Zakład Obróbki Skrawaniem
Technologia maszyn: Technologie kształtujące- Obróbka skrawaniem
Nazwisko i imię: Majchrzak Magdalena		Semestr: 3	Wydział: BMiZ	Kierunek: ZiIP		Grupa: ZP 3/II
Temat ćwiczenia: Lasery
Data wykonania ćwiczenia: 11.12.2009	Data i podpis prowadzącego:				Ocena:

Zastosowanie laserów

Początkowo lasery zamierzano wykorzystać w celach wojskowych jak podają różne źródła (niepotwierdzone)pierwsze wykorzystanie laserów na polu walki miało miejsce już pod koniec lat 60 ubiegłego wieku. Laser został pomyślnie wykorzystany w konflikcie granicznym ZSSR z Chinami. W miarę wzrostu zapotrzebowania na nowe technologie lasery znajdują zastosowanie w każdej gałęzi przemysłu i usług. Najbardziej popularne jest wykorzystanie ich w przemyśle.

ZASTOSOWANIE LASERÓW W EUROPIE:

• cięcie 41%

• spawanie 21%

• znakowanie 14%

• precyzyjne spawanie punktowe 8%

• mikro obróbka 7%

• cięcie precyzyjne i drążenie 4%

• inne 5%

STOSOWANE MATERIAŁY W OBRÓBCE LASEROWEJ:

stal zwykła i stal stopowa 36 %

metale nieżelazne 17 %

plastik 16 %

drewno 9 %

ceramika 7%

papier, tektura 5 %

utwardzone polimery 5%

szkło 4 %

materiały stosowane w przemyśle odzieżowym 1%

1) Zastosowanie laserów w przemyśle:

• cięcie

Laserowe cięcie ma obecnie bardzo duże zastosowanie w przemyśle. Jest to jedna z metod termicznego oddzielania materiału. Rozdzielanie materiału może następować w trzech rodzajach, poprzez: sublimację, topienie, wypalanie. Najczęściej stosowana jest kombinacja trzech rodzajów do oddzielania materiału. Cechą ciecia laserowego jest punktowe wprowadzenie energii i wysokoenergetyczny strumień tnący. Celem cięcia laserowego jest wytwarzanie elementów, które bez dodatkowej obróbki nadają się do dalszej przeróbki. Warunkiem uzyskania dobrej jakości cięcia i wysokiego stopnia utrzymywania wymiarów ciętych elementów konstrukcyjnych jest dokładnie prowadzony strumień tnący w połączeniu z najwyższej jakości maszyną do cięcia o dużej odporności na drgania i o dobrej własności powtarzania. Lasery są obecnie szeroko stosowane zarówno do cięcia materiałów metalowych jak i niemetali. Są wykorzystywane w procesie cięcia stali niestopowych i wysokostopowych, aluminium, tytanu, tworzyw sztucznych, drewna i ceramiki.

Wyróżniamy następujące metody cięcia laserowego:

• Cięcie przez odparowanie- polega na tym, że materiał poddany działaniu zogniskowanej wiązki ulega odparowaniu w atmosferze gazu obojętnego. (Zastosowanie: materiały nie ulegające topnieniu- drewno, niektóre tworzywa sztuczne).

• Cięcie przez topienie i wydmuchiwanie- materiał poddany działaniu zogniskowanej wiązki ulega stopieniu i jest usuwany strumieniem gazu obojętnego. (Zastosowanie: metale -szczególnie dobre wyniki daje cięcie ciśnieniowe stali nierdzewnych.)

• Cięcie przez wypalenie- materiał poddany działaniu zogniskowanej wiązki jest wypalany przez strumień tlenu lub mieszaniny gazów zawierającej tlen.( Zastosowanie: metale i inne materiały spalające się w wysokiej temperaturze. Jest to najczęściej stosowana metoda cięcia , standardowa metoda dla stali węglowych.)

• Generowanie pęknięć termicznych- zogniskowana wiązka wywołuje naprężenia cieplne, powodujące pękanie materiału. (Zastosowanie: materiały kruche, zwłaszcza szkło).

• Zarysowanie - nacinany jest rowek lub rząd otworów i następnie materiał jest łamany mechanicznie. ( Zastosowanie: płytki krzemowe i korundowe).

