Rešitev optičnega sistema za lasersko obdelavo

Rešitev optičnega sistema za lasersko obdelavo
Določitevlaserska obdelavaRešitev optičnega sistema je odvisna od specifičnega scenarija uporabe. Različni scenariji vodijo do različnih rešitev za optični sistem. Za specifične aplikacije je potrebna specifična analiza. Optični sistem je prikazan na sliki 1:

Pot razmišljanja je: konkretni procesni cilji –laserznačilnosti – zasnova optičnega sistema – uresničitev končnega cilja. Sledi več različnih področij uporabe:
1. Področje precizne mikroprocese (označevanje, jedkanje, vrtanje, natančno rezanje itd.) Pogosti tipični postopki na področju precizne mikroprocese so mikrometrična obdelava materialov, kot so kovine, keramika in steklo, kot so označevanje logotipov za mobilne telefone, medicinski stenti, mikro luknje za šobe za vbrizgavanje plinskega goriva itd. Osnovne zahteve v procesu obdelave so: prvič, izpolnjevati mora izjemno majhne fokusirane svetlobne pike, izjemno visoko gostoto energije in najmanjšo cono toplotnega vpliva itd. Za zgoraj navedene aplikacije in zahteve je izbira in zasnovalaserski svetlobni viriin izvajajo se tudi druge komponente.
a. Izbira laserja: Prednostni ultravijolični/zeleni trdni laser (nanosekunda) ali ultrahitri laser (pikosekunda, femtosekunda) je predvsem posledica dveh razlogov. Prvi je, da je valovna dolžina sorazmerna s fokusirano svetlobno točko in se običajno izbere kratka valovna dolžina. Drugi je, da imajo pikosekundni/femtosekundni impulzi značilnost "hladne obdelave", pri čemer se energija obdela pred toplotno difuzijo, s čimer se doseže hladna obdelava. Na splošno se izbere laserski svetlobni vir s prostorskim svetlobnim izhodom, s faktorjem kakovosti žarka M2, ki je običajno manjši od 1,1, kar zagotavlja boljšo kakovost žarka.
b. Sistemi za širjenje žarka in kolimacijski sistemi običajno uporabljajo leče za širjenje žarka s spremenljivo povečavo (2X – 5X), pri čemer poskušajo čim bolj povečati premer žarka. Premer žarka je obratno sorazmeren z usmerjeno svetlobno pego in običajno se uporablja Galilejeva arhitektura širjenja žarka.
c. Sistem ostrenja običajno uporablja visokozmogljive leče F-Theta (za skeniranje) ali telecentrične leče za ostrenje. Goriščna razdalja je sorazmerna z fokusirano svetlobno točko in se običajno uporabljajo leče s kratkim goriščnim poljem (npr. f = 50 mm, 100 mm). Kot je prikazano na sliki 1: Leča za ostrenje običajno uporablja večelementno skupino leč (število leč ≥ 3), ki lahko doseže veliko vidno polje, veliko odprtino zaslonke in nizke kazalnike aberacije. Optične leče tukaj morajo upoštevati prag poškodbe laserja.
d. Koaksialni optični sistem za spremljanje: V optičnem sistemu je običajno integriran koaksialni sistem vida (CMOS) za natančno pozicioniranje in spremljanje procesa obdelave v realnem času.
2. Obdelava makromaterialov Tipični scenariji uporabe obdelave makromaterialov vključujejo rezanje avtomobilskih plošč, varjenje jeklenih plošč ladijskega trupa in varjenje ohišij baterij. Ti postopki zahtevajo veliko moč, visoko penetracijo, visoko učinkovitost in stabilnost obdelave.
3. Laserska aditivna proizvodnja (3D-tiskanje) in oblaganje Laserska aditivna proizvodnja (3D-tiskanje) in oblaganje običajno vključujejo naslednje tipične postopke: tiskanje kompleksnih kovin v letalski in vesoljski industriji, popravilo lopatic motorjev itd.
Izbira osnovnih komponent je naslednja:
a. Izbira laserja: Na splošno,visokozmogljivi vlakenski laserjiso izbrani, z močjo, ki običajno presega 500 W.
b. Oblikovanje žarka: Ta optični sistem mora oddajati svetlobo z ravnim vrhom, zato je oblikovanje žarka osrednja tehnologija, ki jo je mogoče doseči z uporabo difrakcijskih optičnih elementov.
c. Sistem ostrenja: Ogledala in dinamično ostrenje sta osnovni zahtevi na področju 3D-tiskanja. Hkrati mora skenirna leča uporabljati telecentrično zasnovo na strani objekta, da se zagotovi doslednost pri obdelavi robov in središča.