יישומי לייזר וסיווג

1. לייזר דיסק

ההצעה של קונספט העיצוב של לייזר דיסק פתרה ביעילות את בעיית האפקט התרמי של לייזרים במצב מוצק והשיגה את השילוב המושלם של הספק ממוצע גבוה, הספק שיא גבוה, יעילות גבוהה ואיכות קרן גבוהה של לייזרים במצב מוצק. לייזרי דיסק הפכו למקור אור לייזר חדש שאין לו תחליף לעיבוד בתחומי הרכב, הספינות, הרכבות, התעופה, האנרגיה ותחומים אחרים. טכנולוגיית לייזר הדיסק הנוכחית בעלת ההספק הגבוה בעלת הספק מרבי של 16 קילוואט ואיכות קרן של 8 מ"מ מילירדיאנים, המאפשרת ריתוך לייזר רובוטי מרחוק וחיתוך לייזר בפורמט גדול במהירות גבוהה, ופותחת אפשרויות רחבות ללייזרים במצב מוצק בתחום...עיבוד לייזר בעל עוצמה גבוההשוק האפליקציות.

יתרונות לייזרים דיסקיים:

1. מבנה מודולרי

לייזר הדיסק מאמץ מבנה מודולרי, וכל מודול ניתן להחלפה מהירה באתר. מערכת הקירור ומערכת הנחיית האור משולבות עם מקור הלייזר, עם מבנה קומפקטי, טביעת רגל קטנה והתקנה וניפוי שגיאות מהירים.

2. איכות קרן מעולה וסטנדרטיזציה

לכל לייזרי הדיסק של TRUMPF מעל 2 קילוואט יש מכפל פרמטר קרן (BPP) סטנדרטי של 8 מ"מ/מ"ר. הלייזר אינו משתנה במצב הפעולה ותואם לכל סוגי האופטיקה של TRUMPF.

3. מכיוון שגודל הנקודה בלייזר הדיסק גדול, צפיפות ההספק האופטית שכל רכיב אופטי סובל היא קטנה.

סף הנזק של ציפוי רכיב אופטי הוא בדרך כלל כ-500 מגה-וואט/סמ"ר, וסף הנזק של קוורץ הוא 2-3 ג'יגה-וואט/סמ"ר. צפיפות ההספק בחלל התהודה של לייזר דיסק TRUMPF היא בדרך כלל פחות מ-0.5 מגה-וואט/סמ"ר, וצפיפות ההספק על סיב הצימוד היא פחות מ-30 מגה-וואט/סמ"ר. צפיפות הספק נמוכה כזו לא תגרום נזק לרכיבים אופטיים ולא תייצר אפקטים לא ליניאריים, ובכך תבטיח אמינות תפעולית.

4. אימוץ מערכת בקרת משוב בזמן אמת של עוצמת לייזר.

מערכת בקרת המשוב בזמן אמת יכולה לשמור על יציבות ההספק המגיע לחלק ה-T, ותוצאות העיבוד בעלות חזרתיות מצוינת. זמן החימום המוקדם של לייזר הדיסק כמעט אפס, וטווח ההספק המתכוונן הוא 1%-100%. מכיוון שליזר הדיסק פותר לחלוטין את בעיית אפקט העדשה התרמית, עוצמת הלייזר, גודל הנקודה וזווית סטיית הקרן יציבים בכל טווח ההספק, וחזית הגל של הקרן אינה עוברת עיוות.

5. ניתן לחבר את הסיב האופטי לחיבור חשמל בזמן שהלייזר ממשיך לפעול.

כאשר סיב אופטי מסוים נכשל, בעת החלפת הסיב האופטי, כל מה שצריך לעשות הוא לסגור את הנתיב האופטי של הסיב האופטי מבלי להפסיק את פעולתו, וסיבים אופטיים אחרים יכולים להמשיך להפיק אור לייזר. החלפת סיב אופטי קלה לתפעול, ניתן לחבר אותו ולשחק, ללא צורך בכלים או כוונון יישור. בכניסה לרחוב ישנו התקן אטום לאבק כדי למנוע לחלוטין חדירת אבק לאזור הרכיב האופטי.

