ความแตกต่างระหว่างเลนส์ไฟเบอร์เลเซอร์และเลนส์ CO2 เลเซอร์

บทนำ: หัวใจของระบบเลเซอร์ของคุณ

ที่แก่นกลางของเครื่องตัดและเครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ทุกเครื่องที่มีความแม่นยำสูง จะมีส่วนประกอบสำคัญอยู่ชิ้นหนึ่ง ได้แก่ ชุดเลนส์โฟกัส ระบบนี้ทำหน้าที่รับลำแสงเลเซอร์ที่มีพลังสูง และรวมพลังงานของมันให้อยู่ในจุดเล็กมากที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เลเซอร์สามารถตัดผ่านโลหะหรือเชื่อมได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์แต่ละประเภทไม่เหมือนกัน ดังนั้นชุดเลนส์ของพวกมันจึงไม่เหมือนกันด้วย สำหรับเลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์ ผู้ผลิตหัวตัดเลเซอร์ที่ต่างกันจะมีการออกแบบเส้นทางแสงและโครงสร้างที่แตกต่างกัน แม้ว่าเลนส์เหล่านั้นอาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวโฟกัสเท่ากันก็ตาม ส่วนเลนส์โฟกัส CO2 รูปร่าง เส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาของขอบ และความยาวโฟกัส คือพารามิเตอร์หลักที่ผู้ใช้ทุกคนจำเป็นต้องทราบก่อนการซื้อ

ความแตกต่างพื้นฐาน: เริ่มต้นที่ความยาวคลื่น

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่ทำให้เลนส์ทั้งสองชนิดนี้แตกต่างกัน คือ ความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์ที่เลนส์ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานด้วย ความยาวคลื่น ซึ่งวัดเป็นไมครอน (μm) หรือนาโนเมตร (nm) จะกำหนดลักษณะการโต้ตอบของแสงกับสสาร รวมถึงตัววัสดุของเลนส์เอง

• เลเซอร์ CO2: เลเซอร์เหล่านี้ทำงานที่ความยาวคลื่นยาว 10.6 ไมครอน (μm) ซึ่งอยู่ในช่วงกลางสเปกตรัมอินฟราเรด ที่ตามนุษย์มองไม่เห็น
• เลเซอร์ไฟเบอร์: ในทางตรงกันข้าม เลเซอร์ไฟเบอร์ผลิตแสงที่ความยาวคลื่นสั้นกว่ามาก โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1.07 ไมครอน (μm) หรือ 1064 นาโนเมตร (nm) ซึ่งอยู่ในช่วงใกล้สเปกตรัมอินฟราเรด

ทำไมสิ่งนี้ถึงสำคัญ? ลองจินตนาการว่าคุณพยายามใช้กระจกใสเพื่อโฟกัสความร้อนจากกองไฟแคมป์ไฟ กระจกอาจกั้นความร้อน (อินฟราเรดคลื่นยาว) ไว้ ขณะที่แสงที่มองเห็นได้สามารถผ่านไปได้ เช่นเดียวกัน วัสดุที่โปร่งใสอย่างสมบูรณ์ต่อความยาวคลื่นหนึ่งของแสง อาจทึบหรือดูดซับแสงได้อย่างสมบูรณ์ต่อความยาวคลื่นอีกแบบหนึ่ง นี่คือสาเหตุหลักที่ทำให้ชุดเลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์ไม่สามารถใช้งานในระบบเลเซอร์ CO2 ได้ และในทางกลับกัน

วัสดุเลนส์: กุญแจสำคัญของการโปร่งใสและการทนกำลังงาน

ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันกำหนดโดยตรงว่าวัสดุใดควรใช้ในการผลิตองค์ประกอบออพติคัลแต่ละชิ้นภายในชุดเลนส์ การเลือกวัสดุนี้มีผลต่อต้นทุน ความทนทาน และประสิทธิภาพ โดยเฉพาะภายใต้สภาวะกำลังงานสูง

• เลนส์เลเซอร์ CO2: วัสดุมาตรฐานทองคำสำหรับองค์ประกอบออปติคัลในชุดเลนส์ CO2 คือ สังกะสีซีลีไนด์ (ZnSe) ZnSe มีอัตราการดูดซับต่ำมากที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน ทำให้พลังงานเลเซอร์สามารถผ่านได้โดยมีการสูญเสียพลังงานและกำเนิดความร้อนต่ำ วัสดุอื่นๆ เช่น เยอรมานีเยียม (Ge) และแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ก็ถูกใช้ในงานเฉพาะทางหรืองานที่ต้องการกำลังไฟสูง วัสดุเหล่านี้มักมีราคาแพงกว่าและอาจไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน

เลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์: วัสดุที่นิยมใช้สำหรับองค์ประกอบออปติคัลในชุดเลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์ทั่วไปคือ ฟิวส์ซิลิกา หรือควอตซ์สังเคราะห์ ฟิวส์ซิลิกามีความโปร่งใสสูงที่ความยาวคลื่น 1 ไมครอน มีความคงตัวทางความร้อนสูง และทนต่อปรากฏการณ์เลนส์ความร้อนได้ดี ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เลนส์เกิดความร้อนและเปลี่ยนรูปร่าง ทำให้ลำแสงเลเซอร์หลุดโฟกัส นอกจากนี้ยังมีความแข็งแรงสูงและต้านทานการปนเปื้อน ทำให้มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมในอุตสาหกรรม

การออกแบบเชิงออปติคัล: ชุดเลนส์ เทียบกับ องค์ประกอบออปติคัล

การเข้าใจการออกแบบทางแสงจำเป็นต้องแยกแยะระหว่าง "ชุดเลนส์" ทั้งหมด กับ "องค์ประกอบเชิงออปติคัล" แต่ละชิ้นภายใน โดยเลนส์โฟกัสเป็นระบบหนึ่ง และการนำไปใช้งานไม่ได้จำกัดอยู่แค่องค์ประกอบเชิงออปติคัลแบบใดแบบหนึ่งเท่านั้น

