Verschillen tussen vezel- en CO2-laserlenzen

Inleiding: Het hart van uw lasersysteem

In de kern van elke hoogwaardige lasersnij- en lasmachine bevindt zich een cruciaal onderdeel: de focuslensopstelling. Dit optische systeem zorgt ervoor dat de krachtige laserstraal wordt geconcentreerd tot een extreem kleine, intense vlek, waarmee de laser metaal met grote precisie kan snijden of lassen. Niet alle lasers zijn echter hetzelfde, en hun lensopstellingen evenmin. Voor vezellaserlenzen hanteren verschillende fabrikanten van lasersnijkoppen verschillende ontwerpen voor het optische pad en de structuur, zelfs als deze dezelfde diameter en brandpuntsafstand hebben. Wat betreft de CO2-focuslens zijn de vorm, diameter, randdikte en brandpuntsafstand de belangrijkste parameters die gebruikers moeten kennen voordat ze een aankoop doen.

Het Fundamentele Verschil: Het Begint Allemaal met Golflengte

De belangrijkste factor die deze twee lenzen van elkaar onderscheidt, is de golflengte van het laserlicht waarvoor ze zijn ontworpen. Golflengte, gemeten in micrometer (μm) of nanometer (nm), bepaalt hoe licht interageert met materie, inclusief het lensmateriaal zelf.

• CO2-lasers: Deze lasers werken met een lange golflengte van 10,6 micrometer (μm). Dit valt in het midden-infrarood spectrum, dat onzichtbaar is voor het menselijk oog.
• Vezellasers: Vezellasers daarentegen produceren licht met een veel kortere golflengte, meestal rond de 1,07 micrometer (μm) of 1064 nanometer (nm). Dit valt in het nabij-infrarood spectrum.

Waarom is dit belangrijk? Stel je voor dat je een glazen raam probeert te gebruiken om de warmte van een kampvuur te concentreren. Het glas zou de warmte (langgolvig infrarood) kunnen blokkeren, terwijl zichtbaar licht er wel doorheen gaat. Op dezelfde manier kunnen materialen die volledig transparant zijn voor één golflengte van licht, volledig ondoorzichtig of absorberend zijn voor een andere. Dit is de belangrijkste reden waarom een lensmontage voor een vezellaser niet kan worden gebruikt in een CO2-lasersysteem, en vice versa.

Lensmateriaal: De sleutel tot transparantie en vermogenverwerking

De verschillende golflengten bepalen direct de materialen waaruit de afzonderlijke optische elementen binnen de lensmontage moeten worden vervaardigd. Deze keuze heeft invloed op kosten, duurzaamheid en prestaties, met name bij hoge vermogens.

• CO2-lens: Het goudstandaardmateriaal voor de optische elementen in een CO2-lensmontage is zinkselenide (ZnSe). ZnSe heeft een uitzonderlijk lage absorptiegraad voor de golflengte van 10,6 μm, waardoor de laserenergie met minimale verliezen en warmteontwikkeling kan worden doorgelaten. Andere materialen zoals germanium (Ge) en galliumarsenide (GaAs) worden ook gebruikt voor specifieke toepassingen met hoog vermogen of gespecialiseerde toepassingen. Deze materialen zijn vaak duurder en kunnen gevoelig zijn voor thermische schokken.

Fiberlaserlenzen: Het materiaal van keuze voor de optische elementen in een standaard fiberlaserlensmontage is gesmolten siliciumdioxide of synthetisch kwarts. Gesmolten siliciumdioxide biedt uitstekende transparantie voor de golflengte van 1 μm, hoge thermische stabiliteit en uitstekende weerstand tegen thermische lenswerking — een fenomeen waarbij de lens opwarmt en van vorm verandert, waardoor de straal ontregeld raakt. Het is ook zeer hard en bestand tegen vervuiling, wat het duurzaam maakt voor industriële omgevingen.

