden kesme

ve markalama ilerinin arlkl olarak kullanld saptanmtr. Daha dn 2004 te benim lazer konusu

hakknda sunduum DPT projesini beenmeyip ileme dahi sokmayan belli kii ve kurumlar, Ege blgesinde

niversiteye bal olarak lazer aratrma gelitirme, eitim merkezinin kurulmas ile ilgili proje nerilerimi abartl

bulan kii ve kurumlar imdilerde bu projelere deiik adlar altnda sahip kmaa balamlardr. Ahbap

avu ilikilerini kullanarak baz projelere, fikirlere sahip karak gerekletirmektedirler. Belli kurum ve

kurululara aratrma ve gelitirme faaliyetleri iin ayrlan kaynak direk niversitelerdeki ARGE ve eitime

aktarlmaldr. Sz edilen belli kurumlar aslnda Trkiyede reel ARGE almalarna sekte vuruyorlar. Belli

kii ve kurulularn gstermelik bilimsel faaliyetleri iin kaynak olmaktan teye gitmiyorlardr. Eer bu kii ve

kurumlar grndkleri kadar, kaliteli ve ileri grl iseler, iyi ngilizce bilgileri ile de Avrupa projelerini

kazansnlar. Bunu da brakn, bunlarn yrtt ve bitirdii eski projelerini arivlerden bularak bir

deerlendirin. Sizde bazlarnn ev devi, ders geme projeleri, literatr derleme arlkl, yeniliklerden,

aratrma sonularndan ziyade sadan soldan toplama nerilerin olduunu ve Trkiye ye pek bir katma deeri

olmayan projeler olduunu grrsnz!

Lazer imalat yntemlerinin gnmzdeki pazar ve mteri alanlar iin; otomotiv, rayl, deniz ve hava tama

aralar, eitli uzay ve makine sistemleri, iletiim, haberleme, bilgisayar, elektrik-elektronik cihazlar, devreler

gibi genel bir sralama yaplabilir. Malzemelerin ilenmesi dilimi her gecen yl gelimektedir. Yksek kaliteli,

yeni tip modern, makine, cihaz, gemilerin, yatlarn yapmnda, daha hafif ve salam uak yapmnda da tercih

edilmeye balanmtr. Endstride lazer lme yntemleri bilinen bir ok konvansiyonel lme yntemlerinin

yerini almtr. Savunma sanayinde de lazerli silahlarn retimi ve kullanm her gecen gn yaylmaktadr. ekil

1 de bir ok kaynaktan derlenerek hazrlanan lazer kullanm alanlarna rnekler gsterilmektedir /1-17/ .Bu

alma lazer imalat yntemleri ile malzemelerin ilenmesi ve bu maksatl sanayide kullanlan lazer makinelerin

karakteristik zellikleri ve prensibi yaplar ile snrl kalnmaktadr. Daha ayrntl bilgi iin literatr ve ilgili

Internet siteleri nerilmektedir. /1-17/

2. LAZER

Lazer ngilizce, Laser; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yani, uyarlm radyasyon

salnmlaryla n kuvvetlendirilmesi szcklerinin ba harflerinin alnmasndan tretilmitir. Lazer bir k, n

kaynadr, farkl zelliklere sahiptir. Lamba dzensiz her tarafa, farkl dalga boyutlu k saarken, lazer

isini uyumlu ynlendirilmi, ayni dalga boyutlu nlar n demeti yanstmaktadr. Lazer makinelerini ise,

birbirine paralel, monochrom, (tek renkli), ayn frekans dalgal, ynlendirilmi k, yani lazer n reten

cihazlar, teknik yaptlar olarak ta tanmlayabiliriz. Prensip olarak lazer nnn elde edilmesi; stlan

materyallerin, rnein, bir bakr telin scaklnn artrlmas ile kzllaarak k yaymasna benzemektedir. Is

enerjisi, maddenin atomlarn, molekllerini tahrik ederek, bazkat enerji seviyelerinden, (E1) stkat enerji

seviyelerine, (skat enerji kademelerine) (E2, E3..) kmalarn, belli bir younlua ulamalarn ve



hareketliliklerini salamaktadr. Atomlar, saniyenin binde biri kadar bir srede stkat enerji seviyelerinde

