Rozdiely medzi vláknovými a CO2 laserovými objektívmi

Úvod: Srdce vášho laserového systému

V srdci každého vysokopresného laserového rezača a zváracieho stroja sa nachádza kľúčová súčiastka: zostava fokusovacej šošovky. Tento optický systém má za úlohu prijať výkonný laserový lúč a skoncentrovať jeho energiu do extrémne malého, intenzívneho bodu, čo umožňuje laseru pretínať kov alebo ho zvárať s vysokou presnosťou. Nie všetky lasery sú rovnaké a preto ani ich zostavy šošoviek nie sú rovnaké. Čo sa týka vláknových laserových šošoviek, rôzni výrobcovia laserových rezačiek majú odlišný návrh optického chodu a štruktúry, aj keď môžu mať rovnaký priemer a ohniskovú vzdialenosť. Pokiaľ ide o CO2 fokusovacie šošovky, tvar, priemer, hrúbka okraja a ohnisková vzdialenosť sú kľúčové parametre, ktoré musia používatelia poznať pred nákupom.

Základný rozdiel: Všetko začína vlnovou dĺžkou

Najdôležitejším faktorom, ktorý tieto dve šošovky od seba odlišuje, je vlnová dĺžka laserového svetla, pre ktorú sú navrhnuté. Vlnová dĺžka, meraná v mikrometroch (μm) alebo nanometroch (nm), určuje, ako svetlo interaguje s hmotou vrátane samotného materiálu šošovky.

• CO2 lasery: Tieto lasery pracujú pri dlhej vlnovej dĺžke 10,6 mikrometra (μm). Toto je v strednom infračervenom spektre, ktoré je pre ľudské oko neviditeľné.
• Vláknové lasery: Naopak, vláknové lasery vyžarujú svetlo pri omnoho kratšej vlnovej dĺžke, zvyčajne okolo 1,07 mikrometra (μm) alebo 1064 nanometrov (nm). Toto je v blízkom infračervenom spektre.

Prečo je to dôležité? Predstavte si, že sa pokúšate použiť sklenené okno na zameranie tepla z táboráka. Sklo môže blokovať teplo (dlhé infračervené vlny), pričom prepustí viditeľné svetlo. Podobne môže byť materiál úplne priehľadný pre jednu vlnovú dĺžku svetla a zároveň úplne nepriehľadný alebo pohlcujúci pre inú. Práve toto je hlavným dôvodom, prečo sa montáž objektívu vláknového lasera nedá použiť v systéme CO2 lasera a naopak.

Materiál objektívu: Kľúč k priehľadnosti a odolnosti voči výkonu

Rôzne vlnové dĺžky priamo určujú materiály, z ktorých musia byť vyrobené jednotlivé optické prvky vnútri montáže objektívu. Táto voľba ovplyvňuje náklady, trvanlivosť a výkon, najmä za podmienok vysokého výkonu.

• CO2 laserové šošovky: Zlatý štandard pre materiál optických prvkov v zostave CO2 šošoviek predstavuje selenid zinočnatý (ZnSe). ZnSe má výnimočne nízku mieru absorpcie pri vlnovej dĺžke 10,6 μm, čo umožňuje laserovej energii prechádzať s minimálnymi stratami a tvorbou tepla. Iné materiály, ako germánium (Ge) alebo arzenid galitý (GaAs), sa používajú tiež pre špecifické vysokovýkonné alebo špecializované aplikácie. Tieto materiály sú často drahšie a môžu byť citlivé na tepelné rázy.

Šošovky vláknových laserov: Materiálom voľby pre optické prvky v bežnej zostave šošoviek vláknového laseru je tavený kremeň alebo syntetický kremeň. Tavený kremeň ponúka vynikajúcu priehľadnosť pri vlnovej dĺžke 1 μm, vysokú tepelnú stabilitu a vynikajúcu odolnosť voči tepelnému fokusovaniu – javu, pri ktorom sa šošovka zohrieva a mení tvar, čím rozostrojuje lúč. Je tiež veľmi tvrdý a odolný voči kontaminácii, čo z neho robí trvanlivý materiál pre priemyselné prostredia.