Optisch ontwerp: Lensmontage versus optische elementen

Om het optische ontwerp te begrijpen, moet onderscheid worden gemaakt tussen de complete "lensassembly" en de afzonderlijke "optische elementen" erin. Een focuslens is een systeem, en de implementatie ervan is niet beperkt tot één type optisch element.

CO2-laseroptica: een CO2-laserfocusassembly kan zowel transmissieve (met lenzen) als reflectieve (met spiegels) ontwerpen gebruiken. Hoewel ZnSe-lenzen veelvoorkomend zijn, worden bij zeer hoge vermogens (bijvoorbeeld meerdere kilowatt) reflectieve focusspiegels vaker gebruikt. Dit zijn vaak parabolische spiegels gemaakt van koper of molybdeen. Dit is een uitstekend voorbeeld waarbij een "CO2-focuslensassembly" helemaal geen transmissief lens-element hoeft te bevatten; het kerncomponent kan een reflectieve spiegel zijn.

Vezellaseroptiek: Een moderne vezellasersnijkop is een complex optisch systeem. Deze lensopbouw bevat doorgaans meerdere elementen: een collimerende lensgroep, een focusserende lensgroep en een beschermend venster. Het centrale focusserende element in deze opbouw is meestal gemaakt van gesmolten siliciumdioxide vanwege de uitstekende algehele eigenschappen. Het is echter van cruciaal belang om te begrijpen dat dit element een enkele lens kan zijn, een dubbellet (twee gelijmde lenzen), of zelfs een asferische lens, afhankelijk van de vereiste prestaties. De relatie tussen een "vezellaserlensopbouw" en een specifiek "lenselement" is daarom niet vast; het is een op maat gemaakte oplossing.

Toepassingsfocus: Waarom de juiste lens uw resultaten bepaalt

Het verschil in golflengte beïnvloedt niet alleen de lens; het bepaalt welke materialen de laser efficiënt kan bewerken.

• CO2-lasers met ZnSe-lenssystemen: De golflengte van 10,6 μm wordt uitstekend geabsorbeerd door niet-metalen materialen. Hierdoor zijn CO2-lasers, gecombineerd met de juiste lensopstelling, de superieure keuze voor het snijden en graveren van hout, acryl, kunststoffen, textiel en keramiek.
• Vezellasers met gesmolten silicalenssystemen: De golflengte van 1 μm wordt veel efficiënter geabsorbeerd door metalen. Dit maakt het lenssysteem van de vezellaser tot het hart van moderne metaalbewerking. Het is de cruciale component die het snijden, lassen en markeren van staal, roestvrij staal, aluminium, messing en koper mogelijk maakt met ongeëvenaarde snelheid en energie-efficiëntie.

Wat zijn de verschillen in onderhoud tussen CO2-optica en vezeloptica

Door de unieke eigenschappen van 1064nm nabij-infraroodlasers, hun fundamentele straalkwaliteit en compacte opbouw, heeft vezellaser snijden aanzienlijke voordelen aangetoond op het gebied van verwerkingsefficiëntie, precisie en kosteneffectiviteit. Bijzonder geschikt voor toepassingen in metaalbewerking, hebben vezellasersystemen de afgelopen jaren snel marktaandeel gewonnen van CO2-lasersnijmachines. In vergelijking met CO2-lasers zijn de onderhoudskosten voor de belangrijkste optische componenten lager en zijn deze gemakkelijker te vervangen. Fabrikanten optimaliseren continu de ontwerpen van snijkoppen, waardoor gebruikers onderdelen tijdig kunnen vervangen zonder interne componenten te beschadigen. Bijvoorbeeld, de focu serende lenslade en collimerende lenslade gebruikers in staat stellen om vervangingen uit te voeren in een schone omgeving zonder professionele hulp te nodig hebben. Vanwege de complexe interne structuur van de CO2-laser moet echter de vervanging van alle optische componenten door professionals ter plaatse worden uitgevoerd, wat niet goedkoop is.