kararsz bir durumda kaldktan sonra kendiliklerinden ve aniden 10-8 s gibi bir zaman sresinde alt kat enerji

seviyelerine (E1) derler. Bu esnada daha evvel alnan enerji, elektromanyetik dalgalar, photon olarak yani

n, k eklinde geri verilmektedir. Lazer aktif ortamda bu photonlar dier photonlarn, srl aynalardan geriye

yansyarak, ortaya kmalarna neden olurlar. Photon says, k iddeti belli deerlere ulatnda ksmi

geirgen aynadan dar karlar. Mercek, ayna sistemleri ile ynlendirirler. Lazer aktif maddeye pompalanan

enerji devir daimi kald srece, k, n retimi sreklilik kazanr. Fiziksel prensip olarak lazer nn

meydana gelii Sekil 2 gsterilmektedir. Dalga boylar l=400 nm ile l =750 nm arasnda deien lazer plak

gzle grlebilmektedir. Baz literatrde, /5,6,7,12-17/ lazer bir k olarak ta tanmlanmaktadr, Bu nedenle

burada lazer n ve k kelimeleri kullanlmaktadr.

Lazer kayna temel bileenden olumaktadr; ekil 3 te lazer makina sisteminin bir prensip semasi

gsterilmektedir.

2. I Enerji Kayna, Enerji pompalama,

Genelde elektrik enerjisi ve enerji pompalama ayn ksmi yap sistemi ierisinde yer almaktadr. Burada, lazer

aktif madde atomlarnn, molekllerinin tahrik edilmesi iin gerekli enerjiyi salamaktadr. Lazer aktif

medyuma enerji pompalama genelde iki yntemle gereklemektedir; Elektrik pompalama yntemi, Optik

pompalama yntemi. Elektrik enerji pompalama ynteminde lazer aktif madde elektrik enerjisi ile tahrik

edilerek atomlarn, molekllerin endst enerji seviyelerine atlamalarn salamaktadr. rnein CO2-lazerinde

(Burada bilgisayar daki yazilim kolayligi nedeniyle CO2-lazeri yerine CO2-lazeri yazilmaktadir). CO2-

moleklleri st enerji seviyelerine gemeleri vakumlu dearj tp ierisinde yaralan iki elektrotun doru

akmna veya yksek frekansl alternatif akma balanarak salanmaktadr. Optik enerji pompalama

ynteminde ise lazer aktif maddesi atomlar, molekleri kla, nla tahrik edilmektedir. Burada pompalama

gl bir optik lamba (kripton lambas), tpl lamba, dearj lambas veya diyotlu-lazer, gereklemektedir.

2.2 Lazer aktif madde, Lazer aktif ortam

Lazer nn ortaya kmasn salayan maddededir. rnegin, (lazer aktif maddeler; Er, Nd, Yb, Tm, Pr,)

Lazer aktif madde; - kat kristal (Nd:YAG), - gaz (CO2), veya - sv halde, ( renkli bir eriyik)

olabilmektedir. Seilen lazer aktif maddesine gre; yakut lazeri, helyum-neon lazeri, karbon dioksit-nitrojen

lazeri, eksimer, (excimer) lazeri, kripton lazeri, neodymium lazeri gibi farkl kullanm amalar iin ok sayda

lazer eitleri bulunmaktadr. Kat, sv veya gaz fazndaki lazer aktif kaynak ortamna gre de n; mortesi,

yeil, mavi, krmz veya kzltesi gibi farkl renkleri bulundurur. Lazer aktif ortam lazer tipine gre farkllklar

gstermektedir. NdYAG-lazerinde aktif ortam aktif bir madde ile zenginletirilmi bir kristal ubuk seklinde

bulunmaktadr. CO2-gaz lazerinde ve excimer lazerinde aktif ortam, iinde aktif gazlar bulunan bir tpten

ibarettir bu tpn hacmi bykl gaz lazerin gcn belirlemektedir. Fiber lazerinde ise aktif ortam optik

kablonun ekirdeinin lazer aktif madde ile rnegin Yb ile zenginletirilmesi ile salanmaktadr.

