تفاوت‌های بین عدسی‌های فیبر و CO2 لیزر

مقدمه: قلب سیستم لیزر شما

در مرکز هر دستگاه برش و جوشکاری لیزری با دقت بالا، یک جزء حیاتی قرار دارد: مجموعه عدسی فوکوس. این سیستم نوری وظیفه دارد پرتو قدرتمند لیزر را گرفته و انرژی آن را در یک نقطه بسیار کوچک و شدید متمرکز کند؛ همین امر به لیزر اجازه می‌دهد تا فلزات را با دقت بالا برش دهد یا آنها را جوش دهد. با این حال، تمام لیزرها یکسان نیستند و در نتیجه مجموعه عدسی‌های آنها نیز یکسان نیستند. در مورد عدسی لیزر فیبر، طراحی مسیر نوری و ساختار توسط تولیدکنندگان مختلف سر برش لیزر فیبر متفاوت است، حتی اگر ممکن است قطر و طول کانونی یکسانی داشته باشند. در مورد عدسی فوکوس CO2، شکل، قطر، ضخامت لبه و طول کانونی از پارامترهای کلیدی هستند که کاربران باید قبل از خرید از آنها آگاه باشند.

تفاوت اساسی: همه چیز از طول موج شروع می‌شود

مهم‌ترین عامل که این دو لنز را از هم متمایز می‌کند، طول موج نور لیزر است که هر کدام برای کار با آن طراحی شده‌اند. طول موج که برحسب میکرون (μm) یا نانومتر (nm) اندازه‌گیری می‌شود، تعیین می‌کند که نور چگونه با ماده، از جمله خود ماده لنز، تعامل دارد.

• لیزرهای CO2: این لیزرها در طول موج بلند ۱۰٫۶ میکرومتر (μm) کار می‌کنند. این مقدار در محدوده مادون قرمز میانی قرار دارد که برای چشم انسان نامرئی است.
• لیزرهای فیبری: در مقابل، لیزرهای فیبری نوری با طول موج بسیار کوتاه‌تر تولید می‌کنند که معمولاً حدود ۱٫۰۷ میکرومتر (μm) یا ۱۰۶۴ نانومتر (nm) است. این مقدار در محدوده مادون قرمز نزدیک قرار دارد.

چرا این موضوع مهم است؟ تصور کنید سعی دارید از یک پنجره شیشه‌ای برای متمرکز کردن گرمای ناشی از آتش کمپ استفاده کنید. شیشه ممکن است گرما (مادون قرمز با طول موج بلند) را بلوکه کند، در حالی که نور مرئی از آن عبور می‌کند. به همین ترتیب، موادی که برای یک طول موج خاص از نور کاملاً شفاف هستند، ممکن است برای طول موج دیگری کاملاً کدر یا جاذب باشند. این دقیقاً دلیل اصلی است که یک مجموعه لنز لیزر فیبری نمی‌تواند در یک سیستم لیزر CO2 استفاده شود و برعکس.

ماده لنز: کلید شفافیت و تحمل توان

طول موج‌های مختلف به طور مستقیم تعیین می‌کنند که عناصر اپتیکی تشکیل‌دهنده مجموعه لنز از چه موادی باید ساخته شوند. این انتخاب بر هزینه، دوام و عملکرد تأثیر می‌گذارد، به ویژه در شرایط توان بالا.

• لنز لیزر CO2: ماده استاندارد طلا برای عناصر نوری در یک مجموعه لنز CO2 ، زنک سلناید (ZnSe) است. ZnSe دارای نرخ جذب بسیار پایین برای طول موج 10.6μm است، که اجازه می دهد انرژی لیزر با حداقل از دست دادن و تولید گرما عبور کند. مواد دیگر مانند جرمنیوم (Ge) و آرسنیید گالیوم (GaAs) نیز برای کاربردهای خاص با قدرت بالا یا تخصصی استفاده می شوند. این مواد اغلب گران تر هستند و می توانند به شوک حرارتی حساس باشند.

لنز های لیزری فیبر: مواد مورد نظر برای عناصر نوری در یک مجموعه لنز لیزر فیبر استاندارد سیلیکون ذوب شده یا کوارتز مصنوعی است. سیلیکون ذوب شده شفافیت فوق العاده ای را در طول موج 1μm، ثبات حرارتی بالا و مقاومت عالی در برابر لنز حرارتی ارائه می دهد. پدیده ای که در آن لنز گرم می شود و شکل خود را تغییر می دهد، شعاع را غیر متمرکز می کند. همچنین بسیار سخت و مقاوم در برابر آلودگی است، که آن را برای محیط های صنعتی پایدار می کند.

