 |
§ 2. Лазерные технологии и нанотехнологии
|
|
|
|
§ 2. Лазерные технологии и нанотехнологии
 |
Лазерные технологии — процессы обработки, изготовления, изме- нения состояния свойств и формы материалов, осуществляемые по- средством лазерного излучения. В настоящее время лазерная техноло- гия стала одной из приоритетных технологий в обработке материалов, в связи и информационных технологиях, в оптоэлектронике, в биоло- гии и медицине, а также в измерениях расстояний, навигации, научных исследованиях, в сфере культуры и развлечений.
Активное внедрение лазерной технологии во все сферы современ- ного общества показывает общий уровень технологического развития страны.
Основными областями применения лазеров в мире являются:
• телекоммуникации (системы связи), оптическая память и обработ- ка информации (67% мирового рынка);
• обработка материалов (25%);
• медицина (8%).
Рис. 1. 4. Процесс лазерной резки металлического листа
При обработке различных конструкцион- ных материалов: ткани, бумаги, картона, дре- весины, металлов, пластических материа- лов — ручными или механическими способа- ми большое количество материалов идёт в отходы. Например, от 10 до 20% отходов ме- таллолома, металлической стружки и пыли получают при металлообработке деталей на металлорежущих станках. Это проблема боль- ших материальных и финансовых потерь, утилизации отходов, соблюдения экологиче- ских мер безопасности.
Высокий уровень развития лазерной об-
работки материалов: резка, сварка, закалка, сверление отверстий, гравировка, упрочнение поверхностей и другие технологические опера- ции — позволит избежать этих проблем.
Сегодня лазерная резка металла применяется при производстве металлических изделий на крупных промышленных предприятиях и в мелкосерийном производстве. С помощью лазера можно вырезать
|
|
|
из любого материала детали сложнейших форм, причём с точностью до сотых до- лей миллиметра. Лазерная резка метал- ла (рис. 1. 4) характеризуется максималь- ной скоростью производственного про- цесса, высокой точностью, экономией ресурсов и практически безотходностью материалов.
Лазерная гравировка и резка на ко-
Рис. 1. 5. Станок для лазерной резки
и гравировки
Рис. 1. 6. Образец ремня, выполненный в технике гравировки и тиснения
же и кожзаменителях — современная технология нанесения изображения на поверхности изделий из этих материалов, основанная на удалении части материала (рис. 1. 5). Например, гравировку можно выполнить на изделиях из кожи — чехлах для очков, записных книжках, обложках для книг, ремнях (рис. 1. 6), элементах одежды.
Современные лазерные технологии, применяемые при обработке различных
10
конструкционных материалов, имеют ряд преимуществ перед традици- онными способами обработки. Отметим их.
1. Лазерные технологии позволяют увеличить срок службы деталей в 3—10 раз благодаря упрочнению поверхностного слоя деталей.
2. Высокая концентрация энергии луча лазера позволяет произво- дить обработку только поверхности малого участка, без нагрева осталь- ного объёма материала, при малом времени воздействия и с большими скоростями.
3. Отсутствие механических воздействий на обрабатываемый обра- зец.
4. Возможность обработки на воздухе без вредных отходов, что по- вышает экологическую безопасность предприятия.
5. Лёгкость автоматизации процессов и высокая производитель- ность.
6. Расширение видов обрабатываемых материалов — керамики, ми- нералов, горных пород, неметаллических материалов, которые не под- даются резанию каким-либо другим способом.
|
|
|
7. Прочность швов при лазерной сварке в несколько раз выше, чем при использовании электросварки, что очень важно для многих отрас- лей промышленности, например атомной энергетики.
8. Повышение качества обработки материалов.
Технологический прогресс во всём мире направлен в сторону раз- работки машин, устройств, технических систем размером с молекулу. Разработкой, созданием и управлением такими устройствами занима- ется нанотехнология. Нанотехнология — совокупность процессов, по- зволяющих создавать материалы, функционирование которых опреде- ляется наноструктурой — упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров (1 нм = 10–9 м; атомы, молекулы).
Этот термин был предложен в 1974 г. японским физиком Норио Та- нигучи. Так он назвал производство изделий размером в несколько на- нометров.
Нанотехнологии успешно развиваются во многих странах мира, в том числе в России: в промышленности, исследованиях космоса, энергетике, сельском хозяйстве, строительстве, медицине.
В настоящее время наноматериалы используются для изготовле- ния:
• нанопокрытий металлов, резко увеличивающих их твёрдость;
• упрочнённых наночастицами полимеров в автомобилях;
• нелиняющих красителей для текстильной промышленности;
• солнечных батарей, топливных элементов, электрических аккуму- ляторов с увеличенным сроком службы, нанофильтров;
• 
лекарственных препаратов, биосовместимой ткани для трансплан- тации;
• материалов для упаковки продуктов питания, косметики и одеж- ды.
Полезная информация
• Инженеры российского холдинга «Швабе» АО «Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова» разработали технологии, обеспечивающие высококачественную очистку и надёжную защиту памятников архитектуры от различных загрязнений и неблагопри- ятных погодных условий. Защитный слой сохраняет свои свойства в температурном диапазоне от –60 до +250 °С. Технология включает в себя обработку загрязнённой поверхности лазерным излучением и последующее нанесение инновационного гидрофобного покры- тия. От стандартных способов (пескоструйная очистка, химиче- ские вещества) новую технологию отличает отсутствие вредного воздействия на обрабатываемую поверхность. Прибор для лазерной очистки имеет компактные размеры, бесшумен в работе, не требует каких-либо расходных материалов и позволяет очищать загрязнён- ную поверхность со скоростью 10 м2 в час.
|
|
|
• Учёные из Томского политехнического университета разработали
медицинский препарат на основе наночастиц серебра, который об- ладает универсальным действием на вирусы, бактерии и грибки. Его можно применять в качестве вспомогательного средства при ле- чении гриппа и ОРВИ.
• В области современных технологий востребованы специалисты сле-
дующих профессий: инженер по лазерной технике и лазерным технологиям, нанотехнолог.
 |
12
? Вопросы и задания
1. Какие преимущества имеет лазерная обработка конструкционных ма териалов перед традиционными видами обработки? 2. Что такое нано технология? 3. Почему при использовании нанотехнологий могут исчезнуть отходы?
Задание 1
1. Используя информацию из Интернета, личные наблюдения и ассоциа ции, найдите примеры использования лазеров при обработке древесины и металлов, при обработке ткани.
2. Запишите примеры в рабочей тетради.
Задание 2
1. Используя информацию из Интернета, личные наблюдения и ассоциа ции, найдите примеры применения нанопродуктов в медицине.
Приведите примеры применения нанопродуктов в сельском хозяй стве.
2. Запишите примеры в рабочей тетради.
|
|
|