6. בטוח ואמין

במהלך העיבוד, גם אם עוצמת הקרינה של החומר המעובד גבוהה כל כך עד שאור הלייזר מוחזר חזרה לתוך הלייזר, לא תהיה לכך השפעה על הלייזר עצמו או על אפקט העיבוד, ולא יהיו הגבלות על עיבוד החומר או אורך הסיבים. בטיחות פעולת הלייזר זכתה בתעודת בטיחות גרמנית.

7. מודול דיודת השאיבה פשוט ומהיר יותר

מערך הדיודות המותקן על מודול השאיבה הוא גם הוא בנוי מודולרי. מודולי מערך הדיודות בעלי חיי שירות ארוכים והם בעלי אחריות של 3 שנים או 20,000 שעות. אין צורך בזמן השבתה, בין אם מדובר בהחלפה מתוכננת או בהחלפה מיידית עקב כשל פתאומי. כאשר מודול כשל, מערכת הבקרה תתריע ותגדיל אוטומטית את הזרם של מודולים אחרים בהתאם כדי לשמור על עוצמת פלט הלייזר קבועה. המשתמש יכול להמשיך לעבוד במשך עשר או אפילו עשרות שעות. החלפת מודולי דיודת שאיבה באתר הייצור היא פשוטה מאוד ואינה דורשת הכשרת מפעיל.

2.2לייזר סיבים

לייזרי סיבים, כמו לייזרים אחרים, מורכבים משלושה חלקים: תווך הגברה (סיב מסומם) שיכול לייצר פוטונים, חלל תהודה אופטי המאפשר להזין פוטונים בחזרה ולהגביר אותם באופן תהודה בתווך ההגבר, ומקור משאבה המעורר מעברי פוטונים.

מאפיינים: 1. לסיב אופטי יחס "שטח פנים/נפח" גבוה, אפקט פיזור חום טוב, והוא יכול לעבוד ברציפות ללא קירור כפוי. 2. כמדיום מוליך גל, לסיב אופטי קוטר ליבה קטן והוא נוטה לצפיפות הספק גבוהה בתוך הסיב. לכן, ללייזרי סיבים יעילות המרה גבוהה יותר, סף נמוך יותר, הגבר גבוה יותר ורוחב קו צר יותר, והם שונים מסיבים אופטיים. אובדן הצימוד קטן. 3. מכיוון שלסיבים אופטיים יש גמישות טובה, לייזרי סיבים הם קטנים וגמישים, בעלי מבנה קומפקטי, חסכוניים וקלים לשילוב במערכות. 4. לסיב אופטי יש גם לא מעט פרמטרים ניתנים לכוונון וסלקטיביות, והוא יכול להשיג טווח כוונון רחב למדי, פיזור ויציבות טובים.

סיווג לייזר סיב:

1. לייזר סיבים מסומם עם חומרי אדמה נדירה

2. יסודות אדמה נדירים מסוממים בסיבים אופטיים פעילים יחסית בוגרים כיום: ארביום, ניאודימיום, פרסאודימיום, תוליום ואיטרביום.

3. סיכום של לייזר פיזור ראמאן מגורה על ידי סיבים: לייזר סיבים הוא למעשה ממיר אורך גל, שיכול להמיר את אורך הגל של המשאבה לאור באורך גל מסוים ולפלוט אותו בצורת לייזר. מנקודת מבט פיזיקלית, העיקרון של יצירת הגברת אור הוא לספק לחומר העבודה אור באורך גל שהוא יכול לספוג, כך שחומר העבודה יוכל לספוג אנרגיה ביעילות ולהיות מופעל. לכן, בהתאם לחומר המסום, אורך הגל המתאים של הקליטה שונה גם כן, וגם דרישות המשאבה לגבי אורך הגל של האור שונות.

