Введение
Производитель должен знать, что волоконные лазеры открывают новую эру революции в современном производстве. Благодаря своим сверхточным, высокоскоростным и бесконтактным возможностям резки, маркировки и гравировки они меняют производственный ландшафт. Среди различных отраслей промышленности, которые пользуются преимуществами этой технологии, - автомобильная, аэрокосмическая, электронная и медицинская. Волоконные лазеры и CO₂-лазеры считаются двумя наиболее широко используемыми лазерами в промышленности, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны.
- Лазерный луч имеет длину волны 1 060 нм, а лазерная технология CO₂ использует диапазон длин волн 10 600 нм.
- Для получения мощного лазерного луча в волоконных лазерах используется твердотельное оптическое волокно, легированное редкоземельным элементом, например эрбием или иттербием.
- CO₂-лазеры - это газовая смесь азота, углекислого газа и гелия, которая используется для получения света.
В этой статье приводится всестороннее сравнение волоконных и CO₂-лазеров, рассматриваются их конструктивные различия, механизмы работы, эффективность, требования к обслуживанию и области применения. В заключение вы узнаете, какую технологию следует использовать, чтобы она соответствовала потребностям вашей отрасли.
Что такое волоконный лазер?
Технология волоконных лазеров использует твердотельный лазер с оптическим волокном в качестве среды усиления. Легирующее вещество сердцевины оптоволокна состоит из редкоземельных элементов, таких как иттербий (Yb), эрбий (Er) или неодим (Nd), которые усиливают лазерный луч. Диод направляет свет в острый лазерный луч, который используется для резьбы и гравировки на металле, пластике и многих других материалах.
- Принцип работы
Во время обработки волоконный лазер выполняет определенный набор шагов. Вот эти четыре этапа.
- Диод накачки производит свет, который распространяется на сердцевину волокна, и происходит накачка света.
- Легированная сердцевина оптоволокна усиливает этот свет, когда он отражается в оптоволокне, что позволяет добиться лучших результатов.
- Свет усиливается и появляется в виде сфокусированного и когерентного пучка света для излучения.
- Луч проходит по гибкому оптоволоконному кабелю прямо к режущей или маркировочной головке для подачи луча.
- Компоненты
Волоконный лазер состоит из частей. Вот их перечень, и их совместное функционирование позволяет выполнить задачу надлежащим образом.
- Для получения и усиления света используется стекловолокно, легированное редкоземельным материалом.
- Первоначальный источник света от редкоземельного элемента инициируется диодом накачки.
- Действие лазера начинается, как только диод накачки начинает генерировать свет.
- При этом легированная сердцевина волокна может служить в качестве среды усиления лазера.
- И наконец, линза лазерного волокна изгибает луч для резки или гравировки.
- Преимущества волоконных лазеров
Волоконные лазеры произвели революцию в мире производства металлов, позволяя резать, гравировать и вырезать на широком спектре материалов.
- Стабильная эффективность преобразования электрической энергии в оптическую до 90%.
- Никаких зеркал и увесистых газоотводных трубок, а также небольшой размер.
- Нет движущихся оптических частей, а лазер Fiber имеет полностью герметичную систему.
- Время работы волоконного лазера может превышать 100 000 часов.
- С помощью волоконного лазера можно попасть в точку, которая может быть сделана настолько маленькой, насколько 90% от размера CO₂ лазера, с более тонкими деталями.
- Лучше всего использовать с отражающими металлами, включая алюминий, медь и латунь.
Знаете ли вы о CO₂-лазерах?
CO₂-лазеры - разновидность газовых лазеров, использующих мощный лазерный луч путем объединения газов, в основе которого лежит диоксид углерода, - являются надежным инструментом в обрабатывающей промышленности с 1970-х годов. Благодаря длительному использованию и проверенной репутации они особенно хорошо подходят для работы с неметаллическими материалами.
- Принцип работы
- На начальном этапе молекулы азота в газовой смеси возбуждаются электрическим током.
- Энергия передается молекулам CO₂ от возбужденных молекул азота.
- Молекулы CO₂ испускают фотоны, и это создает лазерный луч.
- В трубке происходит сквозное отражение света зеркалами до тех пор, пока стабильный лазерный луч не будет испущен через частичное зеркало благодаря оптическому резонансу.
- Компоненты
- Основные компоненты системы - газовая трубка, заполненная углекислым газом, азотом и гелием.
- Электроды в системе заставляют молекулы газа заряжаться.
- CO₂-лазер имеет зеркало, которое фокусирует и увеличивает лазерный луч.
- Система имеет встроенную систему охлаждения, которая отводит тепло, выделяемое во время работы.
- Преимущества CO₂-лазеров
- Вы можете использовать CO₂ на различных материалах, таких как дерево, акрил, стекло, ткань и пластик - это примеры неметаллических материалов, которые подходят для этого процесса.
- Использование лазера CO₂ обеспечивает более чистые и ровные разрезы на толстом материале.
- Проверено и используется в течение длительного времени.
- По сравнению с волоконным лазером он требует меньшего обслуживания.
- Он имеет низкую начальную стоимость, которая обычно меньше, чем у волоконных лазеров.
Различия между волоконными и CO₂-лазерами
Как волоконные, так и CO₂-лазеры имеют свои преимущества и применение. Однако есть определенные области, в которых эти две технологии также различаются.
Длина волны и поглощение
Газовый и волоконный лазеры имеют разные длины волн и скорости поглощения. Вот в чем разница между ними:
| Тип лазера | Длина волны | Характеристики поглощения материала |
| Волоконный лазер | 1,06 мкм | Волоконный лазер идеально подходит для металлов; отражающие материалы сильно поглощают его. |
| CO₂ Лазер | 10,6 мкм | Использование CO₂-лазера лучше всего подходит для органических материалов, таких как дерево и пластик, и не подходит для отражающих поверхностей. |
- Использование волоконного лазера с более короткой длиной волны позволяет добиться лучшего поглощения на металлических поверхностях.