อุปกรณ์ออปติคัลสำหรับเลเซอร์ CO2: ชุดโฟกัสเลเซอร์ CO2 สามารถใช้ทั้งการออกแบบแบบถ่ายโอน (ใช้เลนส์) และแบบสะท้อน (ใช้กระจกสะท้อน) แม้ว่าเลนส์ ZnSe จะพบได้ทั่วไป แต่ในระดับกำลังไฟสูงมาก (เช่น หลายกิโลวัตต์) จะมีแนวโน้มใช้กระจกโฟกัสแบบสะท้อนแทน ซึ่งมักเป็นกระจกพาราโบล่าที่ทำจากทองแดงหรือโมลิบดีนัม นี่เป็นตัวอย่างสำคัญที่แสดงว่า "ชุดเลนส์โฟกัส CO2" อาจไม่มีองค์ประกอบเลนส์แบบถ่ายโอนเลยก็ได้; ส่วนประกอบหลักของมันอาจเป็นกระจกสะท้อนก็ได้

ออปติกส์เลเซอร์ไฟเบอร์: หัวตัดเลเซอร์ไฟเบอร์สมัยใหม่เป็นระบบออปติคัลที่ซับซ้อน ชุดเลนส์นี้โดยทั่วไปจะประกอบด้วยหลายองค์ประกอบ ได้แก่ กลุ่มเลนส์ควบคุมลำแสง (collimating lens group), กลุ่มเลนส์โฟกัส (focusing lens group) และหน้าต่างป้องกัน (protective window) องค์ประกอบหลักที่ใช้โฟกัสในชุดนี้ส่วนใหญ่ทำจากฟิวส์ซิลิกา (Fused Silica) เนื่องจากมีคุณสมบัติโดยรวมที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าองค์ประกอบนี้อาจเป็นเลนส์เดี่ยว เลนส์แบบดับเบล็ต (doublet - เลนส์สองตัวติดกันด้วยกาว) หรือแม้แต่เลนส์แอสเฟอริคัล (aspherical lens) ก็ได้ ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพที่ต้องการ ดังนั้น ความสัมพันธ์ระหว่าง "ชุดเลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์" กับ "องค์ประกอบเลนส์เฉพาะตัว" จึงไม่คงที่ แต่เป็นทางออกที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ

การประยุกต์ใช้งาน: เหตุใดการเลือกเลนส์ที่เหมาะสมจึงกำหนดผลลัพธ์ของคุณ

ความแตกต่างของความยาวคลื่นไม่เพียงกระทบต่อเลนส์เท่านั้น แต่ยังกำหนดด้วยว่าเลเซอร์สามารถแปรรูปวัสดุชนิดใดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• เลเซอร์ CO2 พร้อมเลนส์ ZnSe: ความยาวคลื่น 10.6μm ถูกดูดซับได้ดีเยี่ยมโดยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ทำให้เลเซอร์ CO2 เมื่อจับคู่กับชุดเลนส์ที่เหมาะสม เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่าสำหรับการตัดและแกะสลักไม้ อคริลิก พลาสติก เส้นใยผ้า และเซรามิก
• เลเซอร์ไฟเบอร์พร้อมเลนส์ฟิวส์ซิลิกา: ความยาวคลื่น 1μm ถูกดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยโลหะ ทำให้ชุดเลนส์เลเซอร์ไฟเบอร์กลายเป็นหัวใจสำคัญของการผลิตโลหะในยุคปัจจุบัน ชิ้นส่วนนี้เป็นองค์ประกอบหลักที่ทำให้สามารถตัด เชื่อม และทำเครื่องหมายบนเหล็ก สแตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง และทองแดง ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานอย่างไม่มีใครเทียบ

ข้อแตกต่างด้านการบำรุงรักษาเลนส์ CO2 และเลนส์ไฟเบอร์คืออะไร

เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษของเลเซอร์ใกล้อินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร คุณภาพของลำแสงพื้นฐาน และการออกแบบที่กะทัดรัด การตัดด้วยไฟเบอร์เลเซอร์จึงแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพการประมวลผล ความแม่นยำ และต้นทุนที่คุ้มค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการใช้งานด้านการผลิตโลหะ ระบบไฟเบอร์เลเซอร์ได้เพิ่มส่วนแบ่งการตลาดจากเครื่องตัดเลเซอร์ CO2 มาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 แล้ว ไฟเบอร์เลเซอร์มีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาชิ้นส่วนออปติกหลักที่ต่ำกว่า และสามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ง่ายกว่า ผู้ผลิตมีการปรับปรุงการออกแบบหัวตัดอย่างต่อเนื่อง ทำให้ผู้ใช้งานสามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ทันทีโดยไม่ทำลายชิ้นส่วนภายใน ตัวอย่างเช่น ลิ้นชักเลนส์โฟกัสและลิ้นชักเลนส์ควบคู่ขนาน ลิ้นชักเลนส์โฟกัสและลิ้นชักเลนส์ควบคู่ขนาน ช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ได้ด้วยตนเองในสภาพแวดล้อมที่สะอาด โดยไม่จำเป็นต้องได้รับความช่วยเหลือจากช่างผู้เชี่ยวชาญ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างภายในของเลเซอร์ CO2 มีความซับซ้อน การเปลี่ยนชิ้นส่วนออปติคัลทั้งหมดจะต้องดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญในสถานที่จริง ซึ่งไม่ใช่บริการที่มีราคาถูก