Разлики между влакнени и CO2 лазерни лещи

Въведение: Сърцето на вашата лазерна система

В основата на всяка високоточна лазерна машина за рязане и заваряване се намира един критичен компонент: фокусиращата леща. Тази оптична система има за цел да вземе мощната лазерна лъчева енергия и да я концентрира в изключително малко и интензивно фокусирано петно, което позволява на лазера да реже метал или да го заварява с голяма прецизност. Въпреки това, не всички лазери са еднакви и съответно техните лещи също не са еднакви. За обективите на влакнестите лазери различните производители на лазерни глави имат различни конструкции на оптичния път и структура, дори ако те имат еднакъв диаметър и фокусно разстояние. Когато става въпрос за CO2 фокусиращи лещи, формата, диаметърът, дебелината на ръба и фокусното разстояние са ключови параметри, които всички потребители трябва да знаят преди покупката.

Основната разлика: Всичко започва с дължината на вълната

Най-важният фактор, който отличава тези две лещи, е дължината на вълната на лазерната светлина, с която те са проектирани да работят. Дължината на вълната, измервана в микрона (μm) или нанометри (nm), определя как светлината взаимодейства с материята, включително и с материала на лещата.

• CO2 лазери: Тези лазери работят при дълга дължина на вълната от 10,6 микрометра (μm). Това е в средния инфрачервен спектър, който е невидим за човешкото око.
• Влакнести лазери: За разлика от тях, влакнестите лазери произвеждат светлина при много по-къса дължина на вълната, типично около 1,07 микрометра (μm) или 1064 нанометра (nm). Това е в близкия инфрачервен спектър.

Защо това е важно? Представете си, че се опитвате да използвате стъклен прозорец, за да насочите топлината от огън на открито. Стеклото може да блокира топлината (дълги инфрачервени вълни), докато позволява на видимата светлина да минава. По подобен начин материали, които са напълно прозрачни за една дължина на вълната, могат да бъдат напълно непрозрачни или поглъщащи за друга. Това е основната причина, поради която обективът за влакнест лазер не може да се използва в CO2 лазерна система и обратното.

Материал на обектива: Ключът към прозрачността и поемането на мощност

Различните дължини на вълната директно определят материалите, от които трябва да се произвеждат отделните оптични елементи в обективния комплект. Този избор влияе на цената, издръжливостта и производителността, особено при условия на висока мощност.

• CO2 лазерни лещи: Златният стандарт за материала на оптичните елементи в CO2 леща е селенид на цинк (ZnSe). ZnSe има изключително нисък коефициент на абсорбция при дължината на вълната 10,6 μm, което позволява на лазерната енергия да преминава с минимални загуби и генериране на топлина. Други материали като германий (Ge) и арсенид на галий (GaAs) също се използват за специфични високомощни или специализирани приложения. Тези материали често са по-скъпи и могат да са чувствителни към термичен шок.

Влаконни лазерни лещи: Материалът по избор за оптичните елементи в типична влаконна лазерна леща е разтопен кварц или синтетичен кварц. Разтопеният кварц осигурява извънредна прозрачност при дължината на вълната 1 μm, висока термична стабилност и отлична устойчивост към термолизинг — явление, при което лещата се нагрява и променя формата си, разфокусирайки лъча. Той е също много твърд и устойчив към замърсяване, което го прави издръжлив за промишлени среди.

Оптичен дизайн: Лещов блок срещу оптични елементи

Разбирането на оптическия дизайн изисква разграничаване между цялостния "обективен блок" и отделните "оптически елементи" в него. Фокусиращ обектив е система, чиято реализация не е ограничена до един-единствен тип оптичен елемент.

CO2 лазерна оптика: CO2 лазерен фокусиращ блок може да използва както пропускащи (с обективи), така и отразяващи (с огледала) конструкции. Въпреки че обективите от ZnSe са често срещани, при много високи мощности (например няколко киловата) се предпочитат отразяващи фокусиращи огледала. Те често са параболични огледала, изработени от мед или мolibден. Това е ярък пример, при който един "CO2 фокусиращ обективен блок" изобщо не задължително съдържа пропускащ оптичен елемент; основният му компонент може да бъде отразяващо огледало.

Оптика за влакнест лазер: Съвременната глава за рязане с влакнест лазер е сложна оптична система. Тази лещова група обикновено съдържа няколко елемента: група колиматорни лещи, група фокусиращи лещи и предпазен прозорец. Основният фокусиращ елемент в тази конструкция най-често се изработва от фузирани кварци поради отличните си общите свойства. Важно е обаче да се разбере, че този елемент може да бъде единична леща, дублет (две залепени заедно лещи) или дори асферична леща, в зависимост от изискваната производителност. Следователно връзката между „лещова група за влакнест лазер“ и конкретен „лещов елемент“ не е фиксирана; това е персонализирано решение.

Фокус върху приложението: Защо правилната леща определя вашите резултати

Разликата в дължината на вълната не влияе само върху лещата; тя определя кои материали могат да бъдат обработвани ефективно от лазера.

• CO2 лазери с лещи от ZnSe: Дължината на вълната 10,6 μm се абсорбира отлично от неметални материали. Това прави CO2 лазерите, комбинирани с подходяща леща, превъзходен избор за рязане и гравиране на дърво, акрил, пластмаси, текстил и керамика.
• Влакнести лазери с лещи от фузирани кварцови стъкла: Дължината на вълната 1 μm се абсорбира много по-ефективно от метали. Това прави лещата за влакнест лазер сърцето на съвременното производство на метал. Тя е ключовият компонент, който позволява рязане, заваряване и маркиране на стомана, неръждаема стомана, алуминий, месинг и мед с безпрецедентна скорост и енергийна ефективност.

Какви са разликите в поддръжката на CO2 оптика и влакнеста оптика

Поради уникалните свойства на 1064nm близко-инфрачервените лазери, тяхното основно качество на лъча и компактна конструкция, лазерното рязане с влакнести лазери демонстрира значителни предимства по отношение на ефективността, точността и икономичността при обработката. Особено подходящи за приложения при металообработка, влакнестите лазерни системи бързо увеличават своя дял на пазара за сметка на CO2 лазерни режещи машини през последните години. В сравнение с CO2 лазерите, влакнестите лазери изискват по-ниски разходи за поддръжка на своите основни оптични компоненти и те са по-лесни за замяна. Производителите непрекъснато оптимизират дизайна на режещите глави, което позволява на потребителите навременно да сменят части, без да повреждат вътрешните компоненти. Например, чекмеджето за фокусиращо леща и чекмеджето за колимационна леща за фокусиране и чекмеджето за колимационна леща позволява на потребителите да извършват подмяна в чиста среда, без нужда от професионална помощ. Въпреки това, поради сложната вътрешна структура на CO2 лазера, подмяната на всички оптични компоненти трябва да се извършва от професионалисти на място, което не е евтино.