CC BY
17СЕКЦИЯ «3D МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ»
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Булгатова Ю.Д., Афанасьев А.В.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия bigtvi@bk.ru
В последние годы активно развиваются приложения лазерного излучения в медицине, в частности в косметологии, стоматологии и лечении рака [1], а также в физике светочувствительных материалов. В случаях лучевой терапии или процессов модификации важно, чтобы всюду приходил свет однородной интенсивности, поскольку только строго дозированное воздействие на протяжении определенного времени приводит к требуемому результату. Очень часто генерируемое лазерами или дошедшее до облучаемого объекта излучение имеет неоднородное распределение интенсивности. Для лазерной техники это связано с тем, что при распространении света возможны аберрации в оптических элементах, возникновение спеклов. Для одинакового дозированного облучения материалов необходимо создать устройство, преобразующее имеющееся излучение с областями высокой яркости в требуемое с однородным распределением интенсивности.
На мировом рынке существуют аналоги данного устройства, продаваемые на коммерческой основе, преобразующие излучение за счет рассеяния или за счет создания массива микролинз [2]. Аналоги первого типа (матовые пластины) хоть и создают однородное распределение интенсивности, но достаточно большую часть излучения поглощают в себе или рассеивают в стороны, т.е. теряется часть лазерной энергии. Аналоги второго типа достаточно дороги в производстве, т.к. требуют точное изготовление микролинз и создание структуры из них в пространстве.
Для получения однородного распределения интенсивности в качестве аналога микролинз использовались микрошары. Для увеличения их фокусного расстояния была применена идея иммерсионной жидкости, а после подобрана твердая среда с требуемыми оптическими свойствами.
Исследование на базе модельных шаров (1 мм) показало, что необходимо учитывать размеры шаров, чтобы лучи, проходящие между ними, не образовывали прожекторную зону, тем самым нарушая однородность интенсивности. Была предложена теоретическая модель, учитывающая фокусировку света в микрошарах и дифракцию прошедшего излучения, позволяющая оптимизировать их параметры. Варьирование размеров микрошаров показало, что наилучшими для использования являются шары 200-300 микрон.
Для подтверждения однородности распределения интенсивности проводилось сканирование начального и полученного потока фотодиодом с малым диаметром. Также подобная процедура проводилась и для матовой пластины. Таким образом, устройство доказало свою эффективность и работоспособность.
В итоге был получен массив микрошаров, погруженных в твердую среду, который позволяет преобразовывать имеющееся излучение в требуемое с однородным распределением интенсивности. Представленное устройство оказалось достаточно эффективным и недорогим, а также простым в изготовлении. Прототип был использован в экспериментах по созданию периодических структур, содержащих золотые наночастицы.
1. Серебряков В.А. Опорный конспект лекций по курсу лазерные технологии в медицине. 2009. 266.
2. https://www.edmundoptics.com/optics/windows-diffusers/optical-diffusers/holographic-uv Holographic UVDiffusers. Edmund Optics.
3. Роуэлл Г., Герберт С. Физика. 1994. 576.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИНСТРУМЕНТА И ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ МЕТОДОМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Быков В.А., Радионов Л.В., Самодурова М.Н.
Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия vitality. b yko v. 9 7@gmail. com
При обработке металлов давлением происходит изнашивание инструмента и деталей оборудования, используемого для осуществления процессов прокатки, волочения, штампования, ковки и прессования. Так, например, в процессе прокатки происходит повреждение рабочего слоя бочки валков из-за износа и усталости металла, воспринимающего циклические контактные нагрузки. В процессе штамповки наиболее часто требуют ремонта и восстановления элементы оснастки, а именно штампы пресс-формы. Штампы используются до тех пор, пока не износятся до такой степени чтобы не обеспечивать изготовления продукции с требуемыми характеристиками по качеству. Аналогичным образом изнашивается и становится не пригодным для дальнейшего использования инструмент и детали оборудования, используемого в других процессах ОМД.
