Журнал электротехники и электронных технологий

Поверхностная структуризация оптической оснастки методом лазерной переплавки

Евгений Васильевич Бордачев,

Постановка проблемы: Функциональные характеристики оптических осветительных и осветительных изделий и компонентов критически зависят от передовых технологий для экономически эффективного изготовления оснастки со строгим качеством поверхности и точностью геометрии формы. Последние достижения в области лазерной обработки материалов привели к разработке основ новой уникальной технологии без добавления/удаления материала, известной как процесс структурирования поверхности лазерным переплавом (SSLRM) [1-3]. Во время SSLRM лазерный луч движется по поверхности заготовки с постоянной скоростью и синхронно контролируемой мощностью лазера, в то время как желаемая геометрия поверхности определяется как функция алгоритма управления мощностью лазера. Следовательно, новая геометрия поверхности формируется за счет перераспределения и перемещения расплавленного материала заготовки. Это сложный, сильно нелинейный термодинамический процесс, в котором быстрое плавление материала, перераспределение и быстрое затвердевание контролируются параметрами применяемого непрерывного лазерного облучения. Целью данного исследования является продвижение предварительных разработок SSLRM в направлении применения оптической оснастки [4, 5]. Методология: В качестве типичного элемента автомобильного заднего освещения был выбран клиновидный световод с подсветкой по краю (WELLG). Первоначально был оптически спроектирован синусоидальный WELLG, где его геометрические параметры (например, период 500 мкм, амплитуда 40 мкм, угол клина 2°, изготовленный из пластика PMMA) были найдены для обеспечения эффективности доставки света >50% при покрытии >80% освещенной области. Металлическая вставка из инструментальной стали DIN 1.2343 (AISI H11) была изготовлена ​​с использованием процесса SSLRM (рис. a), воспроизведена в пластике PMMA методом горячего тиснения в качестве функционального прототипа WELLG (рис. c), и ее оптические характеристики были оценены (рис. d). Результаты: Для изготовленной инструментальной вставки были достигнуты период 498,2 ± 3,8 мкм и амплитуда 40,0 ± 2,0 мкм. Пластиковый прототип WELLG продемонстрировал высокоэффективную производительность доставки света при полном покрытии освещенной области. Вывод и значимость: Это исследование демонстрирует высокий потенциал применимости процесса SSLRM для эффективного изготовления оптической оснастки для функций направления, распределения и освещения света и продуктов, особенно для автомобильной, солнечной энергетики и биомедицинской промышленности.