Відмінності між лінзами волоконного та CO2 лазерів

Вступ: серце вашої лазерної системи

В основі кожного високоточного лазерного обладнання для різання та зварювання лежить ключовий компонент — блок фокусуючої лінзи. Ця оптична система призначена для перетворення потужного лазерного променя шляхом концентрації його енергії в надзвичайно малу, інтенсивну точку, що дозволяє лазеру з великою точністю розрізати або зварити метал. Проте не всі лазери однакові, і, відповідно, їхні блоки лінз також відрізняються. Щодо лінзи волоконного лазера, різні виробники головок для лазерного різання мають різний дизайн оптичного шляху та конструкції, навіть якщо діаметр і фокусна відстань можуть бути однаковими. Щодо фокусуючої лінзи СО2-лазера, форма, діаметр, товщина краю, фокусна відстань є ключовими параметрами, які всі користувачі повинні знати перед покупкою.

Основна відмінність: усе починається з довжини хвилі

Найважливішим чинником, що відрізняє ці дві лінзи, є довжина хвилі лазерного світла, для якої вони призначені. Довжина хвилі, виміряна в мікронах (μm) або нанометрах (nm), визначає те, як світло взаємодіє з речовиною, включаючи матеріал лінзи.

• Лазери CO2: Ці лазери працюють на довгій довжині хвилі 10,6 мікрон (μm). Це середній інфрачервоний спектр, який невидимий для людського ока.
• Волоконні лазери: Навпаки, волоконні лазери виробляють світло на значно коротшій довжині хвилі, зазвичай близько 1,07 мікрон (μm) або 1064 нанометри (nm). Це ближній інфрачервоний спектр.

Чому це важливо? Уявіть, що ви намагаєтеся використовувати скляне вікно, щоб зосередити тепло від багаття. Скло може блокувати тепло (довгохвильове інфрачервоне випромінювання), пропускаючи при цьому видиме світло. Аналогічно, матеріали, які є повністю прозорими для одного діапазону довжин хвиль світла, можуть бути абсолютно непрозорими або поглинальними для іншого. Саме це є головною причиною того, чому лінзову систему волоконного лазера не можна використовувати в системі CO2-лазера, і навпаки.

Матеріал лінзи: Ключ до прозорості та здатності витримувати потужність

Різні довжини хвиль безпосередньо визначають матеріали, з яких мають виготовлятися окремі оптичні елементи всередині лінзової системи. Цей вибір впливає на вартість, міцність і продуктивність, особливо в умовах високої потужності.

• CO2 лазерні лінзи: золотим стандартом для оптичних елементів у комплекті CO2 лінз є селенід цинку (ZnSe). ZnSe має винятково низьку швидкість поглинання для довжини хвилі 10,6 мкм, що дозволяє лазерній енергії проходить з мінімальними втратами і утворенням тепла. Інші матеріали, такі як германій (Ge) і арсенід галію (GaAs), також використовуються для спеціальних високоефективних або спеціалізованих застосувань. Ці матеріали часто дорожчі і можуть бути чутливими до теплового шоку.

Лензи з волокна-лазером: матеріал, який вибирають для оптичних елементів в стандартній об'єднанні волокна-лазерних лінз, є розплавлений кремній або синтетичний кварц. Сплавлений Кремній пропонує чудову прозорість до довжини хвилі 1 мкм, високу теплову стабільність та відмінну стійкість до теплового об'єктивізації - явище, коли об'єктивіця нагрівається і змінює форму, дефокусуючи промінь. Він також дуже жорсткий і стійкий до забруднення, що робить його довговічним для промислового середовища.

Оптичний дизайн: збірка лінз проти оптичних елементів

Розуміння оптичного проектування вимагає розрізняти повну "об'єктність лінзи" і окремі "оптичні елементи" всередині неї. Фокусуюча лінза - це система, і її реалізація не прив'язана до одного типу оптичного елементу.

CO2 лазерна оптика: лазерна концентрація CO2 може використовувати як трансмісивні (за допомогою лінз), так і відбивні (за допомогою дзеркал) конструкції. Хоча ZnSe-лензи є поширеніми, при дуже високих рівнях потужності (наприклад, кілька кіловат), перевагою стають відбиваючі фокусуючі дзеркала. Часто це параболічні дзеркала, зроблені з міді або молибдену. Це найкращий приклад, коли "комплект об'єкта з фокусуванням CO2" не обов'язково містить трансмісивний елемент об'єкта; його основним компонентом може бути відбиваюче дзеркало.

Оптичний лазер з волокном: Сучасна волоконна лазерна різальна голова - це складна оптична система. Ця комбінація лінз зазвичай містить кілька елементів: колімаційну групу лінз, групу фокусуючих лінз та захисне вікно. Основний фокусуючий елемент в цій комплектації найчастіше виготовляється з розплавленого кремнію через його відмінні загальні властивості. Однак важливо розуміти, що цей елемент може бути одноочковим, двоочковим (два очка, закріплені разом), або навіть аскефричним, залежно від необхідної продуктивності. Тому зв'язок між "об'єднанням волокнолізерних лінз" і конкретним "елементом лінзи" не фіксований; це індивідуальне рішення.

Прикладання фокусу: Чому правильний об'єкт визначає ваші результати

Різниця довжини хвилі впливає не тільки на лінзу, вона визначає, які матеріали лазер може ефективно обробляти.

• CO2-лазери з лінзами ZnSe: хвильове довжина 10,6 мкм чудово поглинається неметалевими матеріалами. Саме тому CO2-лазери в поєднанні з відповідною оптичною системою є найкращим вибором для різання та гравіювання дерева, акрилу, пластмас, текстилю та кераміки.
• Волоконні лазери з лінзами із сплавленого кварцу: хвильове довжина 1 мкм набагато ефективніше поглинається металами. Саме тому оптична система волоконного лазера є серцем сучасного металообробного виробництва. Це ключовий компонент, що дозволяє різати, зварювати та маркувати сталь, нержавіючу сталь, алюміній, латунь і мідь з неперевершеною швидкістю та енергоефективністю.

У чому полягають відмінності у технічному обслуговуванні оптики CO2 та волоконної оптики

Завдяки унікальним властивостям близькоінфрачервоних лазерів на довжині хвилі 1064 нм, їх високій якості основного променя та компактному дизайну, технологія різання волоконними лазерами демонструє суттєві переваги у плані ефективності обробки, точності та вигідності. Особливо добре вони підходять для застосувань у металообробці, і в останні роки волоконні лазерні системи швидко витісняють установки з СО2-лазерами. Порівняно з СО2-лазерами, волоконні лазери потребують нижчих витрат на обслуговування ключових оптичних компонентів і простіші у заміні. Виробники постійно оптимізують конструкції різальних голівок, що дозволяє користувачам оперативно замінювати деталі, не пошкоджуючи внутрішні компоненти. Наприклад, касета фокусуючого лінзи та касета колімаційної лінзи касета фокусуючого лінзи та касета колімаційної лінзи дозволяють користувачам виконувати заміну в чистому середовищі без необхідності звертання до професіоналів. Однак через складну внутрішню структуру лазера на CO2 заміна всіх оптичних компонентів має виконуватися фахівцями на місці, що недешево.