2.3. Resonatrler, (Ayna yanstclar)

ki farkl aynalardan oluan bir optik sistemdir. Lazer aktif maddenin arkasnda nlar yanstc bir ayna



sistemi, (R1) bulunmaktadr. Lazer n g lmleri iin n, k geirgenlii % 0.5 ile % 2 olan ayna

kullanlmaktadr, Sekil 3. III. nde ise ksmi geirgen (n, k geirgenlii % 40-50) olan bir ayna,

mercek sistemi, (R2) bulunmaktadr. Rozenatr; lazer nlarnn bir ksmn lazer aktif maddesine, aktif ortama

geri yanstarak devaml younlatrlm bir k demeti eklinde ve yaylma eksenine paralel yaylmalarn

salamaktadr /1-17/.

n resonatrden kan lazer demeti lazer tipine gre ayna, mercek sistemleri ile veya optik kablosu yada

lazer kablosu (10 mm apl fiber optik kablo, veya isin elyaf kablosu) yardmyla kaypsz istenilen yere,

operasyon noktasna, i parasna iletilmektedir. Lazer nlarnn optik kablosu ile iletimi lazer nnn dalga

boyuna gre deimektedir. rnein dk dalga boyutlu Nd-YAG-lazerin (l=1060 nm yada l =1.06mm)

iletiminde optik kablosu kullanlrken, CO2-lazerin iletimi ayna mercek sistemleri ile gereklemektedir. Elde

edilen lazerin absorbsiyon veya yanstma yatknl da lazerin dalga boyuna ve malzemeye gre deimektedir.

rnein, Nd-YAG-lazeri, CO2-lazerine gre metaller tarafndan daha iyi absorbe edilmektedir,

emilmektedir. Farkl malzemeler iin farkl absorbsiyon zellikleri vardr, rnein Al-malzemeleri demir, elik

malzemelerine kyasla lazer nlarnn absorbsiyonu dktr. /1-17/. Lazer enerji demetinin zamana gre

sreklilii pompalan enerjinin zamana gre srekliine baldr. Pompalama enerjisi kesildiinde lazer demetin

iletimi de kapanmaktadr. Malzemelerin ilenmesinde lazer demetin enerji iletimi sabit ya da impuls (darbeli)

eklinde olmaktadr. Birok malzeme ilemlerinde darbeli lazer tipi tercih edilmektedir, Sekil 4.

2. 4 Lazer nnn zellikleri

Lazer nnn baz nemli zelliklerinin nem sras gzetilmeden sralanmas : /1-17/

Son derece dzgn bir ktr ve ok az sapar. Youn bir ekilde yakn veya uzak hedefe kaypsz

ynlendirilebilir.

Ayrca lazer nlar, ayn fazda retilen k dalgalar olduu iin iddetleri byk olur.

Ergitme kaynanda, rnein yaygn olarak kullanlan ark kaynanda, metaller ergitilerek kaynak dikii

oluturulurken, lazer n kaynanda bu ilem, ok kk boyutlarda ve ksa srede malzemeler

buharlatrlarak gerekletirilir.

Lazer n kk bir noktaya yksek enerji verebilir ve bylece ok hassas iler yaplabilir.

Lazer n, dalga boyu tek olduundan monokromatik zellik tar. Frekans dalm aral, frekansnn

bir milyonda biri civarndadr. Bu nedenle istenilen frekansta ok sayda dalga, lazer dalgas zerine

bindirilmek suretiyle haberlemede iyi bir sinyal jeneratr olarak i grr. Ayn anda birok bilgi bir

yerden baka yere gnderilebilir.

Lazer dalmaz olduundan ksa darbeler halinde yaylabilmesi mmkndr. Bu zellik sayesinde

kaypsz yksek enerji naklinin yaplmas salanabilir.

Lazer, kendisinde bulunan yksek enerji sayesinde imalat endstrisinde, kesme, kaynak, delme ,

buharlatrarak tralama gibi ilerinde kullanlr.

Lazer n tek dalga boyuna sahip olduu iin lazer cinsine gre eitli renkte nlar elde etmek

mmkndr.



