Eroavaisuudet kuitu- ja CO2-laserlinssien välillä

Johdanto: Laserjärjestelmän sydän

Jokaisen tarkkuutta vaativan laserleikkaus- ja hitsaustekniikan keskellä sijaitsee ratkaiseva komponentti: fokusointilinssikokoonpano. Tämä optinen järjestelmä vastaa voimakkaan laserkeilan keskittämisestä erittäin pieneksi, intensiiviseksi pisteksi, joka mahdollistaa metallin leikkauksen tai hitsauksen suurella tarkkuudella. Kaikki laserit eivät kuitenkaan ole samanlaisia, eivätkä niiden linssikokoonpanotkaan. Kuitulaserlinssin osalta eri laserleikkauspään valmistajilla on erilainen suunnittelu optiselle polulle ja rakenteelle, vaikka halkaisija ja polttoväli olisivatkin samat. CO2-fokusointilinssin osalta muoto, halkaisija, reunan paksuus ja polttoväli ovat avainparametreja, jotka kaikkien käyttäjien tulee tuntea ennen oston tekemistä.

Perusero: Kaikki alkaa aallonpituudesta

Tärkein tekijä, joka erottaa nämä kaksi linssiä toisistaan, on laserin aallonpituus, jolla niiden on tarkoitus toimia. Aallonpituus, joka mitataan mikromeetreinä (μm) tai nanometreinä (nm), määrittää, miten valo vuorovaikuttaa aineen kanssa, mukaan lukien linssimateriaali itse.

• CO2-laserit: Nämä laserit toimivat pitkällä aallonpituudella 10,6 mikrometrissä (μm). Tämä on keskisen infrapunaspektrin alueella, joka on ihmissilmälle näkymätön.
• Kuitulaserit: Vastaavasti kuitulaserit tuottavat valoa huomattavasti lyhyemmällä aallonpituudella, tyypillisesti noin 1,07 mikrometrissä (μm) tai 1064 nanometrissä (nm). Tämä on lähellä infrapunaspektriä.

Miksi tämä on tärkeää? Kuvittele, että yrität käyttää lasi-ikkunaa keskittämään leirielimen lämpöä. Lasi saattaa estää lämmön (pitkäaaltoisen infrapunan) pääsyn läpi, vaikka se päästäisi näkyvän valon läpi. Samoin materiaalit, jotka ovat täysin läpinäkyviä tietylle aallonpituudelle, voivat olla täysin opakeja tai absorboivia toisille aallonpituuksille. Tämä on pääasiallinen syy, miksi kuitulaserin linssikokoonpanoa ei voida käyttää CO2-lasersysteemissä, eikä toisinpäin.

Linssimateriaali: Avain läpinäkyvyyteen ja tehon käsittelyyn

Erilaiset aallonpituudet määräävät suoraan ne materiaalit, joista linssikokoonpanon optiset elementit on valmistettava. Tämä valinta vaikuttaa hintaan, kestävyyteen ja suorituskykyyn, erityisesti suuritehotoiminnoissa.

• CO2-laserin linssit: Optisten elementtien kultastandardimateriaali CO2-linssikokoonpanossa on sinkkiselenidi (ZnSe). ZnSe:llä on erittäin alhainen absorptiokerroin 10,6 μm aallonpituudella, mikä mahdollistaa laserenergian läpäisemisen vähimmäisellä häviöllä ja lämmöntuotannolla. Muita materiaaleja, kuten germaniumia (Ge) ja galliumarsenidia (GaAs), käytetään myös tietyissä korkean tehon tai erityissovelluksissa. Nämä materiaalit ovat usein kalliimpia ja voivat olla herkkiä lämpöshokeille.

Kuitulaserin linssit: Standardin kuitulaserin linssikokoonpanon optisten elementtien materiaalivalinta on sulatettu piioksidi eli synteettinen kvartsipiisi. Sulatettu piioksidi tarjoaa erinomaisen läpinäkyvyyden 1 μm aallonpituudelle, korkean lämpötilavakautuksen ja erinomaisen kestävyyden termistä linssiyhtymistä vastaan – ilmiötä, jossa linssi kuumentuu ja muuttaa muotoaan, mikä aiheuttaa säteen polttoaseman häiriintymisen. Se on myös erittäin kova ja kestävä saastumista vastaan, mikä tekee siitä kestävän teollisiin ympäristöihin.