2.3 לייזר מוליך למחצה

לייזר מוליך למחצה עבר עירור מוצלח בשנת 1962 והגיע לתפוקה רציפה בטמפרטורת החדר בשנת 1970. מאוחר יותר, לאחר שיפורים, פותחו לייזרים כפולים של הטרוצונקציה ודיודות לייזר בעלות מבנה פס (דיודות לייזר), אשר נמצאים בשימוש נרחב בתקשורת סיבים אופטיים, דיסקים אופטיים, מדפסות לייזר, סורקי לייזר ומצביעי לייזר (מצביעי לייזר). כיום הם הלייזרים המיוצרים ביותר. יתרונותיהן של דיודות לייזר הם: יעילות גבוהה, גודל קטן, משקל קל ומחיר נמוך. בפרט, יעילות סוג הבארות הקוונטיות המרובות היא 20~40%, וסוג PN מגיע גם הוא לכמה 15%~25%. בקיצור, יעילות אנרגטית גבוהה היא התכונה הגדולה ביותר שלו. בנוסף, אורך גל הפלט הרציף שלו מכסה את הטווח מאור אינפרא אדום לאור נראה, ומוצרים עם פלט פולס אופטי של עד 50W (רוחב פולס 100ns) גם הם שוחררו. זוהי דוגמה ללייזר שקל מאוד להשתמש בו כמקור אור לידאר או עירור. על פי תיאוריית רצועות האנרגיה של מוצקים, רמות האנרגיה של אלקטרונים בחומרים מוליכים למחצה יוצרות רצועות אנרגיה. רצועה בעלת אנרגיה גבוהה היא רצועה של הולכה, רצועה בעלת אנרגיה נמוכה היא רצועה של הערכיות, ושני הרצועות מופרדות על ידי רצועה אסורה. כאשר זוגות אלקטרון-חור שאינם בשיווי משקל מוכנסים לתוך המוליך למחצה מתאחדים מחדש, האנרגיה המשתחררת מקרינה בצורה של לומינסנציה, שהיא לומינסנציה של נושאי מטען.

יתרונות לייזרים מוליכים למחצה: גודל קטן, משקל קל, פעולה אמינה, צריכת חשמל נמוכה, יעילות גבוהה וכו'.

2.4לייזר YAG

לייזר YAG, סוג של לייזר, הוא מטריצת לייזר בעלת תכונות מקיפות מצוינות (אופטיקה, מכניקה ותרמית). כמו לייזרים מוצקים אחרים, המרכיבים הבסיסיים של לייזרי YAG הם חומר עבודה בלייזר, מקור משאבה וחלל התהודה. עם זאת, עקב סוגים שונים של יונים מופעלים המסוממים בגביש, מקורות משאבה ושיטות שאיבה שונות, מבנים שונים של חלל התהודה בהם נעשה שימוש, והתקנים מבניים פונקציונליים אחרים בהם נעשה שימוש, ניתן לחלק לייזרי YAG לסוגים רבים. לדוגמה, לפי צורת הגל של הפלט, ניתן לחלק אותם ללייזר YAG בגל רציף, לייזר YAG בתדר חוזר ולייזר פולסים, וכו'; לפי אורך הגל הפעיל, ניתן לחלק אותם ללייזר YAG 1.06 מיקרומטר, לייזר YAG כפול תדר, לייזר YAG עם הזזת תדר ראמאן ולייזר YAG מתכוונן, וכו'; לפי הסימום ניתן לחלק סוגים שונים של לייזרים ללייזרי Nd:YAG, לייזרי YAG מסוממים ב-Ho, Tm, Er וכו'; לפי צורת הגביש, הם מחולקים ללייזרי YAG בצורת מוט וללייזרי YAG בצורת לוח; לפי עוצמות פלט שונות, ניתן לחלק אותן להספק גבוה והספק קטן ובינוני. לייזר YAG וכו'.

מכונת חיתוך לייזר YAG מוצק מרחיבה, מחזירה וממקדת את קרן הלייזר הפועמת באורך גל של 1064 ננומטר, לאחר מכן מקרינה ומחממת את פני החומר. חום פני השטח מתפזר פנימה באמצעות הולכה תרמית, והרוחב, האנרגיה, עוצמת השיא והחזרה של פולס הלייזר נשלטים במדויק באופן דיגיטלי. תדר ופרמטרים אחרים יכולים להמיס, לאדות ולהתאדות באופן מיידי את החומר, ובכך להשיג חיתוך, ריתוך וקידוח של מסלולים קבועים מראש באמצעות מערכת CNC.

