Forskelle mellem fiber- og CO2-laserlinser

Indledning: Hjertet i dit lasersystem

I hjertet af enhver højpræcisions laserudskærings- og svejsningsmaskine ligger en afgørende komponent: fokuseringslinsesamlingen. Dette optiske system har til formål at tage den kraftige laserstråle og koncentrere dens energi i et ekstremt lille, intensivt punkt – hvilket er, hvad der tillader laseren at skære igennem metal eller svejse det med så stor præcision. Men ikke alle lasere er ens, og derfor er deres linsesamlinger heller ikke ens. For fiberlaserlinser har forskellige producenter af laserudskæringshoveder forskellige design for den optiske sti og struktur, selvom de måske har samme diameter og brændvidde. Når det gælder CO2-fokuseringslinser, er form, diameter, kanttykkelse og brændvidde de nøgleparametre, som alle brugere skal kende, inden de køber.

Den grundlæggende forskel: Det starter med bølgelængden

Den enkelte vigtigste faktor, der adskiller disse to linser, er bølgelængden for det laserlys, de er designet til at arbejde med. Bølgelængde, målt i mikrometer (μm) eller nanometer (nm), bestemmer, hvordan lys interagerer med materie, herunder linsens materiale selv.

• CO2-lasere: Disse lasere fungerer ved en lang bølgelængde på 10,6 mikrometer (μm). Dette er i det midterste infrarøde spektrum, som er usynligt for det menneskelige øje.
• Fiberlasere: I modsætning hertil producerer fiberlasere lys ved en meget kortere bølgelængde, typisk omkring 1,07 mikrometer (μm) eller 1064 nanometer (nm). Dette er i det nære infrarøde spektrum.

Hvorfor er dette vigtigt? Forestil dig, at du forsøger at bruge et glasvindue til at fokusere varmen fra et bål. Glasset kan blokere varmen (langbølget infrarød stråling), mens det lader synligt lys passere. På samme måde kan materialer, der er fuldstændig gennemsigtige for én bølgelængde af lys, være helt ugennemsigtige eller absorberende for en anden. Dette er hovedårsagen til, at et objektivsystem til fiberlaser ikke kan anvendes i et CO2-lasersystem, og omvendt.

Objektivmateriale: Nøglen til gennemsigtighed og effekthåndtering

De forskellige bølgelængder bestemmer direkte de materialer, hvorfra de enkelte optiske elementer i objektivsystemet skal fremstilles. Dette valg påvirker omkostninger, holdbarhed og ydeevne, især under højeffektforhold.

• CO2 Laserlinser: Det guldstandardiserede materiale for de optiske elementer i et CO2-linsesæt er zinkselenid (ZnSe). ZnSe har en ekseptionelt lav absorptionsgrad ved bølgelængden 10,6 μm, hvilket tillader laserenergi at passere igennem med minimal tab og varmeudvikling. Andre materialer som germanium (Ge) og galliumarsenid (GaAs) anvendes også til specifikke højtydende eller specialiserede applikationer. Disse materialer er ofte dyrere og kan være følsomme over for termisk stød.

Fiberlaserlinser: Det foretrukne materiale for de optiske elementer i et standard fiberlaser-linsesæt er fused silica eller syntetisk kvarts. Fused silica har fremragende gennemsigtighed ved bølgelængden 1 μm, høj termisk stabilitet og udmærket modstandskraft mod termisk linseeffekt – et fænomen hvor linsen opvarmes og ændrer form, hvilket forvrider strålen. Det er desuden meget hårdt og modstandsdygtigt over for forurening, hvilket gør det holdbart i industrielle miljøer.

Optisk Design: Linsesæt vs. Optiske Elementer

For at forstå den optiske design, skal man skelne mellem den komplette "linsegruppe" og de enkelte "optiske elementer" inde i den. Et fokuseringsobjektiv er et system, og dens implementering er ikke begrænset til én enkelt type optisk element.

CO2-laseroptik: En CO2-laserens fokuseringsgruppe kan benytte både transmitterende (ved hjælp af linser) og reflekterende (ved hjælp af spejle) konstruktioner. Selvom ZnSe-linser er almindelige, foretrækkes reflekterende fokuseringsspejle ved meget høje effektniveauer (f.eks. flere kilowatt). Disse er ofte parabolske spejle fremstillet af kobber eller molybdæn. Dette er et fremragende eksempel på, hvor en "CO2-fokuseringslinsegruppe" slet ikke nødvendigvis indeholder et transmitterende linseelement; dens kernekomponent kan være et reflekterende spejl.

Fiberlaseroptik: Et moderne fiberlaser-skærehoved er et komplekst optisk system. Dette linsearrangement indeholder typisk flere elementer: en kollimeringslinsegruppe, en fokuseringslinsegruppe og et beskyttelsesvindue. Det centrale fokuserende element i dette arrangement er som regel fremstillet af fused silica på grund af dets fremragende egenskaber. Det er dog vigtigt at forstå, at dette element kan være en enkelt linse, en dobbeltlinse (to linser limet sammen) eller endda en asfærisk linse, afhængigt af den krævede ydelse. Forholdet mellem et "fiberlaser-linsearrangement" og et specifikt "linseelement" er derfor ikke fast; det er en skræddersyet løsning.

Anvendelsesfokus: Hvorfor den rigtige linse definerer dine resultater

Bølgelængdeforskellen påvirker ikke kun linsen; den bestemmer, hvilke materialer laseren kan bearbejde effektivt.

• CO2-lasere med ZnSe-linser: Bølgelængden på 10,6 μm absorberes udmærket af ikke-metalliske materialer. Dette gør CO2-lasere, kombineret med den korrekte linseopsætning, til det overlegne valg til skæring og gravering af træ, akryl, plast, tekstiler og keramik.
• Fiberlasere med fused silica-linser: Bølgelængden på 1 μm absorberes meget mere effektivt af metaller. Dette gør fiberlaserens linseopsætning til hjertet i moderne metalbearbejdning. Det er den nøglekomponent, der muliggør skæring, svejsning og mærkning af stål, rustfrit stål, aluminium, messing og kobber med hidtil uset hastighed og energieffektivitet.

Hvad er forskellene i vedligeholdelse af CO2-optik og fiberoptik

På grund af de unikke egenskaber ved 1064 nm nær-infrarøde lasere, deres grundlæggende strålekvalitet og kompakte design har fiberlaserskæring vist betydelige fordele mht. processeffektivitet, præcision og omkostningseffektivitet. Især velegnet til metalbearbejdning anvendelser har fibersystemer de senere år hurtigt vundet markedsandele fra CO2-laserskæremaskiner. I forhold til CO2-lasere kræver fiberlasere lavere vedligeholdelsesomkostninger for deres kerneoptiske komponenter og er lettere at udskifte. Producenter optimerer løbende skæreknivedesign, hvilket gør det muligt for brugere at udskifte dele hurtigt uden at beskadige interne komponenter. For eksempel fokuseringslinseskuffe og kollimeringslinseskuffe fokuseringslinseskuffe og kollimeringslinseskuffe tillader brugere at udføre udskiftninger i et rent miljø uden behov for professionel assistance. På grund af den komplekse indre struktur i CO2-laseren skal udskiftningen af alle optiske komponenter dog udføres af fagfolk på stedet, hvilket ikke er billigt.