طراحی نوری: مونتاژ لنز در مقابل عناصر نوری

برای درک طراحی نوری، باید تفاوت را بین «مجمع لنز» کامل و «عناصر نوری فردی» درون آن تشخیص داد. یک لنز فوکوس‌کننده یک سیستم است و پیاده‌سازی آن محدود به یک نوع خاص از عنصر نوری نیست.

ابزارهای نوری لیزر CO2: یک مجمع فوکوس‌کننده لیزر CO2 می‌تواند از طراحی‌های شفاف (با استفاده از عدسی‌ها) و بازتابی (با استفاده از آینه‌ها) بهره ببرد. هرچند عدسی‌های ZnSe رایج هستند، اما در سطوح بسیار بالای توان (مثلاً چند کیلووات)، آینه‌های فوکوس‌کننده بازتابی ترجیح داده می‌شوند. این آینه‌ها اغلب از جنس مس یا مولیبدن و به شکل سهمی‌وار هستند. این مثالی بارز است که در آن یک «مجمع فوکوس‌کننده CO2» لزوماً شامل عنصر لنز شفاف نیست؛ بلکه مؤلفه اصلی آن می‌تواند یک آینه بازتابی باشد.

ابزارهای نوری لیزر فیبری: سر برش لیزر فیبری مدرن یک سیستم نوری پیچیده است. این مجموعه عدسی معمولاً شامل چندین عنصر است: گروه عدسی موازی‌کننده، گروه عدسی فوکوس‌کننده و یک پنجره محافظ. عنصر فوکوس اصلی در این مجموعه معمولاً از جنس سیلیس ذوب‌شده (Fused Silica) ساخته می‌شود، زیرا دارای خواص کلی عالی است. با این حال، ضروری است بدانید که این عنصر می‌تواند یک عدسی تکی، دوتایی (دو عدسی چسب‌خورده به هم) یا حتی یک عدسی آسферیکال باشد که بستگی به عملکرد مورد نیاز دارد. بنابراین، رابطه بین «مجموعه عدسی لیزر فیبری» و یک «عنصر عدسی» خاص ثابت نیست؛ بلکه یک راه‌حل سفارشی است.

تمرکز کاربرد: چرا انتخاب عدسی مناسب تعیین‌کننده نتایج شماست

تفاوت طول موج تنها بر عدسی تأثیر نمی‌گذارد؛ بلکه مشخص می‌کند که لیزر به چه موادی به‌طور کارآمد پردازش می‌کند.

• لیزرهای CO2 با عدسی‌های ZnSe: طول موج 10.6μm به‌خوبی توسط مواد غیرفلزی جذب می‌شود. این ویژگی لیزرهای CO2 را که همراه با مجموعه عدسی مناسب است، گزینه برتری برای برش و حکاکی چوب، آکریلیک، پلاستیک، منسوجات و سرامیک می‌کند.
• لیزرهای فیبری با عدسی‌های سیلیس ذوب‌شده: طول موج 1μm توسط فلزات بسیار کارآمدتر جذب می‌شود. این ویژگی مجموعه عدسی لیزر فیبری را قلب ساخت و ساز مدرن فلزات می‌کند. این مؤلفه کلیدی امکان برش، جوشکاری و علامت‌گذاری فولاد، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، برنج و مس را با سرعت و بازده انرژی بی‌نظیر فراهم می‌کند.

تفاوت‌های نگهداری اپتیک‌های CO2 و اپتیک‌های فیبری چیست

به دلیل خواص منحصر به فرد لیزرهای نزدیک به مادون قرمز با طول موج 1064 نانومتر، کیفیت بالای پرتوی اساسی و طراحی جمعوجغرون، برش لیزری فیبر در سالهای اخیر مزایای قابل توجهی را در کارایی فرآیند، دقت و صرفهجویی هزینه نشان داده است. این فناوری بهویژه برای کاربردهای ساخت فلزات مناسب است و در سالهای اخیر سهم بازار قابل توجهی را از ماشینهای برش لیزر CO2 به خود اختصاص داده است. در مقایسه با لیزرهای CO2، لیزرهای فیبر هزینه نگهداری پایینتری برای اجزای اپتیکی اصلی دارند و تعویض آنها آسانتر است. سازندگان به طور مداوم طراحی سر برش را بهینه میکنند تا کاربران بتوانند قطعات را به موقع و بدون آسیب به اجزای داخلی تعویض کنند. به عنوان مثال، جعبه لنز فوکوس کننده و جعبه لنز همگامساز کشوی لنز فوکوس کننده و کشوی لنز همگامساز به کاربران اجازه می‌دهد تا تعویض قطعات را در محیطی تمیز و بدون نیاز به کمک متخصص انجام دهند. با این حال، به دلیل ساختار داخلی پیچیده لیزر CO2، تعویض تمام مؤلفه‌های نوری باید توسط متخصصان در محل انجام شود که هزینه‌ی زیادی دارد.