Razlike između leća za vlaknaste i CO2 lasere

Uvod: Srce vašeg laserskog sustava

U srcu svakog visokopreciznog stroja za lasersko rezanje i zavarivanje nalazi se ključni sastojak: sklop leće za fokusiranje. Ovaj optički sustav ima za zadaću uzeti moćan laserski snop i koncentrirati njegovu energiju u iznimno malu, intenzivnu točku, što omogućuje laseru da precizno reže kroz metal ili ga zavari. Međutim, svi laseri nisu isti, a ni njihovi sklopovi leća. Kod leća za vlaknasti laser, različiti proizvođači glava za lasersko rezanje imaju različit dizajn optičkog puta i strukture, čak i ako imaju isti promjer i žarišnu duljinu. Što se tiče CO2 leća za fokusiranje, oblik, promjer, debljina ruba i žarišna duljina su ključni parametri koje svi korisnici moraju znati prije kupnje.

Osnovna razlika: sve počinje valnom duljinom

Najvažniji čimbenik koji razlikuje ove dvije leće je valna duljina laserske svjetlosti za koju su dizajnirane da rade. Valna duljina, izmjerena u mikronima (μm) ili nanometrima (nm), određuje kako svjetlost interagira s tvari, uključujući materijal same leće.

• CO2 laseri: Ovi laseri rade na dugačkoj valnoj duljini od 10,6 mikrometara (μm). To je u srednjem infracrvenom spektru, koji je nevidljiv ljudskom oku.
• Vlaknasti laseri: Naprotiv, vlaknasti laseri proizvode svjetlost na mnogo kraćoj valnoj duljini, tipično oko 1,07 mikrometara (μm) ili 1064 nanometra (nm). To je u bliskom infracrvenom spektru.

Zašto je ovo važno? Zamislite da pokušavate upotrijebiti stakleni prozor kako biste usmjerili toplinu od kamp vatre. Staklo može blokirati toplinu (dugovalni infracrveni) dok propušta vidljivo svjetlo. Na sličan način, materijali koji su potpuno prozirni za jednu valnu duljinu svjetlosti mogu biti potpuno neprozirni ili apsorbirajući za drugu. Upravo je to glavni razlog zašto se leća za vlaknasti laser ne može koristiti u CO2 laserskom sustavu i obrnuto.

Materijal leće: Ključ prozirnosti i sposobnosti prijenosa snage

Različite valne duljine izravno određuju materijale od kojih se moraju izrađivati pojedinačni optički elementi unutar sklopa leće. Taj izbor utječe na cijenu, izdržljivost i učinkovitost, osobito u uvjetima visoke snage.

• CO2 laserska sočiva: Zlatni standardni materijal za optičke elemente u skupini CO2 sočiva je cink selenid (ZnSe). ZnSe ima iznimno nisku stopu apsorpcije za valnu dužinu 10,6 μm, što omogućuje da laserska energija prolazi s minimalnim gubitkom i stvaranjem toplote. Drugi materijali poput germanija (Ge) i galijum arsenida (GaAs) također se koriste za specifične visoke snage ili specijalizirane primjene. Ti materijali su često skuplji i mogu biti osjetljivi na toplinski šok.

Fiber laserska sočiva: Materijal za optičke elemente u standardnom sastavu laserskih sočiva od vlakana je rastopljena silicija ili sintetički kvarc. Smještajući silicij nudi izvanrednu transparentnost na valnoj dužini od 1 μm, visoku toplinsku stabilnost i odličnu otpornost na toplinsko lečenje - fenomen u kojem se sočivo zagrijava i mijenja oblik, defokusirajući zrak. Također je vrlo čvrst i otporan na kontaminaciju, što ga čini izdržljivim za industrijska okruženja.

Optički dizajn: Skupština sočiva protiv optičkih elemenata

Razumijevanje optičkog dizajna zahtijeva razlikovanje između potpune „skupine leća“ i pojedinačnih „optičkih elemenata“ unutar nje. Fokusirajuća leća je sustav, a njegova realizacija nije ograničena na jedan tip optičkog elementa.

CO2 laserska optika: sklop za fokusiranje CO2 lasera može koristiti prozirne (s lećama) i reflektirajuće (s ogledalima) dizajne. Iako su leće od ZnSe uobičajene, na vrlo visokim snagama (npr. više kilovata) preferiraju se reflektirajuća fokusirajuća ogledala. To su često parabolična ogledala izrađena od bakra ili molibdena. Ovo je klasičan primjer gdje sklop za fokusiranje „CO2 lasera“ ne mora nužno sadržavati proziran optički element; njegov osnovni sastojak može biti reflektirajuće ogledalo.

Optika laserskog vlakna: Moderna glava za rezanje laserskim vlaknom složeni je optički sustav. Ova leća obično sadrži više elemenata: skupinu kolimirajućih leća, skupinu fokusirajućih leća i zaštitni prozor. Ključni element za fokusiranje unutar ove sklopke najčešće se izrađuje od spojenog silicija zbog njegovih izvrsnih svojstava. Međutim, važno je razumjeti da ovaj element može biti pojedinačna leća, duplet (dvije leće zalijepljene zajedno) ili čak asferna leća, ovisno o potrebnom učinku. Stoga odnos između „sklopa leća laserskog vlakna“ i određenog „elementa leće“ nije fiksan; radi se o prilagođenom rješenju.

Fokus primjene: Zašto prava leća definira vaše rezultate

Razlika u valnoj duljini ne utječe samo na leću; ona određuje koje materijale laser može učinkovito obraditi.

• CO2 laseri s lećama od ZnSe: valna duljina od 10,6 μm izvrsno se apsorbira kod nemetalnih materijala. Zbog toga su CO2 laseri, u kombinaciji s odgovarajućim lećama, najbolji izbor za rezanje i graviranje drva, akrilika, plastike, tekstila i keramike.
• Vlaknasti laseri s lećama od taljenog silicija: valna duljina od 1 μm znatno učinkovitije se apsorbira kod metala. Stoga sklop leća vlaknastog lasera predstavlja srž moderne obrade metala. To je ključni element koji omogućuje rezanje, zavarivanje i označavanje čelika, nerđajućeg čelika, aluminija, mesinga i bakra uz nevjerojatnu brzinu i energetsku učinkovitost.

U čemu se razlikuje održavanje CO2 optike i vlaknaste optike

Zbog jedinstvenih svojstava 1064 nm laserskih zraka u bliskom infracrvenom području, njihove temeljne kvalitete zrake i kompaktnog dizajna, rezanje vlaknastim laserima pokazalo je značajne prednosti u učinkovitosti obrade, preciznosti i isplativosti. Posebno pogodni za primjene u izradi metala, sustavi s vlaknastim laserima u posljednjih nekoliko godina brzo povećavaju svoj udio na tržištu na račun CO2 laserskih uređaja za rezanje. U usporedbi s CO2 laserima, vlaknasti laseri zahtijevaju niže troškove održavanja svojih ključnih optičkih komponenti i lakše su za zamjenu. Proizvođači kontinuirano optimiziraju dizajn rezne glave, omogućujući korisnicima brzu zamjenu dijelova bez oštećenja unutarnjih komponenti. Na primjer, fokus ni ležaj leće i ležaj kolimirajuće leće omogućuje korisnicima izvođenje zamjene u čistom okolišu bez potrebe za stručnom pomoći. Međutim, zbog složene unutarnje strukture CO2 lasera, zamjenu svih optičkih komponenti moraju obaviti stručnjaci na licu mjesta, što nije jeftino.