2. 5 Lazer Kalitesi

Lazer isini karmak bir yapya sahiptir, bu nedenle malzemelerin islenmesinde lazerin iyi odaklanabilirlii bir

lt, kyaslama deeri olarak kullanlmaktadr. Lazer nn kalitesi ayni zamanda malzeme ileme kalitesini

belirlemektedir. Lazerin kalitesi genelde retilen nn odaklanabilirlik deeri ile verilmektedir. Odak noktas

ne kadar kk ve keskin ise yani odak noktasnn ap ne kadar kk ve netse lazer n o nispette

kalitelidir. Lazerin kalitesi dalga boyu ve rezonatr moduna bal olarak deimektedir. Dalga boyu ne kadar

kkse n kalitesi o nispette iyidir. Baz tekniklerin uygulanabilmesi iin lazer nn dalga boyunun kk

olmas istenmektedir. rnein cep telefonu, bilgisayar mikro-ciplerinde, nanoteknik uygulamalarnda ok

kk dalga boylu nlara ihtiya vardr. (bilgisayardaki excimer lazeri, l=193 nm; Nanoteknik, l=70 nm

l=13 nm) Dier taraftan rezonatr modemi ne kadar yksekse, lazer nn kalitesi o kadar dktr.

/1,2,5,6,7,8/

Lazer isin kalitesi iki yntemle belirlenmektedir:

I Lazer parametre arpan deeri, (faktr) q

Literatrde lazer n kalitesi olarak ta gemektedir. ( Lazer arpan deeri tanmn da ben burada

kullanyorum!) Lazer arpan deeri, g yar divergenz as, qh ile odak noktasnn yar ap df / 2 arpmna

eittir. Denklem iin sekil 5 bakn! Bu deer lazerin odaklanabilirliinin dolaysyla lazerin kalitesinin bir

deeridir. Lazer arp deeri daha ok Nd-YAG-lazer gibi dalga boyu kk olan lazer nlar iin

kullanlmaktadr. /1-17/

II. Lazer propagasyon deeri, (Lazer yaylma faktr)

dier adi ile Lazer kalite deeri daha ok CO2-lazer nn kalitesini iin kullanlmaktadr. Lazer kalite deeri,

K= 0 ile 1 arasnda deimektedir, En iyi, yksek lazer kalite deeri 1 olarak verilmektedir. CO2-lazer, K=

0.2; Kaynak, CO2-Lazer, K=0.5 Kesme. CO2-lazerin. gc artka lazer K-deeri azalmaktadr

/1,2,4,5,7,8/. Denklem iin sekil 5 bakn!

3. YKSEK GL LAZER MAKNELER

Yksek gl CO2-lazer, ND-YAG-lazer, Ytterbium-fiber lazer ve diyot lazer ve Excimer lazer

kullanlmaktadr. Eskiden malzeme kesme ileri iin CO2-lazer makineleri, metallerin ilenmesinde, bilhassa

lazer kaynanda ise Nd: YAG-lazer makinalar kullanlmaktayd. Eksimer lazer bir gaz lazeridir, yksek gl

olanlar P



oranlar da % 2- % 3 lerden %10 - % 15 lere kadar ykseltilmitir. Diyot enerji pompal fiber lazerlerin verimi

% 30 lara, yksek gl diyot lazerlerin verimi de % 60 lara varmtr. Yeni tip yksek gl diyot lazerler

yekpare ve kk boyutlu yaplar ve artrlm lazer kaliteleri ile bilhassa plastik malzemelerin islenmesinde,

lazer lehimde, sertletirme gibi yzey ilemlerinde kullanlmaktadr. Lazer ergitme kaynak ynteminde de diyot

lazerler tercih edilmektedir. /1-17/

3.1 Yeni tip yksek gl lazer makinelerinin ortak zellikleri:

- Yksek g, (P=10 kW P=100kW,

- Yksek odaksal enerji younluu; 106 W/cm2 < E < 108 W/cm2

- yi lazer kalitesi,

- Yksek randman,

- Bilgisayar destekli komutlara ve kontrole uygunluk,

- Kompakt yani yekpare yap tarz,

- Mevcut makine sistemlerine, retim tezgahlarna ve portalarna,

retim bantlarna robotlara entegre olabilirlii.