• "Zimne" cięcie - promieniowanie lasera ekscymerowego powoduje niszczenie wiązań cząsteczkowych. ( Zastosowanie: tworzywa sztuczne).

Proces cięcia można podzielić na trzy etapy:

• początek cięcia

• cięcie właściwe

• zakończenie procesu cięcia

GAZY UŻYWANE PODCZAS CIĘCIA LASEROWEGO:

Cięcie stali niestopowych i niskostopowych z zastosowaniem tlenu jako gazu tnącego jest procesem egzotermicznym. Zachodząca reakcja dostarcza 40% energii potrzebnej do procesu, pozostałe 60% dostarcza promień lasera. Ciśnienie tlenu tnącego przy cięciu tego typu stali nie przekracza 6 bar. Cięcie wysokociśnieniowe z zastosowaniem tlenu do 20 bar stosowane jest dla takich materiałów jak brąz. Przepływ tlenu tnącego zależy od ciśnienia i średnicy dyszy. Dla cięcia niskociśnieniowego jest to przedział 20-110 l/min. Prędkość cięcia jest bardzo duża i sięga nawet 10 m/min. Gdy do cięcia stosujemy gaz obojętny np. azot, cała energia musi pochodzić od promienia laserowego. Wymagana jest więc większa moc urządzeń. Taką metodę stosujemy do cięcia stali wysokostopowych. Tutaj materiał jest topiony przez promień i wydmuchiwany przez strumień gazu obojętnego. Ciśnienie gazu tnącego jest zdecydowanie większe niż przy cięciu tlenem. Ciśnienie azotu wynosi 5-25 bar. Konsekwencją większego ciśnienia jest też większe zużycie gazu. Wynosi ono od 100-600 l/min. Średnice dysz tnących są również większe.
W przypadku cięcia przez wypalanie strumień gazu spełnia następujące funkcje:

• Poprzez spalanie ciętego materiału dostarcza energii ponad energię wiązki.

• Usuwa stopiony i spalony materiał ze szczeliny

• Chłodzi cięty materiał

Parametry strumienia gazów wywierają obok parametrów wiązki i prędkości posuwu wiązki laserowej zasadniczy wpływ na proces cięcia. Jego prawidłowy przebieg zapewniają następujące czynniki:

• odpowiednia czystość

• właściwe ciśnienie gazu

• właściwy stan i ustawienie dyszy

Przeznaczenie gazów w zależności od ciętego metalu.

Gaz	stale C-Mn	stale wysokostopowe	aluminium	stopy Ni	stopy Ti
O2	zalecany	możliwy
O2 wys.ciś.	zalecany	możliwy
N2	możliwy		zalecany	zalecany	zalecany
Ar					zalecany

Dla materiałów niemetalicznych stosuje się azot lub powietrze. Tlen jest stosowany głównie do cięcia gazowego i laserowego stali niestopowych i niskostopowych. Promień laserowy rozgrzewa stal do temperatury zapłonu. Spalanie materiału w strumieniu tlenu do cięcia generuje dodatkową energię cieplną, która wyraźnie przyspiesza proces cięcia. Firma MESSER oferuje tlen o minimalnej czystości 3.5 (99,95 % obj.). Gaz taki, w porównaniu z tlenem o jakości technicznej, zapewnia większą szybkość i precyzję cięcia. Dzięki krótszemu czasowi obróbki można znacznie obniżyć koszty procesu. Tlenem można ciąć również aluminium. Azot stosowany jest przede wszystkim przy cięciu stali wysokostopowych, ale także przy cięciu aluminium i niemetali. Przy cięciu z użyciem tlenu, poprzez spalanie materiału wytwarzana jest szczelina cięcia. Z kolei przy cięciu laserem, metodą wytapiania, azot wydmuchuje metal ciekły ze szczeliny cięcia.

ZALETY CIĘCIA LASEROWEGO :

• Wąska strefa wpływu ciepła,

• Gładka i czysta powierzchnia cięcia (nie wymaga obróbki wykańczającej),

• Oszczędność materiału poprzez występowanie wąskiej szczeliny cięcia,

• Duża szybkość cięcia,

• Szeroki zakres materiałów poddających się procesowi cięcia,

• Łatwość automatyzacji,

• Duża elastyczność procesu cięcia laserowego,

WADY CIĘCIA LASEROWEGO:

• Duży koszt inwestycyjny,

• Ograniczona grubość ciętej blachy, jest to podyktowane wymogami jakościowymi.