מאפיינים: למכונה זו איכות קרן טובה, יעילות גבוהה, עלות נמוכה, יציבות, בטיחות, דיוק רב יותר ואמינות גבוהה. היא משלבת חיתוך, ריתוך, קידוח ופונקציות אחרות לאחד, מה שהופך אותה לציוד עיבוד גמיש, מדויק ויעיל אידיאלי. מהירות עיבוד מהירה, יעילות גבוהה, יתרונות כלכליים טובים, חריצים ישרים קטנים, משטח חיתוך חלק, יחס עומק לקוטר גדול ועיוות תרמי מינימלי של יחס גובה-רוחב לרוחב, וניתן לעבד אותה על חומרים שונים כגון קשים, שבירים ורכים. אין בעיה של שחיקה או החלפת כלים בעיבוד, ואין שינוי מכני. קל לממש אוטומציה. ניתן לממש עיבוד בתנאים מיוחדים. יעילות המשאבה גבוהה, עד כ-20%. ככל שהיעילות עולה, עומס החום של מדיום הלייזר פוחת, כך שהקרן משתפרת מאוד. יש לה חיי איכות ארוכים, אמינות גבוהה, גודל קטן ומשקל קל, והיא מתאימה ליישומי מזעור.

יישום: מתאים לחיתוך לייזר, ריתוך וקידוח של חומרי מתכת: כגון פלדת פחמן, נירוסטה, סגסוגת פלדה, אלומיניום וסגסוגות, נחושת וסגסוגות, טיטניום וסגסוגות, סגסוגות ניקל-מוליבדן וחומרים אחרים. בשימוש נרחב בתעופה, חלל, כלי נשק, ספינות, פטרוכימיה, רפואה, מכשור, מיקרואלקטרוניקה, רכב ותעשיות אחרות. לא רק איכות העיבוד משתפרת, אלא גם יעילות העבודה משתפרת; בנוסף, לייזר YAG יכול גם לספק שיטת מחקר מדויקת ומהירה למחקר מדעי.

בהשוואה ללייזרים אחרים:

1. לייזר YAG יכול לעבוד גם במצב פולסים וגם במצב רציף. פלט הפולסים שלו יכול להשיג פולסים קצרים ופולסים קצרים במיוחד באמצעות טכנולוגיית Q-switching ונעילת מצבים, ובכך להפוך את טווח העיבוד שלו לגדול יותר מזה של לייזרי CO2.

2. אורך הגל של הפלט שלו הוא 1.06 מיקרון, שהוא בדיוק בסדר גודל קטן יותר מאורך הגל של לייזר CO2 של 10.06 מיקרון, כך שיש לו יעילות צימוד גבוהה עם מתכת וביצועי עיבוד טובים.

3. לייזר YAG בעל מבנה קומפקטי, משקל קל, שימוש קל ואמין ודרישות תחזוקה נמוכות.

4. לייזר YAG יכול להיות משולב עם סיב אופטי. בעזרת מערכת מרבב של חלוקת זמן וחלוקת הספק, ניתן להעביר בקלות קרן לייזר אחת למספר תחנות עבודה או תחנות עבודה מרוחקות, מה שמקל על הגמישות של עיבוד הלייזר. לכן, בעת בחירת לייזר, עליכם לקחת בחשבון פרמטרים שונים ואת הצרכים בפועל שלכם. רק בדרך זו הלייזר יכול לממש את יעילותו המרבית. לייזרי Nd:YAG פולסים המסופקים על ידי Xinte Optoelectronics מתאימים ליישומים תעשייתיים ומדעיים. לייזרי Nd:YAG פולסים אמינים ויציבים מספקים פלט פולסים של עד 1.5J ב-1064nm עם קצבי חזרות של עד 100Hz.