- Mobilite zellikleri

- Uzun mrllk

- Dk maliyet

- Srekli ve impuls, (darbeli) isleme uygunluk

3.2 Lazer makina datalar

Lazer makinalarn ortak datalar olarak nominal g PN (kW), Maksimal g PL (kW), lazer tipi, ( kati, gas,

fiber diyot v.b.) Lazer dalga boyu l (mm yada nm), netletirilmi odak noktasnn ap, d (mm yada mm)

Lazer kalitesi (lazer tipine gre deimektedir rnegin fiber lazerler iin BPP), soutma ekli, verim oran h

(%), enerji pompalama, g kaynag, lazer iletim tipi (optik kablo yada ayna-mercek sistemi) mr, bakim

periyotlar, makinann ana boyutlar( uzunluk, genilik, ykseklik) arl, tanabilirlii, rn ileme maliyeti,

satn alma fiyat, ilem gazlar, v.b.

20 kW gcndeki fiber lazer makinas grnm ve nemli datalar ile Sekil 6 ve Tablo 1 rnek olarak

gsterilmektedir. Tablo 1 de Sanayide malzemelerin islenmesinde kullanlan yksek gl lazer makinalarn bir

karlatrlmas datalarla verilmektedir.

3.3 CO2-lazer Makinesi

CO2-lazer makinesinin ematik yaps ekil 7 da verilmektedir. Burada lazer aktif madde olarak CO2, N2

ve He gaz karm, (karm oran, 1,2,10) kullanlmaktadr. Bu gaz karmn bir pompa sistemi ile i basnc

100 mm olan bir dearj tp iinde devridaimi salanmaktadr. Vakum tp ierisinde bulunan elektrotlar

doru akm veya yksek frekansl alternatif akma, (13,56 MHz) balanarak salanan elektrikli dearj ile gaz

moleklleri uyarlmaktadr, bu suretle CO2-gaz molekllerinin endst enerji seviyelerine pompalanmaktadr.

N2-, ve He gazlar karmda lazer prosedrnde katk, destek amal bulundurulmaktadr. N2-gaz CO2-

molekllerin st enerji seviyelerine tahrikini kuvvetlendirmektedir, burada daha fazla younlamalarna katk



salamaktadr. He- gaz ise karmda soutucu olarak devreye sokulmaktadr. Bilindii gibi elektrikli dearj

srasnda, enerji pompalama ile vakum tp ierindeki gazlarn scakl ykselmektedir Bu scakln lazer

tipine gre 200o C ile 300o C gememesi istenilmektedir. Yksek scaklkta lazer aktif maddesini barndran

vakum tpnde, yap sistemi elemanlarnn yksek s gerilmelerin kmasna, sistemin hasar grmesine neden

olmaktadr ve lazerin kalitesini de drmektedir. Bu scaklkta CO2-lazeri en optimal randmana

ulamaktadr. lazer Bu nedenlerle lazer ilevi sresince dearj tpnn soutulmas dearj tp ierindeki

gazlarn srekli olarak deimesi ile gereklemektedir. Vakum tp ierinde gazlarn devridaimi ayni

zamanda gaz karmn da temizlemektedir. Dearj tpnn boyutlar, bilhassa uzunluu lazer gcn

belirlemektedir. Yeni tp ne kadar uzunsa lazerin gc o nispette byktr. Bu nedenle eitli konstrktif

mdahalelerle rnein, dearj tplerin okgenli dizili ile aktif madde boyu byk tutulmaktadr.

CO2-lazeri nceleri yksek gc nedeniyle (P=60kW) kesme ilerinde daha sonralar ise kaynak ilerinde de

kullanm alan bulmutur. CO2-lazer ynteminde n uzak mesafelerden bir kayba uramadan ayna sistemleri

araclyla para yerlerine ulatrlmaktadr. Bu yntemde, lazer kafas, yani lazer n penceri veya daha ksa

tanm ile lazer penceri sabit iken, paralar genelde 3 boyutlu ve boyutlu hareketli bir portal zerinde

hareket ettirilmektedir. Bu yntemin, retim portallarnn karmak ve ar yaps, imalat ilemi srasnda ortaya

kan titreimlerin retim kalitesine olan olumsuz etkisi gibi baz sakncalar bulunmaktadr. Makine ve

ekipmann pahal oluu nedeniyle CO2-lazer makinelerin kullanmlar snrl kalmtr. Yksek gc ve byk

dalga boyu ( l=10,6 mm ) nedeniyle CO2-lazeri sanayide levhalarn kesiminde tercih edilmektedir. /1-7,12-