• spawanie

Spawanie laserowe polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego, o bardzo dużej gęstości mocy, ok. l0² do 10¹¹ W/mm² . Spawanie odbywać się może techniką z jeziorkiem spoiny, jak w klasycznym spawaniu łukowym, lub techniką z pełnym przetopieniem złącza, w jednym przejściu lub wielowarstwowo, bez lub z materiałem dodatkowym, czyli techniką z oczkiem spoiny. Bardzo duże gęstości mocy wiązki laserowej zapewniają, że energie liniowe spawania są na poziomie minimalnych energii wymaganych do stopienia złącza, a strefa wpływu ciepła i strefa stopienia są bardzo wąskie. Jednocześnie odkształcenie złączy jest tak małe, że spawane przedmioty mogą być wykonywane na gotowo, a po spawaniu nie jest wymagana dodatkowa obróbka mechaniczna. Wyróżnia się lasery małej mocy, które są wykorzystywane w elektronice do spawania punktowego oraz lasery dużej mocy (powyżej 1,5 kW) pozwalające spawać z oczkiem. W przypadku spawania laserem nie jest potrzebna próżnia, ponieważ wiązka bez przeszkód przenika przez powietrze. Przez to spoina jest narażona na zanieczyszczenia i wymagane jest stosowanie gazów ochronnych. Do spawania używane są zarówno lasery CO₂ jak i Nd:YAG.
Od wielu lat lasery Nd:YAG o mocy 100-500 W znajdują zastosowanie do spawania niewielkich elementów jak przyrządy medyczne, obudowy sprzętu elektronicznego. Lasery Nd:YAG dużej mocy często są wyposażane w tzw. miękką optykę i współpracują z robotami. Głównym obszarem ich zastosowania jest łączenie elementów karoserii samochodowych.
Zasada procesu spawania polega na lokalnym podgrzaniu materiału poprzez skupienie promienia. Wskutek parowania otrzymuje się kapilarę względnie oczko, którego średnica odpowiada 1,5 - 2 razy średnicy punktu skupienia. Zamknięciu się kapilary zapobiega ciśnienie oparów. Do spawania laserami CO₂ najczęściej stosuje się gazy: Ar, N2, CO2 lub He, które wspomagają ten proces, dzięki nim można osiągnąć głębokość spoiny do 25mm, służą one jednocześnie do ochrony wytopu przed skutkami utleniania.

Do obecnej chwili zbudowano wiele generacji laserów stałych, półprzewodnikowych, cieczowych i gazowych znajdujących zastosowanie w różnych dziedzinach techniki i technologii. Do celów spawalniczych wykorzystuje się lasery o działaniu impulsowym (rubinowe, Nd:Glass, YAG) lub ciągłym (CO₂). Wiązka laserowa przechodząc z lasera do przedmiotu spawanego poprzez system przesłon zwierciadeł i elementów optycznych jest ogniskowana w obszarze spawania. Wiązka światła laserowego padając na powierzchnię metalu ulega intensywnemu odbiciu w zależności od rodzaju metalu i stanu jego powierzchni. Współczynnik absorpcji energii kwantów promieniowania wynosi tylko 1-5% dla laserów CO₂ i 2-30% dla laserów stałych. Efektywność spawania laserowego zależy więc od absorpcji energii wiązki laserowej przez powierzchnie spawanego przedmiotu. Dlatego też istotnym problemem przy spawaniu laserowym jest odpowiednie przygotowanie (zmatowienie, poczernienie) powierzchni, na którą pada wiązka laserowa. Spoiny wykonane spawarką laserową o działaniu ciągłym nie różnią się od spoin wykonanych wiązką elektronów, natomiast wykonane spawarką impulsową składają się ze zbioru częściowo pokrywających się spoin punktowych odpowiadających poszczególnym impulsom. Przy spawaniu cienkich blach ze stali niskowęglowej (poniżej 3 mm) ze względu na duże prędkości spawania i krótki czas przebywania metalu spoiny w temperaturach utleniania możliwe jest zrezygnowanie z osłony jeziorka spawalniczego. W innych przypadkach, a w szczególności przy spawaniu metali reaktywnych konieczne jest zastosowanie osłony gazu obojętnego od strony wiązki laserowej i od strony grani złącza. Spawanie laserowe może odbywać się z dodatkiem lub bez dodatku spoiwa, w jednym przejściu lub wielościegowo. Złącza o małych grubościach oraz złącza metali bardzo dobrze spawalnych wiązką laserową spawa się w jednym przejściu, bez materiału dodatkowego. Spawanie laserowe pozwala łączyć przy równej lub nawet wyższej jakości wszystkie metale i stopy spawane elektronowo. Niska energia liniowa spawania laserowego jest korzystna przy spawaniu stopów aluminium, gdyż większość tych stopów umacniana jest wydzieleniowo lub przez odkształcenie plastyczne. Wąska spoina i SWC zapewniają, że własności mechaniczne złączy stopów aluminium spawanych laserowo są znacznie wyższe niż złączy spawanych łukowo.