- Большая длина волны CO₂-лазера делает его не идеальным для использования на отражающих поверхностях.
Материалы для резки
Волоконные лазеры и CO₂-лазеры применяются для резки материалов; разные материалы по-разному совместимы с обеими технологиями. Производитель признает, что волоконный лазер наиболее эффективен для резки металлических отражающих поверхностей, в то время как CO₂-лазер лучше подходит для резки органических материалов, таких как дерево и текстиль.
| Материалы | Волоконный лазер | Лазер CO₂ |
| Нержавеющая сталь | Эффективный | Менее эффективно |
| Алюминий | Эффективный | Менее эффективно |
| Медь | Эффективный | Неэффективно |
| Латунь | Эффективный | Неэффективно |
| Текстиль | Неэффективно | Эффективный |
| Дерево | Неэффективно | Эффективный |
| Пластик | Неэффективно | Эффективный |
| Стекло | Неэффективно | Эффективный |
Энергоэффективность и энергопотребление
Обе технологии имеют разную энергоэффективность и энергопотребление. Вот подробная информация:
- Эффективность стенки для волоконных лазеров составляет от 30% до 40%.
- В отличие от этого, эффективность CO₂-лазеров составляет всего 5-10%.
Следовательно, волоконные лазеры потребляют примерно на 70% меньше энергии по сравнению с CO₂-лазерами с той же выходной мощностью. Например, CO₂-лазеру мощностью 6 кВт потребуется 70 кВт энергии, а волоконному лазеру мощностью 6 кВт - всего 18-20 кВт. Следовательно, эксплуатационные расходы будут почти на 50% дешевле при использовании волоконных лазерных систем.
Скорость и точность резки
- Для тонких материалов волоконные лазеры режут в 3-5 раз быстрее, чем CO₂ лазеры, в 2,0 раза быстрее, чем CO₂.
- Для материалов толщиной более двадцати сантиметров лазеры CO₂ дают больший эффект благодаря более гладкой обработке краев.
Волоконные лазеры также предлагают:
- Повышенная точность резки благодаря меньшей ширине пропила.
- Более точная резка за счет уменьшения размера пятна.
- Улучшенная консистенция при выполнении сложных работ, таких как гравировка и микрорезка.
| Материал | Скорость волоконного лазера (мм/с) | CO₂ Скорость лазера (мм/с) |
| 3 мм из нержавеющей стали | 55 | 20 |
| 10 мм алюминий | 25 | 10 |
| 6 мм из низкоуглеродистой стали | 40 | 15 |
Обслуживание и срок службы
Чтобы любое оборудование работало исправно, необходимо регулярно проводить его осмотр. Но некоторые машины требуют более тщательного обслуживания, чем другие.
Волоконный лазер:
- Отсутствие зеркал или дозаправки газом делает обслуживание ненужным.
- Волоконная лазерная система имеет конкурентное преимущество благодаря сроку службы, превышающему 100 000 часов.
- Он имеет герметичную и компактную конструкцию, которая сводит к минимуму возможное загрязнение.
CO₂ Лазер:
- Для правильного ухода необходимо регулярно выравнивать и чистить зеркала.
- Заправка газом и замена оптики добавляют ненужное время простоя.
- Обычный срок службы составляет 20 000-30 000 часов.
Техническое обслуживание
Для CO₂-лазера требуется проверка через каждые 6-12 месяцев. Это значительное улучшение по сравнению с CO₂-лазерами, которые требуют выравнивания и очистки каждые 3-6 месяцев.
Анализ затрат
| Категория | Волоконный лазер | Лазер CO₂ |
| Первоначальная стоимость | Выше | Нижний |
| Операционные расходы | Нижний | Выше |
| Стоимость обслуживания | Минимум | От умеренного до высокого |
| Стоимость владения | Нижний | Выше |
Сценарии применения
- Применение волоконных лазеров
- Он может использоваться для резки, сварки и гравировки нержавеющей стали, алюминия и меди.
- Резка и маркировка прецизионных деталей в автомобильной промышленности.
- Обрезка печатных плат и маркировка серийных кодов в производстве электроники.
- Волоконные лазеры можно использовать для резки легких сплавов в аэрокосмической промышленности.
- Он может использоваться для гравировки тонких идентификационных знаков на медицинских приборах.
- Применение CO₂ лазеров
- Лазер CO₂ используется для гравировки на картоне, пластике и стекле.
- Производители используют его для резки и гравировки деталей мебели.
- Лазеры CO₂ занимаются раскроем тканей и созданием рисунков в текстильной промышленности.
- Гравировка на акриле и стекле в индустрии вывесок и рекламы.
- Его можно использовать для гравировки органических материалов в декоративных целях.
Заключение
Как волоконные, так и CO₂-лазеры имеют ряд общих черт, однако между этими двумя технологиями есть заметные различия.
- Здесь объясняется, что в автомобильной, аэрокосмической и электронной промышленности волоконные лазеры быстрее, точнее и эффективнее режут металлы.
- С другой стороны, CO₂-лазеры по-прежнему эффективны для резки неметаллов, таких как дерево, акрил и ткани, и оставляют тонкие и гладкие края.
Хотя волоконные лазеры дешевле в обслуживании и эксплуатации, CO₂-лазер имеет более низкую начальную стоимость. В конечном итоге выбор зависит от типа материала, требуемого качества резки и масштаба производства для обеспечения наиболее эффективного производственного процесса.