Sự khác biệt giữa các thấu kính laser sợi và CO2

Giới thiệu: Trái Tim Của Hệ Thống Laser

Tại trung tâm của mọi máy cắt và hàn laser độ chính xác cao đều có một thành phần then chốt: cụm thấu kính hội tụ. Hệ thống quang học này có nhiệm vụ lấy chùm tia laser mạnh mẽ và tập trung năng lượng của nó vào một điểm cực nhỏ và cường độ cao, chính điều này cho phép tia laser cắt xuyên qua kim loại hoặc hàn với độ chính xác cao. Tuy nhiên, không phải tất cả các laser đều giống nhau, và do đó, các cụm thấu kính của chúng cũng không giống nhau. Đối với thấu kính laser sợi, các nhà sản xuất đầu cắt laser khác nhau sẽ có thiết kế khác nhau về đường dẫn quang học và cấu trúc, ngay cả khi chúng có cùng đường kính và tiêu cự. Đối với thấu kính hội tụ CO2, hình dạng, đường kính, độ dày mép và tiêu cự là những thông số quan trọng mà người dùng cần nắm rõ trước khi mua.

Sự Khác Biệt Cơ Bản: Tất Cả Bắt Đầu Từ Bước Sóng

Yếu tố quan trọng nhất phân biệt hai loại thấu kính này là bước sóng ánh sáng laser mà chúng được thiết kế để hoạt động. Bước sóng, được đo bằng micrômét (μm) hoặc nanômét (nm), xác định cách ánh sáng tương tác với vật chất, bao gồm cả bản thân vật liệu thấu kính.

• Laser CO2: Các laser này hoạt động ở bước sóng dài 10,6 micrômét (μm). Đây là vùng phổ hồng ngoại giữa, không nhìn thấy được bằng mắt người.
• Laser Sợi Quang: Ngược lại, laser sợi quang phát ra ánh sáng ở bước sóng ngắn hơn nhiều, thường khoảng 1,07 micrômét (μm) hoặc 1064 nanômét (nm). Đây là vùng phổ hồng ngoại gần.

Tại sao điều này lại quan trọng? Hãy tưởng tượng việc bạn cố dùng một tấm kính để tập trung nhiệt từ một đống lửa trại. Tấm kính có thể chặn nhiệt (hồng ngoại sóng dài) trong khi vẫn cho ánh sáng nhìn thấy đi qua. Tương tự, các vật liệu hoàn toàn trong suốt với một bước sóng ánh sáng này lại có thể hoàn toàn không trong suốt hoặc hấp thụ ở một bước sóng khác. Đây chính là lý do chủ yếu khiến cụm thấu kính laser sợi không thể sử dụng trong hệ thống laser CO2, và ngược lại.

Vật liệu thấu kính: Chìa khóa cho độ trong suốt và khả năng chịu công suất

Các bước sóng khác nhau trực tiếp quy định vật liệu dùng để sản xuất các thành phần quang học riêng lẻ bên trong cụm thấu kính. Lựa chọn này ảnh hưởng đến chi phí, độ bền và hiệu suất, đặc biệt trong điều kiện công suất cao.

• Ống kính laser CO2: Vật liệu tiêu chuẩn vàng cho các thành phần quang học trong bộ ống kính CO2 là Kẽm Selenide (ZnSe). ZnSe có tỷ lệ hấp thụ cực thấp đối với bước sóng 10,6μm, cho phép năng lượng laser đi qua với tổn thất và sinh nhiệt tối thiểu. Các vật liệu khác như Germani (Ge) và Gallium Arsenide (GaAs) cũng được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao hoặc chuyên biệt cụ thể. Những vật liệu này thường đắt hơn và có thể nhạy cảm với sốc nhiệt.

Ống kính laser sợi: Vật liệu được lựa chọn cho các thành phần quang học trong bộ ống kính laser sợi tiêu chuẩn là Thạch anh nóng chảy hoặc thạch anh tổng hợp. Thạch anh nóng chảy có độ trong suốt tuyệt vời đối với bước sóng 1μm, độ ổn định nhiệt cao và khả năng chống hiện tượng thấu kính nhiệt—hiện tượng mà ống kính bị nóng lên và thay đổi hình dạng, làm mất tiêu điểm chùm tia. Vật liệu này cũng rất cứng và kháng nhiễm bẩn, nhờ đó bền bỉ trong môi trường công nghiệp.