Przeznaczenie spawania kondukcyjnego :

• spawanie kondukcyjne stosuje się w przypadku wymagania bardzo dobrej powierzchni spawanej,

• do spawania cienko ściennych rur,

• gdy nie może dojść do parowania metalu,

• mikrospawanie, np. elementy zegarków.

GAZY OCHRONNE UŻYWANE PRZY SPAWANIU LASEROWYM:

1. Hel:

• bardzo dobra ochrona przeciw utlenianiu stali chromowo-niklowych oraz stopów na bazie niklu i na bazie tytanu

• wysoka energia jonizacji ułatwia

• kontrolowanie plazmy tworzącej się w kapilarze

• spoina jest gładka i jednorodna

• wysoki koszt

2. Argon:

• bardzo dobra ochrona przeciw utlenianiu stali chromowo-niklowych oraz stopów na bazie niklu i na bazie tytanu

• umiarkowany koszt

• stosowanie dyszy o średnicy 1,5÷2,5 mm przez co zwiększa się prędkość wypływu gazu

• złe ustawienie dyszy względem promienia powoduje powstawanie nierównej i chropowatej spoiny

• nadmierna ilość plazmy może utrudniać uzyskanie głębokiego przetopienia

3. Azot:

• przy wysokich prędkościach spawanie można osiągnąć głębsze przetopienie niż w przypadku helu

• niski koszt

• stosowanie dyszy o średnicy 1,5÷2,5mm przez co zwiększa się prędkość wypływu gazu

• spoina bywa nierówna

4. Dwutlenek węgla:

• równa i gładka powierzchnia spoiny

• daje dobre rezultaty przy spawaniu stali niskowęglowych

• niski koszt

• nie chroni przed utlenianiem stali chromowo-niklowych oraz stopów na bazie tytanu

• stal odpuszczona wykazuje wzrost twardości w obrębie szczeliny

PARAMETRY SPAWANIA LASEROWEGO:

• moc wiązki światła laserowego ciągłego w kW,

• energia impulsu światła laserowego w kJ, czas jego trwania w ms i częstotliwość powtarzania impulsu w Hz,

• prędkość spawania w m/min,

• długość ogniska wiązki laserowej w mm,

• średnica wiązki laserowej w mm,

• położenie ogniska wiązki laserowej względem złącza w mm,

• rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego w l/min.

ZALETY SPAWANIA LASEROWEGO:

• Wysoka gęstość mocy (spawanie typu kapilarnego)

• małe dystorsje,

• wąska spoina,

• wąska strefa wpływu ciepła.

• Wysoka prędkość procesu,

• Nie wymaga spoiwa,

• Spawanie z wysoką precyzją,

• Wysoka czystość procesu,

• Możliwość łączenia materiałów trudnospawalnych,

• Łatwość automatyzacji.

