Diferencias entre lentes láser de fibra y de CO2

Introducción: el corazón de su sistema láser

En el núcleo de cada máquina de corte y soldadura láser de alta precisión se encuentra un componente crítico: el conjunto de lentes de enfoque. Este sistema óptico se encarga de tomar el haz láser potente y concentrar su energía en un punto extremadamente pequeño e intenso, lo que permite al láser cortar metal o soldarlo con gran precisión. Sin embargo, no todos los láseres son iguales, y por consiguiente, tampoco lo son sus conjuntos de lentes. Para el lente láser de fibra, diferentes fabricantes de cabezales de corte láser tienen diseños distintos para la trayectoria óptica y la estructura, aunque puedan tener el mismo diámetro y longitud focal. En cuanto al lente de enfoque CO2, la forma, el diámetro, el espesor del borde y la longitud focal son los parámetros clave que todos los usuarios deben conocer antes de realizar la compra.

La diferencia fundamental: todo comienza con la longitud de onda

El factor más importante que distingue estas dos lentes es la longitud de onda de la luz láser para la que están diseñadas. La longitud de onda, medida en micrones (μm) o nanómetros (nm), determina cómo interactúa la luz con la materia, incluido el propio material de la lente.

• Láseres CO2: Estos láseres funcionan con una longitud de onda larga de 10,6 micrómetros (μm). Esta longitud se encuentra en el espectro infrarrojo medio, que es invisible al ojo humano.
• Láseres de fibra: En contraste, los láseres de fibra producen luz con una longitud de onda mucho más corta, típicamente alrededor de 1,07 micrómetros (μm) o 1064 nanómetros (nm). Esta longitud se encuentra en el espectro infrarrojo cercano.

¿Por qué es importante esto? Imagine intentar usar una ventana de vidrio para enfocar el calor de una fogata. El vidrio podría bloquear el calor (infrarrojo de onda larga) mientras permite el paso de la luz visible. De manera similar, los materiales que son completamente transparentes a una longitud de onda de luz pueden ser totalmente opacos o absorbentes a otra. Esta es la razón principal por la cual un conjunto de lentes para láser de fibra no puede utilizarse en un sistema de láser CO2, y viceversa.

Material de la lente: La clave para la transparencia y manejo de potencia

Las diferentes longitudes de onda determinan directamente los materiales con los que deben fabricarse los elementos ópticos individuales dentro del conjunto de lentes. Esta elección afecta el costo, la durabilidad y el rendimiento, especialmente bajo condiciones de alta potencia.

• Lentes para láser CO2: El material estándar de oro para los elementos ópticos en un conjunto de lentes CO2 es el seleniuro de cinc (ZnSe). El ZnSe tiene una tasa de absorción excepcionalmente baja para la longitud de onda de 10,6 μm, lo que permite que la energía del láser pase con mínima pérdida y generación de calor. Otros materiales como el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs) también se utilizan en aplicaciones específicas de alta potencia o especializadas. Estos materiales suelen ser más costosos y pueden ser sensibles al choque térmico.

Lentes para láser de fibra: El material preferido para los elementos ópticos en un conjunto de lentes láser de fibra estándar es sílice fundida o cuarzo sintético. La sílice fundida ofrece una transparencia excelente a la longitud de onda de 1 μm, alta estabilidad térmica y una resistencia excelente al efecto de lente térmica, un fenómeno en el que la lente se calienta y cambia de forma, desenfocando el haz. Además, es muy dura y resistente a la contaminación, lo que la hace duradera en entornos industriales.

Diseño Óptico: Conjunto de Lentes vs. Elementos Ópticos

Entender el diseño óptico requiere distinguir entre el "conjunto de lentes" completo y los "elementos ópticos" individuales que contiene. Una lente de enfoque es un sistema, y su implementación no está limitada a un solo tipo de elemento óptico.

Óptica para láser CO2: Un conjunto de enfoque para láser CO2 puede utilizar diseños tanto transmisivos (usando lentes) como reflectivos (usando espejos). Aunque las lentes de ZnSe son comunes, a niveles de potencia muy altos (por ejemplo, varios kilovatios), se prefieren espejos de enfoque reflectivos. Estos suelen ser espejos parabólicos fabricados en cobre o molibdeno. Este es un ejemplo claro en el que un "conjunto de lentes de enfoque CO2" no necesariamente contiene un elemento de lente transmisivo; su componente principal podría ser un espejo reflectivo.

Óptica de láser de fibra: Una cabeza moderna de corte por láser de fibra es un sistema óptico complejo. Este conjunto de lentes normalmente contiene varios elementos: un grupo de lentes colimadoras, un grupo de lentes enfocadoras y una ventana protectora. El elemento de enfoque principal dentro de este conjunto está fabricado habitualmente en sílice fundida debido a sus excelentes propiedades generales. Sin embargo, es fundamental comprender que este elemento puede ser una lente individual, un doblete (dos lentes pegadas entre sí) o incluso una lente asférica, dependiendo del rendimiento requerido. Por lo tanto, la relación entre un "conjunto de lentes para láser de fibra" y un "elemento de lente" específico no es fija; se trata de una solución personalizada.

Enfoque de aplicación: Por qué la lente adecuada define sus resultados

La diferencia de longitud de onda no solo afecta a la lente; determina qué materiales puede procesar eficientemente el láser.

• Láseres de CO2 con lentes de ZnSe: La longitud de onda de 10,6 μm es excelentemente absorbida por materiales no metálicos. Esto hace que los láseres de CO2, combinados con el conjunto de lentes adecuado, sean la opción superior para cortar y grabar madera, acrílico, plásticos, textiles y cerámicas.
• Láseres de fibra con lentes de sílice fundida: La longitud de onda de 1 μm es absorbida mucho más eficientemente por los metales. Esto convierte al conjunto de lentes del láser de fibra en el corazón de la fabricación moderna de metales. Es el componente clave que permite el corte, soldadura y marcado de acero, acero inoxidable, aluminio, latón y cobre con una velocidad y eficiencia energética sin igual.

¿Cuáles son las diferencias en el mantenimiento entre óptica de CO2 y óptica de fibra?

Debido a las propiedades únicas de los láseres de infrarrojo cercano de 1064 nm, su calidad fundamental del haz y su diseño compacto, el corte por láser de fibra ha demostrado ventajas significativas en eficiencia, precisión y rentabilidad. Especialmente adecuados para aplicaciones de fabricación de metales, los sistemas de láser de fibra han estado ganando rápidamente participación de mercado frente a las máquinas de corte por láser CO2 en los últimos años. En comparación con los láseres CO2, los láseres de fibra requieren costos de mantenimiento más bajos para sus componentes ópticos principales y son más fáciles de reemplazar. Los fabricantes optimizan continuamente los diseños de la cabeza de corte, permitiendo a los usuarios reemplazar piezas oportunamente sin dañar los componentes internos. Por ejemplo, el cajón del lente focalizador y el cajón del lente colimador el cajón del lente focalizador y el cajón del lente colimador permiten a los usuarios realizar reemplazos en un entorno limpio sin necesidad de asistencia profesional. Sin embargo, debido a la estructura interna compleja del láser de CO2, el reemplazo de todos los componentes ópticos debe realizarse por profesionales in situ, lo cual no es barato.