Разлике између фибер и CO2 ласерних сочива

Увод: Срце вашег ласерског система

У самом центру сваке високопрецизне машине за ласерско сечење и заваривање налази се кључни део: склоп фокусирајућих сочива. Ова оптичка компонента има за циљ да усредоточи моћан ласерски зрак у изузетно мали, интензивни точак, што омогућава ласеру да са великом прецизношћу сече метал или га завари. Међутим, не сви ласери су исти, па нису ни њихова сочива. Код влакнести ласерских сочива, произвођачи различитих глава за ласерско сечење имају различите конструктивне решења оптичког пута и структуре, чак и ако имају исту пречник и жижну даљину. Код CO2 фокусирајућих сочива, облик, пречник, дебљина ивице и жижна даљина су кључни параметри које корисници морају знати пре куповине.

Основна разлика: Све почиње таласном дужином

Најважнији фактор који разликује ове две сочива је таласна дужина ласерске светлости са којом су дизајнирана да раде. Таласна дужина, мерена у микрометрима (μm) или нанометрима (nm), одређује како светлост интерагује са материјом, укључујући и сам материјал сочива.

• CO2 ласери: Ови ласери раде на дугoj таласноj дужини од 10,6 микрометара (μm). Ово је у средишњем инфрацрвеном спектру, који је невидљив за људско око.
• Фибер ласери: Насупрот томе, фибер ласери производе светлост на много краћој таласној дужини, уобичајено око 1,07 микрометара (μm) или 1064 нанометра (nm). Ово је у блиском инфрацрвеном спектру.

Zašto je ovo važno? Zamislite da pokušavate da upotrebite stakleni prozor kako biste usmerili toplotu od logorske vatre. Staklo može blokirati toplotu (dugački infracrveni talas) dok propušta vidljivu svetlost. Na sličan način, materijali koji su potpuno providni za jednu talasnu dužinu svetlosti mogu biti potpuno neprozirni ili apsorbujući za drugu. Ovo je glavni razlog zašto se sklop sočiva vlaknastog lasera ne može koristiti u CO2 laserskom sistemu i obrnuto.

Materijal sočiva: Ključ providnosti i otpornosti na snagu

Različite talasne dužine direktno određuju materijale od kojih moraju biti izrađeni pojedinačni optički elementi unutar sklopa sočiva. Ovaj izbor utiče na cenu, izdržljivost i performanse, naročito u uslovima visoke snage.

• CO2 ласерски сочива: Златни стандард за материјал оптичких елемената у CO2 склопу сочива је селенид цинка (ZnSe). ZnSe има изузетно низак степен апсорпције на таласној дужини од 10,6 μm, што омогућава ласерској енергији да прође са минималним губицима и загревањем. Други материјали попут германијума (Ge) и галијум-арсенида (GaAs) такође се користе за специфичне примене са високом снагом или специјализоване примене. Ови материјали су често скупљи и могу бити осетљивији на термички удар.

Фибер ласерска сочива: Материјал по избору за оптичке елементе у стандардном фибер ласерском склопу сочива је спојени силицијум или синтетички кварц. Спојени силицијум обезбеђује изврсну прозирност на таласној дужини од 1 μm, високу термичку стабилност и одличну отпорност на термичко сочивање – феномен код ког се сочиво загреје и промени облик, доводећи до дефокусирања зрака. Такође је веома чврст и отпоран на контаминацију, што га чини издржљивим за индустријска окружења.

Оптички дизајн: Склоп сочива у односу на оптичке елементе

Разумевање оптичког дизајна захтева разликовање између комплетне „скупштине сочива“ и појединачних „оптичких елемената“ у њој. Сочиво за фокусирање је систем, а његова имплементација није ограничена на један тип оптичког елемента.

CO2 ласерска оптика: CO2 ласерска скупштина за фокусирање може користити пропусне (коришћењем сочива) и рефлектујуће (коришћењем огледала) дизајне. Иако су ZnSe сочива честа, на врло високим нивоима снаге (нпр. неколико киловата), предност имају рефлектујућа фокусирајућа огледала. Често су то параболична огледала направљена од бакра или молибдена. Ово је изразит пример где „CO2 скупштина за фокусирање“ уопште не мора садржати пропусни оптички елемент; њен основни део може бити рефлектујуће огледало.

Оптика влакнастог ласера: Современа глава за резање влакнастим ласером је комплексан оптички систем. Ова лећа обично садржи више елемената: групу лећа за колимацију, групу лећа за фокусирање и заштитни прозор. Главни фокусирајући елемент у овој конструкцији најчешће се израђује од спојеног кварца због његових изузетних карактеристика. Међутим, важно је разумети да тај елемент може бити појединачна лећа, дуплет (две леће спојене заједно) или чак асферична лећа, у зависности од захтеване перформансе. Стога, однос између „скупа лећа влакнастог ласера“ и одређеног „елемента леће“ није фиксиран; то је прилагођено решење.

Фокус примене: Зашто права лећа одређује ваш резултат

Разлика у таласној дужини не утиче само на лећу; она одређује које материјале ласер може ефикасно обрадити.

• CO2 ласери са сочивима од ZnSe: Таласна дужина од 10,6μm одлично се апсорбује код неметалних материјала. Због тога су CO2 ласери, у комбинацији са одговарајућим склопом сочива, најбољи избор за исецање и гравирање дрвета, акрила, пластике, текстила и керамике.
• Фибер ласери са сочивима од спојеног кварца: Таласна дужина од 1μm много ефикасније се апсорбује код метала. Због тога је склоп сочива фибер ласера срце модерне обраде метала. То је кључни елемент који омогућава исецање, заваривање и означавање челика, нерђајућег челика, алуминијума, бронзе и бакра са безпрекорном брзином и енергетском ефикасношћу.

У чему се разликује одржавање CO2 оптике и фибер оптике

Захваљујући јединственим особинама 1064nm ласера у близком инфрацрвеном подручју, њиховом основном квалитету зрака и компактној конструкцији, исецање фибер ласером показало је значајне предности у погледу ефикасности обраде, прецизности и исплативости. Посебно погодни за примену у обради метала, фибер ласерски системи су у последњих неколико година брзо повећавали свој удео на тржишту на рачун CO2 ласерских машина за резање. У поређењу са CO2 ласерима, фибер ласери имају ниже трошкове одржавања кључних оптичких компонената и њихова замена је једноставнија. Произвођачи стално оптимизују конструкцију главе за резање, омогућавајући корисницима да замене делове брзо, без оштећења унутрашњих компонената. На пример, кућиште фокусирајуће сочива и кућиште колимирајуће сочива кућиште фокусирајуће сочива и кућиште колимирајуће сочива омогућава корисницима да изврше замену у чистом окружењу без потребе за стручном помоћи. Међутим, због сложене унутрашње структуре CO2 ласера, замена свих оптичких компонената мора бити извршена од стране стручњака на терену, што није јефтино.