• znakowanie

Znakowanie laserowe polega na noszeniu na powierzchnię przedmiotów znaków przy pomocy wiązki promieniowania laserowego. Promieniowanie to powoduje usunięcie cienkiej warstwy materiału, bądź zmiany termofizyczne lub termochemiczne wywołujące zmianę zabarwienia. Powierzchnia materiału bywa specjalnie pokrywana warstwą np. farby lub tlenku celem zwiększenia kontrastowości oznakowania.
Istnieją dwie podstawowe metody znakowania:

Pierwsza z nich polega na naświetlaniu przedmiotu poprzez specjalnie wykonaną maskę odwzorującą obraz, który ma być przeniesiony na przedmiot. Maska jest wykonana zazwyczaj z metalu (np. z miedzi z uwagi min. na dobre odprowadzania ciepła) umieszczona jest na drodze niezogniskowanej wiązki. Promienie przechodzące przez otwory w masce przechodzą następnie przez układ ogniskujący i dalej powodują zmiany w odpowiednich miejscach na powierzchni przedmiotów. Powierzchnia przedmiotu znajduje się poza ogniskiem wiązki.

Druga metoda znakowania polega na sterowaniu zogniskowanej wiązki promienia lasera za pomocą dwóch zwierciadeł poruszanych elektromagnetycznie jest to tzw. system galwo. Używa się do tego celu na ogół laserów Nd:YAG ciągłego działania lub impulsowych o mocach od kilkudziesięciu do kilkuset watów. Zwierciadła pozwalają na przeniesienie płaskiego obrazu o wymiarach dochodzących do 300X300 mm bez poruszania przedmiotem. Obraz może być tworzony z pojedynczych punktów lub linii. Częstotliwość ruchów uchylnych luster dochodzą do 500Hz, prędkość zogniskowanej wiązki dochodzi do 100 m/s. Dokładność prowadzenia wiązki po materiale leży w granicach 0,01 mm.

Zalety znakowania laserowego:

• wysoka jakość znakowania i wysoka powtarzalność,

• trwałość: odporność na ścieranie, ciepło, chemikalia, światło UV,

• trudne do sfałszowania,

• możliwość znakowania z wysoką rozdzielczością,

• duże prędkości znakowania,

• możliwość znakowania obiektów poruszających się i pozostających w spoczynku,

• bezdotykowość znakowania ,

• możliwość znakowania powierzchni niepłaskich, nierównych, miękkich, twardych,

• czystość i suchość procesu znakowania,

• bardzo wysoka elastyczność (systemy programowalne),

• bardzo niskie koszty eksploatacji, konserwacji.

Wady znakowania:

• wysoki koszt inwestycyjny,

• brak możliwości znakowania w kolorach

• drążenie otworów

• obróbka powierzchniowa

• hartowanie

• stapianie warstwy powierzchniowej

• wzbogacanie warstwy przypowierzchniowej w składniki stopowe

• nakładanie warstwy przypowierzchniowej (natapianie)

2) Pomiar odległości
Geodeci używają przyrządów zwanych dalmierzami laserowymi do bardzo dokładnych pomiarów odległości - od kilku metrów do około 3 km. Wiązka dalmierza laserowego jest kierowana na odbijający cel. A gdy natrafi na lustro, zostaje obita z powrotem do niego. Instrument rejestruje czas, który upłynął od wysłania impulsu świetlnego do jego odbioru, i oblicza z niego odległość do celu.

3) Do określenia poziomu skażenie atmosfery
Analizując pochłanianie światła o różnych długościach fali przez chemikalia zawarte w powietrzu, można mierzyć skażenie atmosfery. Niektóre związki chemiczne, pobudzone energia lasera, emitują charakterystyczne dla siebie światło. Zjawisko to nosi nazwę fluorescencji. Posługując się podniebnym laserem o odpowiedniej długości fali świetlnej i rejestrując wywołaną przez niego fluorescencję, naukowcy mogą badać tak różne zjawiska, jak stan zdrowia lasów czy rozmiary plamy ropy naftowej na morzu.

4) Dźwięk i dane na CD
jest przechowywany w formie danych cyfrowych, czyli serii zer i jedynek. Cyfrowy zapis dźwięku nie tylko ułatwia jego bardzo dokładne odtwarzanie, ale także umożliwia dokonywanie w nim zmian za pomocą komputera w celu jego ulepszania oraz wstawiania specjalnych efektów dźwiękowych. Indeksowanie informacji cyfrowych jest łatwe, zatem specjaliści od dźwięku mogą z łatwością odnaleźć dokładnie ten fragment, który ma być przetworzony, a słuchacz w domu może odszukać ścieżkę, której chce słuchać. Zapis dźwięku i danych na CD składa się z ciągu zagłębień - wycinanych za pomocą małego lasera półprzewodnikowego w warstwie metalu pokrywającej plastykowy dysk. Płyta wiruje w napędzie z dużą szybkością, a wiązka światła laserowego jest skupiona na jej płaszczyźnie. Gdy wiązka trafi na zagłębienie zostaje rozproszona, a gdy płaska powierzchnia odbije ją do detektora, wytwarza impuls. Z impulsów tych składa się kod zarejestrowanych danych lub dźwięku. Układ elektroniczny odtwarzacza zamienia ten kod na prąd sygnału elektrycznego, który zostaje przekształcony w dane lub dźwięki.