17/

3.4 Nd:AG-Lazer Makinesi

NdYAG-lazeri sanayide YAG-lazeri olarak ta tanmlanmaktadr. Lazer aktif madde olarak Yttrium-

Alminyum granlat, YAG) ve Neodyum-iyonlar bulunan yapay bir kristalden olumaktadr. Lazer aktif

maddenin tahriki bu yap sisteminde optik pompalama yntemi ile gereklemektedir. rnein, bir kripton

lambas veya bir diyot lazeri ile gerekleebilmektedir. Nd:YAG Lazer makine sistemi ematik ekilde sekil 7

gsterilmektedir. YAG-lazeri genelde CO2-lazerine kyasla daha kktr. Kompakt, yani yekpare bir

yapya sahiptir. Enerji pompamla, Lazeraktif madde, rezonatrler ve kontrol kumanda ayn kavitasyon

sistemi, genelde elips seklinde yanstc bir boluk ierisinde bulunmaktadrlar. Lazer aktif kristal ubuunun

ve yap elemanlarn yksek sdan korunmalar iin aktif fan ve veya sv soutucu sistemleri kullanlmaktadr.

Genelde souk su devir daimi ile randman en yksek olaca scaklk deerlerinde,) tutulmaktadr.

Son yllarda diyot lazer pompal Nd-YAG-kat lazer makineleri kompakt yaplar, dk boyutlar, yksek

isin kalitesi ve gleri sayesinde (maksimal gc, yaklak P=10 kWa kadar ulamtr, imalat sanayinden,

malzemelerin islenmesinde yeni perspektifler, imkanlar salamaktadr /1-7,12-17/. Bu yksek g, kaln

metallerin kayna iin yeterli grlmektedir. Nd-YAG-kat lazer n, ksa dalga boyutudur ve metaller

tarafndan iyi absorbe, (emilme) edilmektedir. Lazer nnn ayn makineden prizler yardmyla birden fazla n

kablolar halinde istenilen yere iletilmesi nedeniyle imalathanelerde, fabrikalarda, seri retimde kullanm alan

bulmaktadr. Bu yntemde ilenen para sabit kalrken lazer kaynak n hareketli olmaktadr. Dier bir tercih



nedeni ise, mevcut konvansiyonel retim bantlarna, tezgahlarna ve portallarna uygunluu ve kolay entegre

edilebilmesidir. Bu yntemin sanayide mevcut konvansiyonel imalat yntemleri ile entegrasyonu mmkndr.

rnein, her iki yntemin iyi zelliklerini tayan bir sistemin (hybrit-kayna) gereklemesi, CO2-lazer

yntemine gre daha elverili sonular vermektedir /1-7,12-17/. Nd-YAG-lazer makineleri manuel imalat

yntemlerine de uygundur. retim yerinde bulunan n prizleri (yada optik prizler) ve optik kablolar

araclyla, elle hareket ve kontrol edilen lazer penceri, (lazer kafas) ile imalat ilemleri gerekletirilmektedir.

3.4 Fiber lazer makinalar

fiber lazer makineleri ( dier bir adyla da, In elyaf lazer makineleri) diyot pompal kat aktif lazer makineleri

ile n elyaf kablosunun (fiber optik kablonun) iyi zelliklerinin bir kombinasyonudur. Optik kablosu boyunca

uzanan esnek lazer aktif kristal ubuu kablonun ekirdeini tekil etmektedir. Ytterbium dozajl ubuklu

elyaf kablo bir veya birden fazla diyot pompal lazer nlar akm altnda yksek lazer gl nlarn,

