Diferențe între lentilele laser cu fibră și lentilele laser CO2

Introducere: Inima sistemului dvs. laser

În inima fiecărui sistem de tăiere sau sudură cu laser de înaltă precizie se află un component esențial: ansamblul de lentile de focalizare. Acest sistem optic are rolul de a prelua fasciculul laser puternic și de a concentra energia acestuia într-un punct extrem de mic și intens, ceea ce permite laserului să taie metalul sau să realizeze suduri cu o precizie deosebită. Totuși, nu toate laserele sunt la fel, iar, ca urmare, nici ansamblele lor de lentile nu sunt identice. Pentru lentila laser cu fibră, diferiți producători de capete de tăiere cu laser au proiecte diferite pentru traseul optic și structură, chiar dacă pot avea același diametru și lungime focală. În ceea ce privește lentila de focalizare CO2, forma, diametrul, grosimea marginii și lungimea focală sunt parametrii cheie pe care toți utilizatorii trebuie să îi cunoască înainte de achiziție.

Diferența fundamentală: Totul pornește de la lungimea de undă

Cel mai important factor care diferențiază aceste două lentile este lungimea de undă a luminii laser cu care sunt proiectate să funcționeze. Lungimea de undă, măsurată în microni (μm) sau nanometri (nm), determină modul în care lumina interacționează cu materia, inclusiv cu materialul lentilei în sine.

• Laseri CO2: Acești laseri funcționează la o lungime de undă lungă de 10,6 microni (μm). Aceasta face parte din spectrul infraroșu mediu, care este invizibil pentru ochiul uman.
• Laseri cu fibră: În schimb, laserii cu fibră produc lumină la o lungime de undă mult mai scurtă, în general de aproximativ 1,07 microni (μm) sau 1064 nanometri (nm). Aceasta face parte din spectrul infraroșu apropiat.

De ce este important acest lucru? Imaginați-vă că încercați să folosiți o fereastră de sticlă pentru a concentra căldura provenită de la un foc de tabără. Sticla ar putea bloca căldura (infraroșu cu undă lungă), permițând în același timp trecerea luminii vizibile. În mod similar, materialele care sunt perfect transparente pentru o anumită lungime de undă a luminii pot fi complet opace sau absorbante pentru alta. Aceasta este motivul principal pentru care un ansamblu de lentile laser cu fibră nu poate fi utilizat într-un sistem laser CO2, și invers.

Materialul lentilei: Cheia transparenței și gestionării puterii

Lungimile de undă diferite determină direct materialele din care trebuie fabricate elementele optice individuale ale ansamblului de lentile. Această alegere influențează costul, durabilitatea și performanța, mai ales în condiții de putere ridicată.

• Lentile laser CO2: Materialul standard de referință pentru elementele optice dintr-un ansamblu de lentile CO2 este seleniura de zinc (ZnSe). ZnSe are o rată excepțional de scăzută de absorbție la lungimea de undă de 10,6 μm, permițând energiei laser să treacă cu pierderi minime și generare redusă de căldură. Alte materiale, cum ar fi germaniul (Ge) și arseniura de galiu (GaAs), sunt utilizate și ele în aplicații specifice de înaltă putere sau specializate. Aceste materiale sunt adesea mai costisitoare și pot fi sensibile la socurile termice.

Lentile laser fibră: Materialul ales pentru elementele optice dintr-un ansamblu tipic de lentile laser fibră este siliciul fuzionat sau cuarțul sintetic. Siliciul fuzionat oferă o transparență excelentă la lungimea de undă de 1 μm, o stabilitate termică ridicată și o rezistență foarte bună la efectul de lentilă termică — un fenomen prin care lentele se încălzesc și își modifică forma, defocalizând fascicolul. De asemenea, este foarte dur și rezistent la contaminare, fiind astfel durabil în mediile industriale.

