Skillnader mellan fiber- och CO2-laserlinser

Introduktion: Hjärtat i ditt lasersystem

I kärnan av varje högpresterande laser- och svetsmaskin finns en avgörande komponent: fokuseringslinsen. Detta optiska system har till uppgift att ta den kraftfulla laserstrålen och koncentrera dess energi till en extremt liten, intensiv punkt – vilket gör att lasern kan skära genom metall eller svetsa med stor precision. Alla lasrar är dock inte likadana, och därmed heller inte deras linskonstruktioner. När det gäller fiberlaserlinser har olika tillverkare av laserklippningshuvuden olika design av optisk väg och struktur, även om de kan ha samma diameter och brännvidd. När det gäller CO2-fokuseringslinser är form, diameter, kantens tjocklek och brännvidd de viktigaste parametrarna som alla användare måste känna till innan köp.

Den grundläggande skillnaden: Det börjar med våglängd

Den viktigaste faktorn som skiljer dessa två linser åt är den våglängd på laserljus de är utformade för att arbeta med. Våglängd, mätt i mikrometer (μm) eller nanometer (nm), avgör hur ljus interagerar med materia, inklusive linsmaterialet självt.

• CO2-laser: Dessa lasrar fungerar vid en lång våglängd på 10,6 mikrometer (μm). Detta är inom det mid-infraröda spektrumet, vilket är osynligt för blotta ögat.
• Fiberlaser: I motsats till detta producerar fiberlasrar ljus vid en mycket kortare våglängd, vanligtvis cirka 1,07 mikrometer (μm) eller 1064 nanometer (nm). Detta är inom det nära infraröda spektrumet.

Varför spelar detta roll? Tänk dig att du försöker använda ett glasfönster för att fokusera värmen från en lägereld. Glasen kan blockera värmen (långvågig infraröd strålning) samtidigt som det släpper igenom synligt ljus. På liknande sätt kan material som är helt transparenta för en våglängd av ljus vara fullständigt ogenomskinliga eller absorberande för en annan. Detta är huvudorsaken till att ett objektivsystem för fiberlaser inte kan användas i ett CO2-lasersystem, och vice versa.

Linsmaterial: Nyckeln till transparens och effekthantering

De olika våglängderna styr direkt vilka material de enskilda optiska elementen i linsmonteringen måste tillverkas av. Valet påverkar kostnad, hållbarhet och prestanda, särskilt vid hög effekt.

• CO2-laserlinsar: Det guldstandardiserade materialet för de optiska elementen i en CO2-linsuppsättning är zinkselenid (ZnSe). ZnSe har en exceptionellt låg absorptionsgrad för våglängden 10,6 μm, vilket gör att laserenergin kan passera igenom med minimal förlust och värmeutveckling. Andra material som germanium (Ge) och galliumarsenid (GaAs) används också för specifika högeffekts- eller specialtillämpningar. Dessa material är ofta dyrare och kan vara känsliga för termisk chock.

Fiberlaserlinsar: Materialet av val för de optiska elementen i en standard fiberlaserlinsuppsättning är kiseldioxid (fusad kisel) eller syntetisk kvarts. Fusad kisel erbjuder utmärkt transparens för våglängden 1 μm, hög termisk stabilitet och utmärkt motståndskraft mot termisk linsverkan – ett fenomen där linsen värms upp och ändrar form, vilket leder till att strålen blir ur fokus. Det är också mycket hårt och resistens mot föroreningar, vilket gör det slitstarkt för industriella miljöer.

Optisk design: Linsuppsättning kontra optiska element

För att förstå den optiska designen krävs att man skiljer på den kompletta "linsmonteringen" och de enskilda "optiska elementen" inuti den. En fokuseringslins är ett system, och dess implementering är inte bunden till en enda typ av optiskt element.

CO2-laseroptik: En CO2-laserfokuseringsmontering kan använda både transmittiva (med linser) och reflekterande (med speglar) design. Även om ZnSe-linser är vanliga, så blir reflekterande fokuseringsspeglar föredragna vid mycket höga effektnivåer (t.ex. flera kilowatt). Dessa är ofta paraboliska speglar tillverkade av koppar eller molybden. Detta är ett främsta exempel där en "CO2-fokuseringslinsmontering" inte nödvändigtvis innehåller något transmittivt lins­element alls; dess kärnkomponent kan vara en reflekterande spegel.

Fiberlaseroptik: Ett modernt fiberlaser-skärhuvud är ett komplext optiskt system. Denna linsuppsättning innehåller vanligtvis flera element: en kollimerande linsgrupp, en fokuserande linsgrupp och ett skyddsfönster. Det centrala fokuserande elementet i denna uppsättning är oftast tillverkat av fused silica på grund av dess utmärkta egenskaper. Det är dock viktigt att förstå att detta element kan vara en enskild lins, en dubbel-lins (två linser limmade samman) eller till och med en asfärisk lins, beroende på den krävda prestandan. Sambandet mellan en "fiberlaserlinsuppsättning" och ett specifikt "linselement" är därför inte fastställt; det är en anpassad lösning.

Tillämpningsfokus: Varför rätt lins avgör dina resultat

Våglängds skillnaden påverkar inte bara linsen; den styr vilka material lasern kan bearbeta effektivt.

• CO2-laser med ZnSe-linser: Våglängden på 10,6 μm absorberas utmärkt av icke-metalliska material. Det gör att CO2-laser, kombinerat med rätt linsuppsättning, är det överlägsna valet för skärning och gravering av trä, akryl, plaster, textilier och keramik.
• Fiberlasrar med linser av fused silica: Våglängden på 1 μm absorberas mycket effektivare av metaller. Det gör fiberlaserlinsen till hjärtat i modern metallbearbetning. Den är den avgörande komponenten som möjliggör skärning, svetsning och märkning av stål, rostfritt stål, aluminium, mässing och koppar med oöverträffad hastighet och energieffektivitet.

Vilka är skillnaderna i underhåll mellan CO2-optik och fiberoptik

På grund av de unika egenskaperna hos 1064 nm nära-infraröda laser, deras grundläggande strålkvalitet och kompakta design har fiberlaser-skärning visat betydande fördelar när det gäller bearbetningseffektivitet, precision och kostnadseffektivitet. Särskilt lämpad för tillverkning av metallapplikationer har fiberlasersystem snabbt ökat sin marknadsandel på bekostnad av CO2-laserskärningsmaskiner de senaste åren. Jämfört med CO2-laser kräver fiberlaser lägre underhållskostnader för sina kärroptiska komponenter och är enklare att byta ut. Tillverkare optimerar kontinuerligt skärhuvudens design, vilket gör att användare kan byta delar omedelbart utan att skada inre komponenter. Till exempel fokuse ningslinslådan och kolli meringslinslådan tillåter användare att utföra utbyggnader i ett rent miljö utan att behöva professionell hjälp. På grund av den komplexa inre strukturen i CO2-lasern måste dock utbyte av alla optiska komponenter utföras av professionella på plats, vilket inte är billigt.