(yaklak P =100 kW kadar elde edilmektedirler) meydana gelmesine neden olmaktadr. Fiber lazer makine

sistemin ematik yaps sekil 9 gsterilmektedir. Fiber lazer makinesi, bilinen konvansiyonel kaynak

makinelerine benzer ekilde donatlmaktadr. Kaynak elektrik kablosu yerine burada optik kablosu, (lazer

kablosu) elektrik kaynak pensi yerine lazer kaynak kafas, (penceri) dier bir adi ile fiber lazer penceri ve

ekipmanlar ile bulunmaktadr. Mobil lazer kaynak makinelerinde n, fiber optik kablolar vastasyla, ileme

tabi tutulacak paraya iletilmekte ve odaklanabilinmektedir. Bu yntemde paralar sabit veya hareketli

olabilmektedir. /1,2,6,-17/

Kk iletmelerde ve/veya dorudan retim yerlerinde tanabilir ve ok amal lazer makinelerine olan

gereksinim zerine, Ytterbium-Fiberlazer mobil lazer makineleri gelitirilmitir. Fiber lazer makineleri 2003

senesinden beri piyasada bulunmaktadr, sanayide kullanlmaktadr. Fiber-lazer makinelerinin randman, h >

30 % lara erimitir. . Bu verim dier lazer makinelerinde ok daha dktr. rnein Nd-YAG-lazer

makinelerin de bu oran % 2- ile % 10 arasnda deimektedir. Fiber lazer makinelerinde enerji pompalama

diyot lazerle gereklemektedir. Dalga boyu Nd-YAG lazerine yakn olusu (l=1064 nm =1.060 mm ) ayni

ekipmanlarla kullanlmaktadr. sin kalitesinin yaklak 17 mmxmrad (mm.mrad) olmas nedeniyle

Alminyum ve elik malzemelin kaynanda tercih edilmektedir. Fiber lazer kaynak makineleri kaln salarn

kaynanda kesmesinde elverilii nedeniyle gemi tersanelerinde, sualt boru demelerinde, sualt kaynak

islerinde otomobil endstrisinde CO2-lerin yerini almaktadr. Normal elektrik tesisatlarnda 63 A lk sanayi

sigortal bir prize taklp altrlmaktadrlar. Fiber lazer makinelerinin baz avantajlar: /1,2,6-17/

- Nd:YAG-lazer makinelerine kyasla yksek lazer gc ve yksek randman

- Yksek malzeme isleme hz ve derinlii

- Yksek n kalitesi, yksek kaliteli malzeme ilemi,

- Al- Mg alamlarn ilenmesine olan uygunluu

- Kk boyutlu, arl dk,

- Yekpare ve robust yan ok salam yap

- Tanabilirlik, mobil ileme sistemlerine uygunluk

- Atlye dndaki montaj ilerinde uygunluu,



- Rahat ve basit kullanm,

- Yksek isletme mr,

- Mevcut elektrik kasasna, 63 A sanayi prizine taklarak

Elektrik enerjisine kolaylkla balanabilme,

- malat ve tamir islerinde kullanm.

- Mobilite, yani rahat tanabilirlik ve kurulma.

4. SONULAR

malat sektrnde lazer temassz, anmasz ve ok amal kullanml bir takm olarak gnmzde

kullanlmaktadr. Bilgisayar destekli retime, otomasyona uygun oluu, ekonomik ve kaliteli bir retim

salamas nedeniyle sanayide malzemelerin islenmesinde her gecen gn konvansiyonel imalat yntemlerinin

yerini almaktadr. malat sektrnde kullanlan yksek gcl lazer makinelerin verimlerinde ve glerinde ok

ksa srelerde byk artlar elde edilmitir. Bunun paralelinde maliyet fiyatlarnda byk dler

kaydedilmektedir. Bu makinelerin kapladklar alan ve arlklar byk lde azalmtr. Normal kaynak

makineleri gibi rahatlkla tanabilinmektedirler. Trkiyede ise lazer imalat yntemleri ve lazer makinelerinin

retimi ile ilgili kayda deer bir etkinlik gzlenmemektedir. Eer Trkiye, belli sanayi rnlerinde dnya

pazarlarnda rekabet edebilme ansn kaybetmek istemiyorsa ve pazar payn yeni, ucuz ve kaliteli sanayi

rnleri ile geniletmek istiyorsa mutlaka lazer imalat teknolojisini kullanmak zorundadr.

* Lazer imalat yntemleri blm bundan sonraki makalede yer alacaktr.

