Forskjeller mellom fiber- og CO2-laserlinser

Introduksjon: Hjertet i lasersystemet ditt

I kjernen av enhver høypresisjons laserkapping- og sveisingmaskin ligger en kritisk komponent: fokuseringslinsen. Dette optiske systemet har ansvar for å ta den kraftige laserstrålen og konsentrere dens energi til et ekstremt lite, intensivt punkt – noe som gjør at laseren kan skjære gjennom metall eller sveise det med stor presisjon. Men ikke alle lasere er like, og derfor er heller ikke linsene deres like. For fiberlaserlinser har ulike produsenter av laserkuttehoder ulik design for den optiske banen og strukturen, selv om de kan ha samme diameter og brennvidde. Når det gjelder CO2-fokuslinser, er form, diameter, kanttykkelse og brennvidde de viktigste parameterne som alle brukere må kjenne til før kjøp.

Den grunnleggende forskjellen: Det starter med bølgelengde

Den enkelt viktigste faktoren som skiller disse to linser er bølgelengden til laserlyset de er designet for å fungere med. Bølgelengde, målt i mikrometer (μm) eller nanometer (nm), bestemmer hvordan lys vekselvirker med materie, inkludert linsens materiale selv.

• CO2-lasere: Disse lasere opererer ved en lang bølgelengde på 10,6 mikrometer (μm). Dette er i det midtre infrarøde spekteret, som er usynlig for det menneskelige øyet.
• Fiberlasere: I motsetning til dette produserer fiberlasere lys ved en mye kortere bølgelengde, typisk rundt 1,07 mikrometer (μm) eller 1064 nanometer (nm). Dette er i det nære infrarøde spekteret.

Hvorfor er dette viktig? Tenk deg at du prøver å bruke et glassvindu for å fokusere varmen fra et bål. Glasset kan blokkere varmen (langbølget infrarød) mens det lar synlig lys passere igjennom. På samme måte kan materialer som er helt gjennomsiktige for én bølgelengde av lys, være fullstendig ugjennomsiktige eller absorbere en annen. Dette er hovedårsaken til at en linsegruppe for fiberlaser ikke kan brukes i et CO2-lasersystem, og omvendt.

Linsemateriale: Nøkkelen til gjennomsiktighet og effekthåndtering

De ulike bølgelengdene bestemmer direkte hvilke materialer de enkelte optiske elementene i linsegruppen må produseres av. Dette valget påvirker kostnad, holdbarhet og ytelse, spesielt under høyeffektforhold.

• CO2 Laserlenser: Gullstandardmaterialet for de optiske elementene i en CO2-lenskonstruksjon er sinksele nid (ZnSe). ZnSe har en eksepsjonelt lav absorpsjonsrate for bølgelengden 10,6 μm, noe som tillater laserenergi å passere gjennom med minimal tap og varmeproduksjon. Andre materialer som germanium (Ge) og galliumarsenid (GaAs) brukes også til spesifikke høyeffekts- eller spesialiserte applikasjoner. Disse materialene er ofte dyrere og kan være følsomme for termisk sjokk.

Fiberlaserlenser: Materialet som foretrekkes for de optiske elementene i en standard fiberlaserlenskonstruksjon er fused silica eller syntetisk kvarts. Fused silica gir fremragende transparens for bølgelengden 1 μm, høy termisk stabilitet og utmerket motstand mot termisk linseeffekt – et fenomen der linsen varmes opp og endrer form, noe som fører til at strålen blir uskarp. Det er også svært hardt og resistert mot forurensning, noe som gjør det holdbart for industrielle miljøer.

Optisk Design: Lenskonstruksjon vs. Optiske Elementer

For å forstå den optiske designen, må man skille mellom hele «linsegruppen» og de enkelte «optiske elementene» inne i den. Et fokuslinse-system er et system, og dens implementering er ikke begrenset til én type optisk element.

CO2-laseroptikk: En CO2-laser fokuseringsgruppe kan benytte både transmitterende (med linser) og reflekterende (med speil) design. Selv om ZnSe-linser er vanlige, foretrekkes reflekterende fokusspeil ved svært høy effekt (for eksempel flere kilowatt). Disse er ofte parabolske speil laget av kobber eller molybden. Dette er et fremtredende eksempel på at en «CO2-fokuseringslinsegruppe» ikke nødvendigvis inneholder noe transmitterende linseelement i det hele tatt; dens kjernekomponent kan være et reflekterende speil.

Fiberlaseroptikk: Et moderne fiberlaser-skjæremontering er et komplekst optisk system. Dette linsesettet inneholder typisk flere elementer: en kollimeringslinsegruppe, en fokuseringslinsegruppe og et beskyttende vindu. Det sentrale fokuserende elementet i dette settet er vanligvis laget av fused silica på grunn av dets fremragende egenskaper. Det er imidlertid viktig å forstå at dette elementet kan være en enkeltlinse, en dobbeltlinse (to linser limt sammen) eller til og med en asfærisk linse, avhengig av den nødvendige ytelsen. Derfor er forholdet mellom et "fiberlaser-linsesett" og et spesifikt "linseelement" ikke fast; det er en skreddersydd løsning.

Bruksfokus: Hvorfor riktig linse definerer resultatene dine

Bølgelengdeforskjellen påvirker ikke bare linsen; den bestemmer hvilke materialer laseren kan bearbeide effektivt.

• CO2-lasere med ZnSe-linser: Bølgelengden på 10,6 μm absorberes utmerket av ikke-metalliske materialer. Dette gjør CO2-lasere, kombinert med riktig linseoppsett, til det overlegne valget for skjæring og gravering av tre, akryl, plast, tekstiler og keramikk.
• Fiberlasere med sammensmeltet kvartslinser: Bølgelengden på 1 μm absorberes mye mer effektivt av metaller. Dette gjør fiberlaserens linseoppsett til hjertet i moderne metallbearbeiding. Det er nøkkeldelen som muliggjør skjæring, sveising og merking av stål, rustfritt stål, aluminium, messing og kobber med enestående hastighet og energieffektivitet.

Hva er forskjellene når det gjelder vedlikehold av CO2-optikk og fiberoptikk

På grunn av de unike egenskapene til 1064 nm nær-infrarøde lasere, deres grunnleggende strålekvalitet og kompakte design, har fiberlaser-skjæring vist betydelige fordeler når det gjelder prosesseringseffektivitet, presisjon og kostnadseffektivitet. Spesielt egnet for metallbearbeidningsapplikasjoner, har fiberlasersystemer raskt økt sin markedsandel på bekostning av CO2-laserskjæremaskiner de siste årene. I sammenligning med CO2-lasere har fiberlasere lavere vedlikeholdskostnader for sine kjerneoptiske komponenter og er enklere å bytte ut. Produsenter optimaliserer kontinuerlig skjæreheadersdesign, noe som gjør at brukere kan bytte ut deler umiddelbart uten å skade interne komponenter. For eksempel, fokuseringslinse-skuff og kolli meringslinse-skuff tillater brukere å utføre utskiftinger i et rent miljø uten å trenge profesjonell hjelp. På grunn av den komplekse indre strukturen i CO2-laseren, må imidlertid utskiftingen av alle optiske komponenter utføres av fagpersonell på stedet, noe som ikke er billig.