Optický dizajn: Zostava šošoviek vs. Optické prvky

Na pochopenie optického dizajnu je potrebné rozlišovať medzi úplným „zostavou objektívu“ a jednotlivými „optickými členmi“ v ňom. Zameriavací objektív je systém a jeho realizácia nie je viazaná na jeden konkrétny typ optického člena.

CO2 laserová optika: Zostava zameriavacieho objektívu pre CO2 laser môže využívať transmisné (s použitím šošoviek) aj reflexné (s použitím zrkadiel) konštrukcie. Hoci sú šošivky zo ZnSe bežné, pri veľmi vysokých výkonoch (napr. niekoľko kilowattov) sa uprednostňujú reflexné zameriavacie zrkadlá. Často ide o parabolické zrkadlá vyrobené z medi alebo z molybdénu. Ide o klasický príklad, keď „zostava zameriavacieho objektívu pre CO2 laser“ vôbec nemusí obsahovať transmisný optický člen; jej hlavnou súčasťou môže byť reflexné zrkadlo.

Optika vláknového laseru: Moderná rezačka s vláknovým laserom je komplexný optický systém. Tento objektív zvyčajne obsahuje viacero členov: skupinu kolineárnych šošoviek, skupinu fokusujúcich šošoviek a ochranné okno. Hlavný fokusujúci prvok v tomto zariadení je najčastejšie vyrobený z fúzovaného kremeňa kvôli jeho vynikajúcim celkovým vlastnostiam. Je však dôležité si uvedomiť, že tento prvok môže byť jednoduchá šošovka, dvojčo (dve spojené šošovky) alebo dokonca asférická šošovka, v závislosti od požadovaného výkonu. Väzba medzi „objektívom vláknového laseru“ a konkrétnym „optickým prvkom“ teda nie je pevná; ide o prispôsobené riešenie.

Zameranie aplikácie: Prečo správna šošovka určuje vaše výsledky

Rozdiel vlnovej dĺžky ovplyvňuje nielen šošovku, ale určuje aj materiály, ktoré laser dokáže efektívne spracovať.

• CO2 lasery so šošovkami ZnSe: Vlnová dĺžka 10,6 μm je vynikajúco pohlcovaná nekovovými materiálmi. To robí CO2 lasery spolu s vhodnou súpravou šošoviek najvhodnejšou voľbou na rezanie a gravírovanie dreva, akrylu, plastov, textílií a keramiky.
• Vláknové lasery so šošovkami z fúzovaného kremičitanu: Vlnová dĺžka 1 μm je kovmi pohlcovaná omnoho efektívnejšie. To robí súpravu šošoviek vláknového lasera jadrom modernej výroby kovov. Je to kľúčová súčasť umožňujúca rezanie, zváranie a značenie ocele, nerezovej ocele, hliníka, mosadze a medi s bezkonkurenčnou rýchlosťou a energetickou účinnosťou.

Aké sú rozdiely v údržbe CO2 optiky a vláknovej optiky

Vzhľadom na jedinečné vlastnosti blízkych infračervených laserov s vlnovou dĺžkou 1064 nm, ich základnú kvalitu lúča a kompaktný dizajn, ukázalo rezanie vláknových laserov významné výhody z hľadiska efektivity spracovania, presnosti a nákladovej efektívnosti. Keďže sú obzvlášť vhodné pre aplikácie pri spracovaní kovov, systémy vláknových laserov si v posledných rokoch rýchlo berú podiel na trhu od CO2 laserových rezačiek. V porovnaní s CO2 lasermi vyžadujú vláknové lasery nižšie náklady na údržbu kľúčových optických komponentov a tie sú jednoduchšie na výmenu. Výrobcovia neustále optimalizujú konštrukciu rezných hláv, čo umožňuje používateľom včasne meniť diely bez poškodenia vnútorných komponentov. Napríklad, zásuvka fokusovacej šošovky a zásuvka kolimatívnej šošovky umožňujú používateľom vykonávať výmeny v čistom prostredí bez potreby odbornej pomoci. Vzhľadom na zložitú vnútornú štruktúru CO2 laseru však musí byť výmena všetkých optických komponentov vykonaná odborníkmi priamo na mieste, čo nie je lacné.