Kaynaklar

1. zden H., Lazer makineleri ve Lazer yntemleri, Skript, Yksek lisans ders notlar, E, Makine Mh. Bl. 2007

2. zden H., Lazer kayna Skript, Doktora ders notlar, E, Makine Mh. Bl. 2007

3. Dorn L., u.a.: Schweien und Lten mit Festkrperlasern Springer, D-Berlin, 1992.

4. Oezden H, Dorn L., Shrestha S..; Laserstrahlschweissen im Schiffbau und meerestechnischen Anlagen DMS-Pamukkale niversitesi, 2004, Denizli

5. Dilthey U.; Laserstrahlschweien... DVS-Verlag, Dsseldorf, 2000

6. Trumpf, 2006, Laser tools in Germany language Vogel Buchverlag, D- Wrzburg,

7. N.N.: Laser in der Produktion : Praxisbeispiele und Entscheidungshilfen fr den Einsatz bei Laserstrahlschweien, VDI-Berichte ; 1621, VDI-Verl., D- Dsseldorf , 2001

8. Thomy, C., Vollertsen, F. and Seefeld, T., 2005, Welding with high-power Fiber laser.. in Germany language, Laserjournal Nr. 3, pp.28-31.

9. N.N.: Laser in der Produktion : Praxisbeispiele und Entscheidungshilfen fr den Einsatz bei Laserstrahlschweien, VDI-Berichte ; 1621, VDI-Verl., D- Dsseldorf , 2001

10. zden H., Investigating fiber lasers for shipbuilding and marine construction Laser-Welding In Shipbuilding AndMarine Structures Welding Journal Volume: 86 Issue: 5 Pages: 26-29 Published: MAY 2007

11. Ozden H, Gursel T, Development of a new laser beam welding technigue Sea Technology, SEA TECHNOLOGY Volume: 48 Issue: 7 Pages: 33-+ Published: JUL 2007

12. Internet, www.de.trumpf.com ; TRUMPF, GmbH, CO2-Laser, Informationsmaterial,

13. Internet, www.bias.de; Bremmen Lazerzentrum, Informationsmaterial

14. Internet, www.lhz.de ;Hannover-Laser-Zentrum, D-Hannover

15. Internet, www.wlt.de ; WLT Wssenschaftlche Gesellschaft Lasertechnk e.V.

16. Internet, www.laserverbund.de ; D-Berln-Brandenburg, e.V.

17. Internet, www.ilt.fhg.de ; Fraunhofer Institute for Lasertechnology ILT, D-Aachen



ekiller

ekil 1. Lazer kullanmlarna farkl rnekler,

(Lazer ilgili web sitelerinin brsrlerinden derlenmitir / 1 /)



ekil 2. Prensip olarak Elektromanyetik n dalgalarn meydan

gelii ve lazer

ekil 3. Lazer makine sistemin ematik yaps

ekil 4 Zamana gre Lazer enerji iletim, sabit ve darbeli lazer tipi



ekil 5. Lazer kalite faktrleri

Sekil 6 Yksek gcl fiber lazer makinasi



ekil 7 CO2-Lazer makina sistemi

ekil 8. Nd: YAG-Lazer makine sistemi



Lazer Makinalarin Bir Karlatrmas Fiber Lazer CO2

Lazer

Nd:YAGLazer

Maksimum Lazer Gc kW 100 60 10

Lazer Dalga Boyu mm 1.07 10.6. 1.06

Verim Oran % 20-30 5 (eski) -15

(yeni)

2 (eski) -10

(yeni)

Fiber Odak ap mm 200 600 -

Odaksal Uzunluk mm 200 150 300

Spot ap mm 420 430 512

In Parametre arpm,

(Lazer kalite arpan) BPP

mm*mrad 11.7 23.9 15.3

In Demeti letimi - Fiber kablo Ayna-mercek

sistemi

Fiber kablo

Tanabilirlik, (Mobilite) - Yksek Dk Dk

Lazer Kayna zi - Kk Geni Orta

mr saat 100000 Belirsiz 10000

Soutma - Hava, Su Dionized,

gaz, su

Su

Enerji besleme, (Elektr.

Trafo gc)

Dk

(priz)

Cok yksek

(Trafo dolab)

Yksek

(Trafo dolab)

Sekil 9 yksek gcl fiberlazer makinalarnn bir prensip semasi

Tablo 1

Documents

LAZER İMALAT YÖNTEMLERİ