Proiectare optică: Ansamblu de lentile vs. Elemente optice

Înțelegerea proiectării optice necesită distingerea între ansamblul complet de „lentile” și elementele optice individuale din interiorul acestuia. O lentilă de focalizare este un sistem, iar implementarea sa nu este limitată la un singur tip de element optic.

Optică pentru laser CO2: Un ansamblu de focalizare pentru laser CO2 poate utiliza atât soluții transmisive (cu lentile), cât și cele reflexive (cu oglinzi). Deși lentilele din ZnSe sunt frecvent utilizate, la niveluri foarte ridicate de putere (de exemplu, mai mulți kilowați), se preferă oglinzile reflective de focalizare. Acestea sunt adesea oglinzi parabolice realizate din cupru sau molibden. Acesta este un exemplu clar în care un „ansamblu de focalizare CO2” nu conține neapărat deloc un element de lentilă transparentă; componenta sa principală ar putea fi o oglindă reflectivă.

Optică cu laser de fibră: Un cap de tăiere modern cu laser de fibră este un sistem optic complex. Ansamblul de lentile conține de obicei mai multe elemente: un grup de lentile colimatoare, un grup de lentile de focalizare și o fereastră de protecție. Elementul principal de focalizare din acest ansamblu este realizat cel mai adesea din siliciu fuzionat, datorită proprietăților sale excelente. Totuși, este esențial să înțelegeți că acest element poate fi o singură lentilă, un dublet (două lentile lipite împreună) sau chiar o lentilă asferică, în funcție de performanța necesară. Prin urmare, relația dintre un „ansamblu de lentile pentru laser de fibră” și un anumit „element de lentilă” nu este fixă; este o soluție personalizată.

Aplicație specializată: De ce lentila potrivită definește rezultatele dumneavoastră

Diferența de lungime de undă nu afectează doar lentila; determină materialele pe care le poate prelucra eficient laserul.

• Laserii CO2 cu lentile ZnSe: Lungimea de undă de 10,6μm este excelent absorbită de materialele nemetalice. Acest lucru face ca laserii CO2, asociați cu montajul corect de lentile, să fie alegerea superioară pentru tăierea și gravarea lemnului, acrilicului, plasticului, textilelor și ceramicii.
• Laserii cu fibră cu lentile din siliciu fuzionat: Lungimea de undă de 1μm este absorbită mult mai eficient de metale. Acest lucru face ca montajul de lentile pentru laserul cu fibră să fie inima fabricației moderne din metal. Este componenta cheie care permite tăierea, sudarea și marcare oțelului, oțelului inoxidabil, aluminiului, alamei și cuprului cu viteză și eficiență energetică fără precedent.

Care sunt diferențele în întreținerea opticilor CO2 și a opticilor cu fibră

Datorită proprietăților unice ale laserelor infraroșu apropiat de 1064 nm, calității fundamentale a fasciculului și designului compact, tăierea cu laser cu fibră a demonstrat avantaje semnificative în ceea ce privește eficiența procesării, precizia și raportul cost-beneficiu. Deosebit de potrivite pentru aplicații de prelucrare a metalelor, sistemele cu laser cu fibră au câștigat rapid teren față de mașinile de tăiat cu laser CO2 în ultimii ani. Comparativ cu laserii CO2, laserii cu fibră necesită costuri mai mici de întreținere pentru componentele optice principale și sunt mai ușor de înlocuit. Producătorii optimizează în mod continuu designurile capetelor de tăiere, permițând utilizatorilor să înlocuiască piesele imediat fără a deteriora componentele interne. De exemplu, sertarul obiectivului de focalizare și sertarul obiectivului colimator permite utilizatorilor să efectueze înlocuiri într-un mediu curat, fără a necesita asistență profesională. Totuși, din cauza structurii interne complexe a laserului cu CO2, înlocuirea tuturor componentelor optice trebuie realizată de specialiști pe loc, ceea ce nu este ieftin.