Optinen rakenne: Linssikokoonpano vs. optiset elementit

Optisen suunnittelun ymmärtämiseksi on erotettava kokonaisuudessaan "linssikokoonpano" sen sisällä olevista yksittäisistä "optisista elementeistä". Tarkennuslinssi on järjestelmä, eikä sen toteutus ole sidottu yhteen ainoaan optiseen elementtiin.

CO2-laserin optiikka: CO2-laserin tarkennuskokoonpanossa voidaan käyttää sekä läpäiseviä (linssien avulla) että heijastavia (peilien avulla) ratkaisuja. Vaikka ZnSe-linssejä käytetään yleisesti, erittäin korkeilla tehotasoilla (esim. useita kilowatteja) suositaan enemmän heijastavia tarkennuspeilejä. Näitä ovat usein kuparista tai molybdeenista valmistetut paraboliset peilit. Tämä on erinomainen esimerkki siitä, missä "CO2-tarkennuslinssikokoonpano" ei välttämättä sisällä lainkaan läpäisevää linssielementtiä; sen keskeinen komponentti voi olla heijastava peili.

Kuitulaserin optiikka: Moderni kuitulaserin leikkuupää on monimutkainen optinen järjestelmä. Tämä linssikokoonpano sisältää yleensä useita elementtejä: kollimoiva linssiryhmä, fokusoiva linssiryhmä ja suojusikkuna. Tämän kokoonpanon keskeinen fokusoiva elementti valmistetaan yleisimmin sulatetusta kvartsista sen erinomaisten ominaisuuksien vuoksi. On kuitenkin tärkeää ymmärtää, että tämä elementti voi olla yksittäinen linssi, dubletti (kaksi liimatun yhteen liitettyä linssiä) tai jopa asfääri-linssi riippuen vaaditusta suorituskyvystä. Siksi "kuitulaserin linssikokoonpanon" ja tietyllä "linssielementillä" oleva suhde ei ole kiinteä; se on räätälöity ratkaisu.

Sovelluskeskitys: Miksi oikea linssi määrittää tuloksesi

Aallonpituusero ei vaikuta vain linssiin; se määrää, mitä materiaaleja laser voi käsitellä tehokkaasti.

• CO2-laserit ZnSe-linssillä: 10,6 μm aallonpituus absorboituu erinomaisesti ei-metallisiin materiaaleihin. Tämä tekee CO2-lasereista yhdessä oikean linssikokoonpanon kanssa parhaan vaihtoehdon puun, akryylin, muovien, tekstiilien ja keramiikan leikkaamiseen ja kaiverrukseen.
• Kuitulaserit sulatetulla kvartsilasilla: 1 μm aallonpituus absorboituu huomattavasti tehokkaammin metalleihin. Tämä tekee kuitulaserin linssikokoonpanosta modernin metallin työstön ytimen. Se on keskeinen komponentti, joka mahdollistaa teräksen, ruostumattoman teräksen, alumiinin, messinkin ja kuparin leikkauksen, hitsauksen ja merkitsemisen vertaansa vailla nopeudella ja energiatehokkuudella.

Mikä ero on CO2-optiikan ja kuituoptiikan huollossa

Kiitos 1064 nm:n lähisinfrapunasäteiden ainutlaatuisille ominaisuuksille, niiden peruslaatuiselle säteelle ja kompaktille suunnittelulle kuitulaserleikkaus on osoittanut merkittäviä etuja prosessointitehokkuudessa, tarkkuudessa ja kustannustehokkuudessa. Erityisesti metallin työstösovelluksiin soveltuvat kuitulaserjärjestelmät ovat viime vuosina nopeasti kasvattaneet markkiosuuttaan verrattuna CO2-laserleikkuukoneisiin. Vertailtaessa CO2-lasereihin, kuitulasereilla on alhaisemmat huoltokustannukset ydinosien optisissa komponenteissa, ja niiden vaihtaminen on helpompaa. Valmistajat jatkuvasti optimoivat leikkuupäiden suunnittelua, mikä mahdollistaa käyttäjien vaihtaa osia ajallaan vahingoittamatta sisäisiä komponentteja. Esimerkiksi polttolinsin laatikko ja kollimoitilinsin laatikko mahdollistaa käyttäjien suorittaa vaihdot puhtaassa ympäristössä ilman ammattitaitoista apua. Kuitenkin CO2-laserin monimutkaisen sisäisen rakenteen vuoksi kaikki optiset komponentit on vaihdettava ammattilaisten toimesta paikan päällä, mikä ei ole edullista.