Rozwiązanie układu optycznego do obróbki laserowej

Rozwiązanie układu optycznego do obróbki laserowej
Ustalenieobróbka laserowaRozwiązanie układu optycznego zależy od konkretnego scenariusza zastosowania. Różne scenariusze prowadzą do różnych rozwiązań dla układu optycznego. Dla konkretnych zastosowań wymagana jest szczegółowa analiza. Układ optyczny przedstawiono na rysunku 1:

Ścieżka myślenia jest następująca: konkretne cele procesu –laserCharakterystyka – projekt schematu układu optycznego – realizacja celu końcowego. Poniżej przedstawiono kilka różnych obszarów zastosowań:
1. Precyzyjna dziedzina mikroobróbki (znakowanie, trawienie, wiercenie, precyzyjne cięcie itp.) Typowe procesy w precyzyjnej dziedzinie mikroobróbki to mikrometryczna obróbka materiałów takich jak metale, ceramika i szkło, np. znakowanie logo na telefonach komórkowych, stenty medyczne, mikrootwory na dysze wtrysku paliwa gazowego itp. Podstawowym wymogiem w procesie przetwarzania jest: po pierwsze, musi on spełniać niezwykle małe skupione punkty światła, niezwykle wysoką gęstość energii i najmniejszą strefę wpływu ciepła itp. W przypadku powyższych zastosowań i wymagań dobór i konstrukcjaźródła światła laserowegoi inne komponenty są wykonywane.
a. Wybór lasera: Preferowany laser ultrafioletowo-zielony (nanosekundowy) lub ultraszybki (pikosekundowy, femtosekundowy) ma dwa główne powody. Po pierwsze, długość fali jest proporcjonalna do skupionej plamki światła i zazwyczaj wybierana jest krótka długość fali. Po drugie, impulsy pikosekundowe/femtosekundowe charakteryzują się „zimnym przetwarzaniem”, a energia jest przetwarzana przed dyfuzją termiczną, co pozwala na uzyskanie zimnego przetwarzania. Zazwyczaj wybiera się laserowe źródło światła o przestrzennym wyjściu świetlnym i współczynniku jakości wiązki M2 zazwyczaj mniejszym niż 1,1, co zapewnia lepszą jakość wiązki.
b. Systemy rozszerzające wiązkę i systemy kolimacyjne zazwyczaj wykorzystują soczewki rozszerzające wiązkę o zmiennym powiększeniu (2x – 5x), dążąc do maksymalnego zwiększenia średnicy wiązki. Średnica wiązki jest odwrotnie proporcjonalna do skupionej plamki świetlnej, a zazwyczaj stosowana jest architektura Galileusza rozszerzająca wiązkę.
c. System ogniskowania zazwyczaj wykorzystuje wysokiej jakości obiektywy F-Theta (do skanowania) lub telecentryczne obiektywy ogniskujące. Ogniskowa jest proporcjonalna do ogniskowanej plamki świetlnej i zazwyczaj stosuje się obiektywy o krótkim polu ogniskowym (takie jak f = 50 mm, 100 mm). Jak pokazano na rysunku 1: Zazwyczaj obiektyw polowy wykorzystuje wieloelementową grupę soczewek (liczba soczewek ≥ 3), co pozwala uzyskać duże pole widzenia, dużą aperturę i niskie wskaźniki aberracji. Wszystkie soczewki optyczne muszą uwzględniać próg uszkodzenia lasera.
d. Współosiowy optyczny układ monitorujący: W układzie optycznym zwykle zintegrowany jest współosiowy układ wizyjny (CMOS) umożliwiający precyzyjne pozycjonowanie i monitorowanie procesu przetwarzania w czasie rzeczywistym.
2. Obróbka makromateriałów. Typowe zastosowania obróbki makromateriałów obejmują cięcie blach samochodowych, spawanie blach stalowych kadłubów statków oraz spawanie obudów akumulatorów. Procesy te wymagają dużej mocy, wysokiej zdolności penetracji, wysokiej wydajności i stabilności obróbki.
3. Drukowanie 3D i nakładanie powłok metodą laserową Zastosowania drukowania 3D i nakładanie powłok metodą laserową zwykle obejmują następujące typowe procesy: złożony druk metalowy w przemyśle lotniczym i kosmicznym, naprawa łopatek silników itp.
Wybór głównych komponentów przedstawia się następująco:
a. Wybór lasera: Ogólnie rzecz biorąc,lasery światłowodowe dużej mocyWybierane są te, których moc przekracza zazwyczaj 500W.
b. Kształtowanie wiązki: Ten układ optyczny musi emitować światło o płaskim wierzchołku, dlatego podstawową technologią jest kształtowanie wiązki. Można to osiągnąć, stosując dyfrakcyjne elementy optyczne.
c. System ustawiania ostrości: Lustra i dynamiczne ustawianie ostrości to podstawowe wymagania w dziedzinie druku 3D. Jednocześnie soczewka skanująca musi wykorzystywać konstrukcję telecentryczną od strony obiektu, aby zapewnić spójność przetwarzania krawędzi i środka.