5) Światłowody
W miarę jak coraz więcej ludzi używa Internetu, telefonu i faksu, rośnie zapotrzebowanie na łącza telekomunikacyjne. I w tej dziedzinie lasery są pomocne. Kable światłowodowe, przewodzące sygnały w formie impulsów świetlnych o różnej intensywności, przenoszą wielokrotnie więcej informacji, niż tradycyjne miedziane kable telefoniczne. W światłowodowych sieciach telekomunikacyjnych pojedyncze włókno może równocześnie przesyłać tysiące rozmów telefonicznych.

6) Zastosowanie laserów w medycynie

W medycynie stosuje się lasery:

• wysokoenergetyczne,

• niskoenergetyczne.

Lasery wysokoenergetyczne służą do destrukcji bądź usuwania tkanek. Mają średnią lub dużą moc, bądź są to lasery impulsowe.
W okulistyce lasery są wykorzystywane do przecinania cyst powiek lub spojówek, przecinania naczyń wrastających w rogówkę, perforacji cyst tęczówki, przecinania zrostów tęczówkowo - rogówkowych, do zabiegów przeciwjaskrowych i przeciwzaćmowych, do korekcji wad wzroku (astygmatyzmu, krótkowzroczności i dalekowzroczności) i do witreotomii. Szczególnym wskazaniem do laserowej korekcji wady refrakcji jest duża wada wzroku tylko w jednym oku. Najnowszą metodą korekcji wady refrakcji lub astygmatyzmu jest LASIK (Laser Assised In Situ Keratomileusis). Polega ona na użyciu lasera ekscimerowego, który działając z dokładnością do 0,25 mikrometra odparowuje nierówności w głębszych warstwach rogówki. Metoda ta koryguje wadę refrakcji w zakresie od +6 do -13 dioptrii. Dermatolodzy za pomocą laserów usuwają naczyniaki oraz niektóre nowotwory (np. raka podstawnokomórkowego). W laryngologii laserem leczy się nowotwory krtani oraz wykonuje rekonstrukcję kosteczek słuchowych. W pulmonologii lasery są stosowane do rekanalizacji dróg oddechowych, usuwania ciał obcych i źródeł krwawienia, fotokoagulacji receptorów kaszlu. W chirurgii lasery służą do udrażniania przełyku w chorobach nowotworowych, hamowania krwawienia z górnego odcinka przewodu pokarmowego, leczenia łagodnych nowotworów jelita grubego. W ginekologii lasery są stosowane w laparoskopii do uwalniania zrostów wewnątrzmacicznych i w miednicy, w leczeniu endometriozy, mięśniaków, łagodnych torbieli przydatków, wodniaków jajowodów. W urologii są stosowane do kruszenia złogów w moczowodach, leczenia łagodnego przerostu prostaty. W neurochirurgii są wykorzystywane do usuwania oponiaków, glejaków i nerwiaków. W chirurgii naczyniowej za pomocą laserów wykonywana jest przezskórna angioplastyka. Lasery niskoenergetyczne działają biostymulująco poprzez wpływ na metabolizm komórek.
Jest to wykorzystywane w leczeniu ran, oparzeń, odleżyn oraz bólów stawowych.

