Rješenje optičkog sustava za lasersku obradu

Rješenje optičkog sustava za lasersku obradu
Određivanjelaserska obradaRješenje optičkog sustava ovisi o specifičnom scenariju primjene. Različiti scenariji dovode do različitih rješenja za optički sustav. Za specifične primjene potrebna je specifična analiza. Optički sustav prikazan je na slici 1:

Put razmišljanja je: konkretni ciljevi procesa –laserkarakteristike – projektiranje sheme optičkog sustava – ostvarenje konačnog cilja. Slijedi nekoliko različitih područja primjene:
1. Područje precizne mikroobrade (označavanje, jetkanje, bušenje, precizno rezanje itd.) Uobičajeni tipični procesi u području precizne mikroobrade su mikrometrijska obrada materijala poput metala, keramike i stakla, kao što je označavanje logotipa za mobilne telefone, medicinski stentovi, mikro rupe za mlaznice za ubrizgavanje plinskog goriva itd. Osnovni zahtjev u procesu obrade je: prvo, mora zadovoljiti izuzetno male fokusirane svjetlosne točke, izuzetno visoku gustoću energije i najmanju zonu toplinskog utjecaja itd. Za gore navedene primjene i zahtjeve, odabir i dizajnizvori laserske svjetlostii ostale komponente se provode.
a. Odabir lasera: Poželjni ultraljubičasti/zeleni laser na čvrstom zraku (nanosekunda) ili ultrabrzi laser (pikosekunda, femtosekunda) uglavnom je zbog dva razloga. Prvi je da je valna duljina proporcionalna fokusiranoj svjetlosnoj točki i općenito se odabire kratka valna duljina. Drugi je da pikosekundni/femtosekundni impulsi imaju karakteristiku „hladne obrade“, a energija se dovršava prije toplinske difuzije, čime se postiže hladna obrada. Općenito se odabire laserski izvor svjetlosti sa prostornim svjetlosnim izlazom, s faktorom kvalitete snopa M2 općenito manjim od 1,1, što ima vrhunsku kvalitetu snopa.
b. Sustav za širenje snopa i kolimacijski sustav obično koriste leće za širenje snopa s promjenjivim povećanjem (2X – 5X), pokušavajući što više povećati promjer snopa. Promjer snopa obrnuto je proporcionalan fokusiranoj svjetlosnoj točki, a općenito se koristi Galilejeva arhitektura za širenje snopa.
c. Sustav fokusiranja obično koristi visokoučinkovite F-Theta leće (za skeniranje) ili telecentrične fokusne leće. Žarišna duljina proporcionalna je fokusiranoj svjetlosnoj točki i općenito se koriste leće s kratkim žarišnim poljem (npr. f = 50 mm, 100 mm). Kao što je prikazano na slici 1: Općenito, leća za žarišno polje koristi skupinu leća s više elemenata (broj leća ≥ 3), što može postići veliko vidno polje, veliki otvor blende i niske pokazatelje aberacije. Optičke leće ovdje moraju uzeti u obzir prag oštećenja lasera.
d. Koaksijalni optički sustav za nadzor: U optičkom sustavu obično je integriran koaksijalni sustav vida (CMOS) za precizno pozicioniranje i praćenje procesa obrade u stvarnom vremenu.
2. Obrada makromaterijala Tipični scenariji primjene obrade makromaterijala uključuju rezanje automobilskih limova, zavarivanje čeličnih ploča brodskog tijela i zavarivanje kućišta baterija. Ovi procesi zahtijevaju veliku snagu, visoku sposobnost prodiranja, visoku učinkovitost i stabilnost obrade.
3. Aditivna laserska proizvodnja (3D ispis) i oblaganje Primjene aditivne laserske proizvodnje (3D ispis) i oblaganja obično uključuju sljedeće tipične procese: složeni zrakoplovni metalni ispis, popravak lopatica motora itd.
Izbor glavnih komponenti je sljedeći:
a. Odabir lasera: Općenito,visokosnažni vlaknasti laseriodabiru se, sa snagom koja obično prelazi 500 W.
b. Oblikovanje snopa: Ovaj optički sustav treba davati svjetlo s ravnim vrhom, pa je oblikovanje snopa ključna tehnologija, a može se postići difrakcijskim optičkim elementima.
c. Sustav fokusiranja: Zrcala i dinamičko fokusiranje osnovni su zahtjevi u području 3D ispisa. Istovremeno, leća za skeniranje mora koristiti telecentrični dizajn na strani objekta kako bi se osigurala dosljednost u obradi rubova i središta.