Thiết kế quang học: Bộ ống kính so với Các thành phần quang học

Việc hiểu thiết kế quang học đòi hỏi phải phân biệt giữa cụm "ống kính" hoàn chỉnh và các "thành phần quang học" riêng lẻ bên trong nó. Một cụm thấu kính lấy nét là một hệ thống, và việc thực hiện nó không nhất thiết bị giới hạn ở một loại thành phần quang học duy nhất.

Quang học laser CO2: Một cụm lấy nét laser CO2 có thể sử dụng cả thiết kế truyền qua (dùng thấu kính) và phản xạ (dùng gương). Mặc dù thấu kính ZnSe thường được dùng, ở mức công suất rất cao (ví dụ: nhiều kilowatt), gương lấy nét phản xạ lại được ưu tiên hơn. Những gương này thường là gương parabol làm từ đồng hoặc molypden. Đây là ví dụ điển hình cho thấy một cụm "lấy nét laser CO2" không nhất thiết phải chứa thành phần thấu kính truyền qua nào cả; thành phần cốt lõi của nó có thể là một gương phản xạ.

Quang học Laser Sợi: Một đầu cắt laser sợi hiện đại là một hệ thống quang học phức tạp. Bộ thấu kính này thường bao gồm nhiều thành phần: nhóm thấu kính song song, nhóm thấu kính hội tụ và một cửa sổ bảo vệ. Thành phần hội tụ chính trong bộ này thường được làm từ Thạch anh nóng chảy do sở hữu các tính chất tổng thể vượt trội. Tuy nhiên, điều quan trọng là cần hiểu rằng thành phần này có thể là một thấu kính đơn, một bộ đôi (hai thấu kính dán dính với nhau), hoặc thậm chí là một thấu kính phi cầu, tùy thuộc vào hiệu suất yêu cầu. Do đó, mối quan hệ giữa một "bộ thấu kính laser sợi" và một "thành phần thấu kính" cụ thể không cố định; mà là một giải pháp được thiết kế riêng.

Tập trung Ứng dụng: Tại sao Thấu kính Phù hợp Quyết định Kết quả của Bạn

Sự khác biệt về bước sóng không chỉ ảnh hưởng đến thấu kính; mà còn quyết định những vật liệu nào mà tia laser có thể xử lý một cách hiệu quả.

• Laze CO2 với thấu kính ZnSe: Bước sóng 10,6μm được hấp thụ rất tốt bởi các vật liệu phi kim loại. Điều này khiến laze CO2, khi kết hợp với cụm thấu kính phù hợp, trở thành lựa chọn vượt trội để cắt và khắc gỗ, mica, nhựa, vải và gốm sứ.
• Laze sợi quang với thấu kính Silica nóng chảy: Bước sóng 1μm được hấp thụ hiệu quả hơn nhiều bởi kim loại. Điều này làm cho cụm thấu kính laze sợi quang trở thành trái tim của ngành gia công kim loại hiện đại. Đây là thành phần chính cho phép cắt, hàn và đánh dấu thép, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng với tốc độ và hiệu suất năng lượng chưa từng có.

Sự khác biệt về bảo trì giữa quang học CO2 và quang học sợi quang là gì

Nhờ vào các đặc tính độc đáo của laser hồng ngoại gần 1064nm, chất lượng tia cơ bản vượt trội và thiết kế nhỏ gọn, công nghệ cắt laser sợi quang đã chứng minh được những ưu thế đáng kể về hiệu quả xử lý, độ chính xác và tính tiết kiệm chi phí. Đặc biệt phù hợp với các ứng dụng gia công kim loại, các hệ thống laser sợi quang trong những năm gần đây đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị phần từ các máy cắt laser CO2. So với laser CO2, laser sợi quang yêu cầu chi phí bảo trì thấp hơn cho các thành phần quang học cốt lõi và dễ dàng thay thế hơn. Các nhà sản xuất liên tục tối ưu hóa thiết kế đầu cắt, cho phép người dùng thay thế các bộ phận kịp thời mà không làm hư hại các linh kiện bên trong. Ví dụ, ngăn kéo chứa thấu kính tập trung và ngăn kéo chứa thấu kính song song và ngăn kéo chứa thấu kính song song cho phép người dùng thực hiện việc thay thế trong môi trường sạch mà không cần sự trợ giúp của chuyên gia. Tuy nhiên, do cấu trúc bên trong phức tạp của laser CO2, việc thay thế tất cả các thành phần quang học phải được thực hiện bởi các chuyên gia tại chỗ, điều này không hề rẻ.