Différences entre les lentilles laser à fibre et au CO2

Introduction : le cœur de votre système laser

Au cœur de chaque machine de découpe et de soudage laser haute précision se trouve un composant essentiel : l'ensemble de la lentille de focalisation. Ce système optique a pour fonction de capter le faisceau laser puissant et d'en concentrer l'énergie en un point extrêmement petit et intense, ce qui permet au laser de couper ou de souder le métal avec une grande précision. Toutefois, tous les lasers ne sont pas identiques, et par conséquent, leurs ensembles de lentilles ne le sont pas non plus. Pour la lentille laser à fibre, les différents fabricants de têtes de découpe laser adoptent des conceptions différentes pour le trajet optique et la structure, même si elles peuvent avoir le même diamètre et la même distance focale. En ce qui concerne la lentille de focalisation CO2, la forme, le diamètre, l'épaisseur du bord et la distance focale sont les paramètres clés que tous les utilisateurs doivent connaître avant d'acheter.

La différence fondamentale : tout commence par la longueur d'onde

Le facteur le plus important qui distingue ces deux lentilles est la longueur d'onde de la lumière laser pour laquelle elles sont conçues. La longueur d'onde, mesurée en micromètres (μm) ou en nanomètres (nm), détermine la manière dont la lumière interagit avec la matière, y compris le matériau de la lentille elle-même.

• Lasers CO2 : Ces lasers fonctionnent à une longueur d'onde élevée de 10,6 micromètres (μm). Cette longueur se situe dans le spectre infrarouge moyen, invisible à l'œil humain.
• Lasers à fibre : En revanche, les lasers à fibre produisent une lumière à une longueur d'onde beaucoup plus courte, généralement autour de 1,07 micromètre (μm) ou 1064 nanomètres (nm). Cette longueur se situe dans le spectre proche infrarouge.

Pourquoi est-ce important ? Imaginez essayer d'utiliser une vitre en verre pour concentrer la chaleur d'un feu de camp. Le verre pourrait bloquer la chaleur (infrarouge à longue onde) tout en laissant passer la lumière visible. De même, des matériaux parfaitement transparents à une longueur d'onde donnée peuvent être totalement opaques ou absorbants pour une autre. C'est la raison principale pour laquelle un ensemble de lentilles pour laser à fibre ne peut pas être utilisé dans un système laser CO2, et vice versa.

Matériau de la lentille : La clé de la transparence et de la gestion de la puissance

Les différentes longueurs d'onde déterminent directement les matériaux à partir desquels doivent être fabriqués les éléments optiques individuels composant l'ensemble de la lentille. Ce choix influence le coût, la durabilité et les performances, notamment dans des conditions de haute puissance.

• Lentilles laser CO2 : Le matériau de référence pour les éléments optiques dans un ensemble de lentilles CO2 est le séléniure de zinc (ZnSe). Le ZnSe présente un taux d'absorption exceptionnellement faible à la longueur d'onde de 10,6 μm, permettant à l'énergie laser de passer avec des pertes minimales et une faible génération de chaleur. D'autres matériaux comme le germanium (Ge) et l'arséniure de gallium (GaAs) sont également utilisés pour des applications spécifiques à haute puissance ou spécialisées. Ces matériaux sont souvent plus coûteux et peuvent être sensibles au choc thermique.

Lentilles laser à fibre : Le matériau privilégié pour les éléments optiques dans un ensemble de lentilles laser à fibre standard est la silice fondue ou quartz synthétique. La silice fondue offre une excellente transmission à la longueur d'onde de 1 μm, une grande stabilité thermique et une résistance élevée au lentillage thermique — un phénomène où la lentille chauffe et change de forme, défocusant le faisceau. Elle est également très dure et résistante aux contaminations, ce qui la rend durable dans les environnements industriels.

