Рішення оптичної системи лазерної обробки

Рішення оптичної системи лазерної обробки
Визначеннялазерна обробкаРішення оптичної системи залежить від конкретного сценарію застосування. Різні сценарії призводять до різних рішень для оптичної системи. Для конкретних застосувань потрібен спеціальний аналіз. Оптична система показана на рисунку 1:

Шлях мислення такий: конкретні цілі процесу –лазерхарактеристики – проектування схеми оптичної системи – реалізація кінцевої мети. Нижче наведено кілька різних сфер застосування:
1. Галузь прецизійної мікрообробки (маркування, травлення, свердління, точне різання тощо). Типовими процесами в галузі прецизійної мікрообробки є мікрометрична обробка таких матеріалів, як метали, кераміка та скло, наприклад, маркування логотипів для мобільних телефонів, медичних стентів, мікроотворів для форсунок для впорскування газового палива тощо. Основна вимога в процесі обробки полягає в наступному: по-перше, вона повинна відповідати вимогам надзвичайно малих сфокусованих світлових плям, надзвичайно високої щільності енергії та найменшої зони теплового впливу тощо. Для вищезазначених застосувань та вимог вибір та конструкція...джерела лазерного світлата інші компоненти виконуються.
a. Вибір лазера: Перевага ультрафіолетового/зеленого твердотільного лазера (наносекундного) або надшвидкого лазера (пікосекундного, фемтосекундного) головним чином зумовлена ​​двома причинами. По-перше, довжина хвилі пропорційна сфокусованій світловій плямі, і зазвичай вибирається коротка довжина хвилі. По-друге, пікосекундні/фемтосекундні імпульси мають характеристику «холодної обробки», і енергія завершується обробкою до термічної дифузії, що забезпечує холодну обробку. Як правило, вибирається джерело лазерного світла з просторовим світловим виходом, з коефіцієнтом якості променя M2, як правило, менше 1,1, що забезпечує вищу якість променя.
b. Системи розширення променя та колімаційні системи зазвичай використовують лінзи, що розширюють променя зі змінним збільшенням (2X – 5X), намагаючись максимально збільшити діаметр променя. Діаметр променя обернено пропорційний сфокусованій світловій плямі, і зазвичай використовується архітектура розширення променя за принципом Галілея.
c. Система фокусування зазвичай використовує високопродуктивні лінзи F-Theta (для сканування) або телецентричні фокусувальні лінзи. Фокусна відстань пропорційна сфокусованій світловій плямі, і зазвичай використовуються лінзи з коротким фокусним полем (наприклад, f = 50 мм, 100 мм). Як показано на рисунку 1: Зазвичай, лінза для фокусування використовує багатоелементну групу лінз (кількість лінз ≥ 3), що дозволяє досягти великого поля зору, великої діафрагми та низьких показників аберації. Оптичні лінзи тут повинні враховувати поріг пошкодження лазера.
d. Коаксіальна оптична система моніторингу: В оптичну систему зазвичай інтегрована коаксіальна система зору (CMOS) для точного позиціонування та моніторингу процесу обробки в режимі реального часу.
2. Обробка макроматеріалів Типові сценарії застосування обробки макроматеріалів включають різання листових автомобільних матеріалів, зварювання сталевих пластин корпусу суден та зварювання корпусів акумуляторних батарей. Ці процеси вимагають високої потужності, високої здатності до проникнення, високої ефективності та стабільності обробки.
3. Лазерне адитивне виробництво (3D-друк) та плакування. Лазерне адитивне виробництво (3D-друк) та плакування зазвичай включають такі типові процеси: друк металу в аерокосмічній галузі, ремонт лопаток двигунів тощо.
Вибір основних компонентів такий:
a. Вибір лазера: Загалом,потужні волоконні лазеривибираються з потужністю, яка зазвичай перевищує 500 Вт.
b. Формування променя: Ця оптична система повинна видавати світло з плоскою вершиною, тому формування променя є основною технологією, і його можна досягти за допомогою дифракційних оптичних елементів.
c. Система фокусування: Дзеркала та динамічне фокусування є основними вимогами в галузі 3D-друку. Водночас, сканувальна лінза повинна використовувати телецентричну конструкцію з боку об'єкта, щоб забезпечити узгодженість обробки країв та центру.