Differenze tra lenti per laser a fibra e a CO2

Introduzione: Il cuore del tuo sistema laser

Al centro di ogni macchina per il taglio e la saldatura laser ad alta precisione si trova un componente fondamentale: l'insieme della lente di focalizzazione. Questo sistema ottico ha il compito di prendere il potente raggio laser e concentrarne l'energia in un punto estremamente piccolo e intenso, che permette al laser di tagliare il metallo o saldarlo con grande precisione. Tuttavia, non tutti i laser sono uguali e, di conseguenza, nemmeno i loro gruppi ottici lo sono. Per le lenti laser a fibra, diversi produttori di teste di taglio laser adottano progetti differenti per il percorso ottico e la struttura, anche quando possono avere lo stesso diametro e lunghezza focale. Per quanto riguarda la lente di focalizzazione CO2, forma, diametro, spessore del bordo e lunghezza focale sono i parametri chiave che tutti gli utenti devono conoscere prima dell'acquisto.

La differenza fondamentale: tutto parte dalla lunghezza d'onda

Il fattore più importante che distingue queste due lenti è la lunghezza d'onda della luce laser per cui sono progettate. La lunghezza d'onda, misurata in micron (μm) o nanometri (nm), determina come la luce interagisce con la materia, inclusa la stessa materiale della lente.

• Laser al CO2: questi laser operano a una lunghezza d'onda lunga di 10,6 micrometri (μm). Questa si trova nello spettro infrarosso medio, invisibile all'occhio umano.
• Laser a fibra: al contrario, i laser a fibra producono luce a una lunghezza d'onda molto più corta, tipicamente intorno a 1,07 micrometri (μm) o 1064 nanometri (nm). Questa si trova nello spettro infrarosso vicino.

Perché questo è importante? Immagina di provare a usare una finestra di vetro per concentrare il calore di un fuoco da campo. Il vetro potrebbe bloccare il calore (infrarosso a lunga onda) lasciando passare la luce visibile. Analogamente, materiali che sono perfettamente trasparenti a una certa lunghezza d'onda della luce possono risultare completamente opachi o assorbenti a un'altra. Questa è la ragione principale per cui un gruppo ottico progettato per un laser a fibra non può essere utilizzato in un sistema laser al CO2, e viceversa.

Materiale della lente: La chiave per la trasparenza e la gestione della potenza

Le diverse lunghezze d'onda determinano direttamente i materiali con cui devono essere fabbricati i singoli elementi ottici all'interno del gruppo di lenti. Questa scelta influisce sul costo, sulla durata e sulle prestazioni, specialmente in condizioni di alta potenza.

• Lenti per laser al CO2: Il materiale di riferimento per gli elementi ottici in un gruppo ottico per laser al CO2 è il Seleniuro di Zinco (ZnSe). Lo ZnSe presenta un tasso di assorbimento eccezionalmente basso alla lunghezza d'onda di 10,6 μm, consentendo all'energia del laser di passare con perdite minime e ridotta generazione di calore. Altri materiali come il Germanio (Ge) e l'Arseniuro di Gallio (GaAs) sono utilizzati per applicazioni specifiche ad alta potenza o specializzate. Tali materiali sono spesso più costosi e possono essere sensibili agli shock termici.

Lenti per laser a fibra: Il materiale prescelto per gli elementi ottici in un comune gruppo ottico per laser a fibra è la Silica Fusa o quarzo sintetico. La Silica Fusa offre un'elevata trasparenza alla lunghezza d'onda di 1 μm, un'elevata stabilità termica ed eccellente resistenza al fenomeno della lente termica—una condizione in cui la lente si riscalda e ne cambia la forma, defocalizzando il fascio. È inoltre molto dura e resistente alle contaminazioni, risultando duratura negli ambienti industriali.

Progettazione Ottica: Gruppo Ottico vs. Elementi Ottici

Per comprendere il progetto ottico è necessario distinguere tra l'"insieme completo di lenti" e i singoli "elementi ottici" che lo compongono. Una lente di messa a fuoco è un sistema e la sua attuazione non è legata a un singolo tipo di elemento ottico.

Ottica laser CO2: un gruppo di messa a fuoco laser CO2 può utilizzare sia disegni trasmissivi (usando lenti) che riflettenti (usando specchi). Mentre le lenti ZnSe sono comuni, a livelli di potenza molto elevati (ad esempio, più kilowatt), gli specchi di messa a fuoco riflettenti diventano preferiti. Spesso si tratta di specchi parabolici di rame o molibdeno. Questo è un esempio primario in cui un "assemblaggio di lenti focalizzanti CO2" non contiene necessariamente un elemento di lente trasmissibile; il suo componente principale potrebbe essere uno specchio riflettente.

Ottiche per Laser a Fibra: Una moderna testa di taglio laser a fibra è un sistema ottico complesso. Questo insieme di lenti contiene tipicamente più elementi: un gruppo di lenti collimanti, un gruppo di lenti focalizzanti e una finestra protettiva. L'elemento focale principale all'interno di questo insieme è realizzato più comunemente in Silice Fusa grazie alle sue eccellenti proprietà complessive. Tuttavia, è fondamentale comprendere che questo elemento può essere una singola lente, un doppietto (due lenti incollate tra loro) o persino una lente asferica, a seconda delle prestazioni richieste. Pertanto, la relazione tra un "insieme di lenti per laser a fibra" e un specifico "elemento della lente" non è fissa; si tratta di una soluzione personalizzata.

Focus sull'Applicazione: Perché la Lente Giusta Definisce i Vostri Risultati

La differenza di lunghezza d'onda non influenza solo la lente; determina quali materiali il laser può lavorare in modo efficiente.

• Laser CO2 con lenti in ZnSe: La lunghezza d'onda di 10,6 μm è eccellentemente assorbita da materiali non metallici. Questo rende i laser CO2, abbinati all'opportuno sistema ottico, la scelta migliore per il taglio e l'incisione di legno, acrilico, plastica, tessuti e ceramica.
• Laser a fibra con lenti in silice fusa: La lunghezza d'onda di 1 μm è assorbita molto più efficacemente dai metalli. Questo rende il sistema ottico del laser a fibra il cuore della moderna lavorazione dei metalli. È il componente chiave che permette il taglio, la saldatura e la marcatura di acciaio, acciaio inossidabile, alluminio, ottone e rame con velocità ed efficienza energetica senza pari.

Quali sono le differenze nella manutenzione tra ottiche CO2 e ottiche a fibra

Grazie alle proprietà uniche dei laser a infrarossi vicini a 1064 nm, alla qualità fondamentale del fascio e al design compatto, il taglio con laser a fibra ha dimostrato significativi vantaggi in termini di efficienza, precisione ed economicità. Particolarmente adatto per applicazioni di lavorazione dei metalli, i sistemi a laser a fibra stanno rapidamente conquistando quote di mercato rispetto alle macchine per il taglio con laser CO2 negli ultimi anni. Rispetto ai laser CO2, i laser a fibra richiedono costi di manutenzione inferiori per i componenti ottici principali e sono più facili da sostituire. I produttori ottimizzano continuamente i progetti delle teste di taglio, consentendo agli utenti di sostituire le parti tempestivamente senza danneggiare i componenti interni. Ad esempio, il cassetto del lente di focalizzazione e il cassetto della lente collimatrice consentire agli utenti di effettuare sostituzioni in un ambiente pulito senza la necessità di assistenza professionale. Tuttavia, a causa della struttura interna complessa del laser al CO2, la sostituzione di tutti i componenti ottici deve essere eseguita da professionisti sul posto, il che non è economico.