Rješenje optičkog sistema za lasersku obradu

Rješenje optičkog sistema za lasersku obradu
Određivanjelaserska obradaRješenje optičkog sistema zavisi od specifičnog scenarija primjene. Različiti scenariji dovode do različitih rješenja za optički sistem. Za specifične primjene potrebna je specifična analiza. Optički sistem je prikazan na slici 1:

Put razmišljanja je: konkretni ciljevi procesa –laserkarakteristike – projektovanje optičkog sistema – ostvarenje konačnog cilja. Slijedi nekoliko različitih područja primjene:
1. Područje precizne mikroobrade (označavanje, nagrizanje, bušenje, precizno rezanje itd.) Uobičajeni tipični procesi u području precizne mikroobrade su mikrometrijska obrada materijala kao što su metali, keramika i staklo, 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 ispunjavati izuzetno male fokusirane svjetlosne tačke, izuzetno visoku gustinu energije i najmanju zonu termičkog utjecaja itd. Za gore navedene primjene i zahtjeve, odabir i dizajnizvori laserske svjetlostii ostale komponente se provode.
a. Izbor lasera: Poželjni ultraljubičasti/zeleni laser na čvrstom zraku (nanosekunda) ili ultrabrzi laser (pikosekunda, femtosekunda) uglavnom je posljedica dva razloga. Prvi je da je talasna dužina proporcionalna fokusiranoj svjetlosnoj tački i generalno se bira kratka talasna dužina. Drugi je da pikosekundni/femtosekundni impulsi imaju karakteristiku "hladne obrade", a energija se obrađuje prije termičke difuzije, čime se postiže hladna obrada. Generalno, bira se laserski izvor svjetlosti sa prostornim svjetlosnim izlazom, sa faktorom kvaliteta snopa M2 generalno manjim od 1,1, što ima superiorni kvalitet snopa.
b. Sistem za širenje snopa i kolimatorski sistem obično koriste sočiva za širenje snopa s promjenjivim uvećanjem (2X – 5X), pokušavajući što više povećati prečnik snopa. Prečnik snopa je obrnuto proporcionalan fokusiranoj svjetlosnoj tački, a obično se koristi Galilejeva arhitektura za širenje snopa.
c. Sistem fokusiranja obično koristi visokoperformansne F-Theta sočiva (za skeniranje) ili telecentrična sočiva za fokusiranje. Žižna daljina je proporcionalna fokusiranoj svjetlosnoj tački i uglavnom se koriste sočiva kratkog fokalnog polja (kao što je f = 50 mm, 100 mm). Kao što je prikazano na slici 1: Općenito, sočivo za fokusiranje koristi grupu sočiva sa više elemenata (broj sočiva ≥ 3), što može postići veliko vidno polje, veliki otvor blende i niske indikatore aberacije. Optička sočiva ovdje moraju uzeti u obzir prag oštećenja lasera.
d. Koaksijalni optički sistem za praćenje: U optičkom sistemu je obično integrisan koaksijalni sistem vida (CMOS) za precizno pozicioniranje i praćenje procesa obrade u realnom vremenu.
2. Obrada makromaterijala Tipični scenariji primjene obrade makromaterijala uključuju rezanje automobilskih limova, zavarivanje čeličnih ploča za trupove brodova i zavarivanje kućišta baterija. Ovi procesi zahtijevaju veliku snagu, visoku sposobnost prodiranja, visoku efikasnost i stabilnost obrade.
3. Aditivna laserska proizvodnja (3D printanje) i oblaganje Primjene aditivne laserske proizvodnje (3D printanje) i oblaganja obično uključuju sljedeće tipične procese: složeno štampanje metala u vazduhoplovnoj industriji, popravak lopatica motora itd.
Izbor osnovnih komponenti je sljedeći:
a. Odabir lasera: Općenito,visokosnažni vlaknasti laserise biraju, sa snagom koja obično prelazi 500 W.
b. Oblikovanje snopa: Ovaj optički sistem treba da proizvodi svjetlost s ravnim vrhom, tako da je oblikovanje snopa osnovna tehnologija i može se postići korištenjem difraktivnih optičkih elemenata.
c. Sistem fokusiranja: Ogledala i dinamičko fokusiranje su osnovni zahtjevi u oblasti 3D štampanja. Istovremeno, skenirajuće sočivo mora koristiti telecentrični dizajn na strani objekta kako bi se osigurala konzistentnost u obradi ivica i centra.