Conception optique : Ensemble de lentilles vs Éléments optiques

Comprendre la conception optique implique de distinguer l'« ensemble de lentilles » complet des « éléments optiques » individuels qui le composent. Une lentille de focalisation est un système, et sa réalisation n'est pas limitée à un seul type d'élément optique.

Optique pour laser CO2 : Un ensemble de focalisation pour laser CO2 peut utiliser des conceptions transmissives (à l'aide de lentilles) ou réfléchissantes (à l'aide de miroirs). Bien que les lentilles en ZnSe soient courantes, à des puissances très élevées (par exemple plusieurs kilowatts), des miroirs de focalisation réfléchissants sont préférés. Il s'agit souvent de miroirs paraboliques en cuivre ou en molybdène. C'est un exemple typique où un « ensemble de lentilles de focalisation CO2 » ne contient pas nécessairement d'élément de lentille transmissive ; son composant principal pourrait être un miroir réfléchissant.

Optique laser à fibre : Une tête de coupe laser à fibre moderne est un système optique complexe. Cet ensemble de lentilles contient généralement plusieurs éléments : un groupe de lentilles de collimation, un groupe de lentilles de focalisation et une fenêtre de protection. L'élément de focalisation principal de cet ensemble est le plus souvent fabriqué en silice fondue en raison de ses excellentes propriétés globales. Toutefois, il est essentiel de comprendre que cet élément peut être constitué d'une lentille simple, d'un doublet (deux lentilles collées ensemble) ou même d'une lentille asphérique, selon les performances requises. Par conséquent, la relation entre un « ensemble de lentilles pour laser à fibre » et un « élément de lentille » spécifique n'est pas fixe ; il s'agit d'une solution sur mesure.

Application ciblée : Pourquoi le bon choix de lentille détermine vos résultats

La différence de longueur d'onde n'affecte pas seulement la lentille ; elle détermine quels matériaux le laser peut traiter efficacement.

• Lasers CO2 avec lentilles en ZnSe : La longueur d'onde de 10,6 μm est excellente pour être absorbée par les matériaux non métalliques. Cela fait des lasers CO2, associés à un ensemble de lentilles approprié, le choix supérieur pour la découpe et la gravure du bois, de l'acrylique, des plastiques, des textiles et des céramiques.
• Lasers à fibre avec lentilles en silice fondue : La longueur d'onde de 1 μm est absorbée beaucoup plus efficacement par les métaux. Cela fait de l'ensemble de lentilles du laser à fibre le cœur de la fabrication métallique moderne. C'est le composant clé permettant la découpe, le soudage et le marquage de l'acier, de l'acier inoxydable, de l'aluminium, du laiton et du cuivre avec une vitesse et une efficacité énergétique inégalées.

Quelles sont les différences en matière d'entretien entre les optiques CO2 et les optiques à fibre

En raison des propriétés uniques des lasers à infrarouge proche de 1064 nm, de la qualité fondamentale de leur faisceau et de leur conception compacte, la découpe par laser à fibre a démontré des avantages significatifs en termes d'efficacité, de précision et de rentabilité. Particulièrement adaptés aux applications de fabrication métallique, les systèmes au laser à fibre gagnent rapidement des parts de marché aux machines de découpe laser CO2 ces dernières années. Par rapport aux lasers CO2, les lasers à fibre nécessitent des coûts de maintenance plus faibles pour leurs composants optiques principaux et sont plus faciles à remplacer. Les fabricants optimisent continuellement la conception des têtes de découpe, permettant aux utilisateurs de remplacer les pièces rapidement sans endommager les composants internes. Par exemple, le tiroir de la lentille de focalisation et le tiroir de la lentille collimatrice le tiroir de la lentille de focalisation et le tiroir de la lentille collimatrice permet aux utilisateurs d'effectuer des remplacements dans un environnement propre sans avoir besoin d'une assistance professionnelle. Cependant, en raison de la structure interne complexe du laser au CO2, le remplacement de tous les composants optiques doit être effectué par des professionnels sur site, ce qui n'est pas bon marché.