Топ-3 типа лазеров для точной промышленной резки

Лазерная резка существует с 60-х годов, но сейчас она актуальна как никогда благодаря растущему использованию в промышленных процессах. Этот бесконтактный процесс использует постоянный луч света для создания тепла и давления, которое затем переформирует/искажает различные материалы с точностью по мере перемещения режущей головки по поверхности материала. Лазерная технология служит множеству функций, включая резку, сверление и гравировку в зависимости от мощности лазера, основного компонентного материала, который он использует для производства лазерного луча, и материала, на который он воздействует. Лазерная резка — один из основных процессов для изготовления деталей из листового металла.

Каждый лазер предлагает непрерывную длину волны и может служить ряду целей. Существует 3 типа лазеров: CO2 (газовые лазеры), волоконные лазеры и Nd:YAG или Nd:YVO (кристаллические ванадиевые лазеры). Каждый использует разный базовый материал для стимулирования лазера либо электрически с газовой смесью, либо через физические диоды.

Типы лазеров для резки

CO2 лазеры

CO2 лазер пропускает электричество через трубку, заполненную газовой смесью, производя лучи света. Трубки содержат зеркала на каждом конце. Одно из зеркал полностью отражающее, а другое — частичное, пропускающее часть света. Газовая смесь обычно состоит из углекислого газа, азота, водорода и гелия. CO2 лазеры производят невидимый свет в дальнем инфракрасном диапазоне спектра света.

Самые мощные CO2 лазеры достигают нескольких киловатт для промышленных станков, но это скорее исключение. Типичные обрабатывающие CO2 лазеры имеют мощность 25-100 Ватт с длиной волны 10,6 микрометров.

Этот тип лазера наиболее распространен для работы с деревом или бумагой (и их производными), полиметилметакрилатом и другими акриловыми пластиками. Он также полезен для работы с кожей, тканью, обоями и подобными продуктами. Он также применялся к обработке продуктов питания, таких как сыр, каштаны и различные растения.

CO2 лазеры обычно лучше для неметаллических материалов, хотя есть определенные металлы, которые они могут обрабатывать. Он в целом может резать тонкие листы алюминия и других цветных металлов. Можно усилить мощность CO2 луча, повышая содержание кислорода, однако это может быть рискованно в неопытных руках или на машине, непригодной для таких усилений.

Волоконные лазеры (Fiber Lasers)

Этот класс машин входит в группу твердотельных лазеров и использует зародышевый лазер (seed laser). Они усиливают луч, используя специально спроектированные стекловолоконные волокна, которые получают энергию от насосных диодов. Их общая длина волны 1,064 микрометра, производя чрезвычайно малый фокальный диаметр. Они также обычно самые дорогие из различных лазерно-режущих устройств.

Волоконные лазеры в целом не требуют обслуживания и имеют длительный срок службы не менее 25 000 лазерных часов. Таким образом, волоконные лазеры имеют гораздо более длительный жизненный цикл, чем другие два типа, и они могут производить сильные и стабильные лучи. Они могут управлять интенсивностями в 100 раз выше, чем CO2 лазеры при той же средней мощности. Волоконные лазеры могут работать в непрерывном луче, квази- или пульсированных режимах, давая им разную функциональность. Один подтип волоконной лазерной системы — MOPA, где длительности импульсов регулируемы. Это делает MOPA лазер одним из самых гибких лазеров, которые можно использовать для множества применений.

Волоконные лазеры оптимально подходят для металлической маркировки путем отжига, гравировки металла и маркировки термопластиков. Они работают с металлами, сплавами и неметаллами, включая стекло, дерево и пластик. Волоконные лазеры, в зависимости от мощности, могут быть довольно универсальными и иметь дело с кучей разных материалов. При работе с тонкими материалами волоконные лазеры — идеальное решение. Однако это менее так для материалов толще 20 мм, хотя более дорогой волоконный лазерный станок, работающий свыше 6 кВт, мог бы справиться.

Nd:YAG/Nd:YVO лазеры

Кристаллические процессы лазерной резки могут быть в nd:YAG (неодимовый иттрий-алюминий-гранат), но чаще они склоняются к использованию nd:YVO (неодимовый иттрий-орто-ванадат, YVO4) кристаллов. Эти устройства позволяют чрезвычайно высокую режущую мощность. Недостаток этих машин в том, что они могут быть дорогими, не только из-за их начальной цены, но и потому что у них срок службы 8000-15000 часов (причем Nd:YVO4 обычно имеет более низкий) и насосные диоды могут стоить очень дорого.

Эти лазеры предлагают длину волны 1,064 микрометра и полезны для огромного диапазона применений, от медицинской и стоматологической до военной и производственной. При сравнении двух Nd:YVO показывает более высокое поглощение насоса и усиление, более широкую полосу пропускания, более широкий диапазон длин волн для накачки, более короткое время жизни верхнего состояния, более высокий показатель преломления и более низкую теплопроводность. Когда речь идет о непрерывной работе, Nd:YVO имеет общий схожий уровень производительности с Nd:YAG в случаях со средней или высокой мощностью. Однако Nd:YVO не позволяет импульсным энергиям быть такими высокими, как Nd:YAG, и срок службы лазера длится более короткие периоды.

Их можно использовать как с металлами (покрытыми и непокрытыми), так и с неметаллами, включая пластики. При определенных обстоятельствах они могут даже обрабатывать некоторые керамики. Кристалл Nd:YVO4 был включен с кристаллами высокого NLO коэффициента (LBO, BBO или KTP) для частотного сдвига выхода из ближнего инфракрасного в зеленый, синий или даже УФ, что дает ему тонну различных функций.

Благодаря похожим размерам, итрий, гадолиний или лютеций ионы могут быть заменены лазер-активными редкоземельными ионами без сильного влияния на решетчатую структуру, необходимую для производства луча. Это сохраняет высокую теплопроводность легированных материалов.