Lasery mogą zastępować skalpele w sali operacyjnej i ułatwiają bezpieczniejsze, szybsze i skuteczniejsze wykonywanie niektórych delikatnych zabiegów. Otwierają też drogę do bezbolesnych wizyt w gabinecie dentysty. W tradycyjnej chirurgii wszystkich cięć dokonuje się za pomocą skalpela. Ale cięcia wykonane skalpelem krwawią, a w niektórych częściach ciała operowanie skalpelem jest utrudnione. Teraz chirurdzy dostali do rąk nowe narzędzie - skalpel laserowy. Bardzo skupiona wiązka tnie tkankę. Światło lasera zostaje doprowadzone do zakończenia skalpela za pośrednictwem światłowodu. W wielu bardzo delikatnych operacjach, jak w chirurgii mózgu, skalpele laserowe są używane do wykonywania cięć subtelniejszych od włosa ludzkiego. Skalpele laserowe ograniczają także krwawienia pooperacyjne, ponieważ ciepło, jaki wydzielają, zgrzewa przecinane naczynia krwionośne. Przy leczeniu ciężkich oparzeń, lekarz najpierw musi usunąć warstwę spalonej skóry i odsłonić zdrową powierzchnię, aby pozostała część skóry mogła się zagoić. Za pomocą skalpela laserowego można szybko i stosunkowo mało boleśnie zdejmować naskórek. Skalpel laserowy może także służyć do usuwania tatuaży przez zdejmowanie bardzo cienkich warstw skóry. Natężenie wiązki laserowej skalpela może być dostosowane do potrzeb. Przy małej mocy służy do spajania rozerwanych tkanek lub krwawiących naczyń krwionośnych. Przy dużej mocy może przebijać lub unicestwiać tkanki. Wiązka dużej mocy jest użyteczna do oczyszczania zablokowanych arterii lub niszczenia chorych tkanek.

Skalpel laserowy

ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA LASEROWEGO NA TKANKI

1. Efekt fototermiczny - po absorpcji promieniowania przez tkankę dochodzi do jej nagrzania, denaturacji i odparowania. Efekt ten zależy od ilości dostarczonej energii, czasu promieniowania oraz rodzaju tkanki.

2. Efekt fotochemiczny - wysyłanie krótkich impulsów o dużej gęstości mocy powoduje rozrywanie wiązań chemicznych bez nagrzewania tkanek, tzn. w miejscu oddziaływania promieniowania dochodzi do rozkładu i usunięcia tkanki, ale bez termicznego uszkodzenia tkanek sąsiednich.

3. Efekt fotojonizujący - współistnieje z efektem fotochemicznym. Na skutek wysyłania krótkich impulsów o dużej gęstości mocy dochodzi do jonizacji cząsteczek w tkance. Powstaje plazma, która silnie absorbuje promieniowanie - dochodzi do ekspansji plazmy, co wywołuje powstanie uderzeniowej fali akustycznej. Destrukcja tkanki ma charakter eksplozji.

4. Efekt biostymulacji - jest to efekt działania promieniowania o małej mocy. Zostaje stymulowany transport elektronów w łańcuchu oddechowym oraz dochodzi do kumulacji ATP.

Historia laserów w medycynie:

• W 1962 r. po raz pierwszy na świecie zastosowano lasery w dermatologii.

• W 1963 r. zespół naukowców z Katedry Podstaw Radiotechniki WAT pod kierunkiem prof. dr inż. Zbigniewa Puzewicza uruchomił pierwszy w kraju laser na ciele stałym (rubinowy).

• W 1965 r. na bazie tego lasera zbudowano koagulator okulistyczny i mikrodrążarkę laserową.

• W 1965 r. po raz pierwszy na świecie zastosowano laser CO₂ w chirurgii.

• Od 1972 r. zaczęto powszechniej wykorzystywać lasery w medycynie światowej. Wiązało się to z możliwością prowadzenia wiązki laserowej w światłowodach, co w efekcie pozwoliło na wprowadzanie promieni laserowych do jam ciała oraz narządów jamistych.

• W 1976 r. w Wojskowej Akademii Medycznej wykonano pierwsze zabiegi laryngologiczne aparaturą wykorzystującą promieniowanie lasera rubinowego.

• W latach 80. w Wydziałowym Instytucie Optoelektroniki WAT pod kierunkiem prof. dr inż. Zdzisława Jankiewicza zbudowano m.in. lancet chirurgiczny z impulsowym laserem Nd:YAG do zabiegów w przednim odcinku oka oraz zestaw do chirurgii ogólnej z laserem Nd:YAG.

• W 1986 r. po raz pierwszy na świecie użyto lasera do rozbicia kamieni żółciowych.

---