Er zijn tegenwoordig veel lasers op de markt, elk met zijn eigen kenmerken, specificaties en integratieniveaus, wat het selectieproces lastig maakt. Bij het kiezen van een laser voor materiaalverwerking is het van cruciaal belang om de verschillen en voordelen van elke optie te begrijpen.
Dit artikel geeft lezers inzicht in lasersystemen, veelvoorkomende soorten lasers en hoe u een geschikte industriële laserbron voor materiaalbewerking kiest.
Inhoudsopgave
De wereldwijde industriële lasermarkt
Wat is een industriële laserbron?
Kenmerken om te overwegen bij het kiezen van een laserbron
De bottom line
De wereldwijde industriële lasermarkt
De industriële lasermarkt werd gewaardeerd op USD 17.3 miljard in 2021 en zal naar verwachting groeien met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 7.2% tot USD 34.8 miljard in 2030. Een lichtbundel wordt geproduceerd door een industrieel lasersysteem met behulp van gestimuleerde emissies voor verschillende doeleinden in de elektronica-, automobiel-, medische en andere industrieën. Lasers worden voornamelijk gebruikt voor solderen, labelen, graveren, snijden, lassen en markeren.
De groeiende vraag naar meer efficiëntie, productiviteit en precisie heeft geleid tot de groei van industriële lasersBovendien zullen de stijgende vraag naar materiaalverwerking in verschillende sectoren en de overgang van de automobielindustrie naar elektrische voertuigen de verkoop in de toekomst stimuleren.
Wat is een industriële laserbron?
Een laser heeft verschillende componenten en functies die een intense, coherente lichtbundel produceren via een optisch versterkingsproces. Er zijn talloze soorten lasers, elk met verschillende mate van integratie. Al deze lasershebben echter een basisset aan componenten gemeen.
De energiebron voor elke laser stuurt licht naar een gain medium. Dit gain medium zendt een specifieke golflengte van licht uit en een resonator versterkt deze optische gain via spiegels.
Voordat we dieper ingaan op de specifieke kenmerken van een laserbron, bekijken we eerst enkele van de meest voorkomende lasers:
Vastestoflasers: Als hun primaire bron van optische winst vertrouwen deze lasers op vaste glazen of kristallen gemengd met andere aardelementen. Deze gemengde elementen zijn doorgaans erbium, thulium, chroom of ytterbium. De meest voorkomende vaste-stof laser In industriële verwerkingstoepassingen zijn robijn en Nd:YAG.
Gaslasers: Door gebruik te maken van een techniek die bekend staat als populatie-inversie, wordt elektrische stroom door een gas in deze lasers geleid om licht te produceren. Koolstofdioxide (CO2), argon, krypton en helium-neon zijn de populairste gaslasers. CO2 lasers zijn de populairste optie en worden veel gebruikt voor laserlassen, -snijden en -markeren.
Vezellasers: Vezellasers hebben smallere en kleinere laser stralen dan andere lasers, waardoor ze nauwkeuriger zijn in materiaalverwerkingstoepassingen. Ze hebben een kleine voetafdruk, zijn energiezuinig en hebben lage bedrijfs- en onderhoudskosten. Fiberlasers worden veel gebruikt bij reinigings-, las-, snij- en markeertoepassingen.
Kenmerken om te overwegen bij het kiezen van een laserbron
De eerste stap is het identificeren van het lasertype, afhankelijk van de lasertoepassing. Nadat u het type laser hebt bepaald, moet u de parameters ervan specificeren, waaronder het vermogen, de grootte en de golflengte van de straal en de onderhoudskosten.
Golflengte van de laserstraal
Het is van cruciaal belang om de golflengte van de laserstraal voor materiaalverwerking te onderzoeken, omdat verschillende materialen verschillende absorptiesnelheden hebben bij verschillende golflengtes. Een algemeen geaccepteerde regel is dat de laserstraal met een golflengte van 1064 nm van een Nd:YAG-laser goed wordt geabsorbeerd door staal en aluminium, terwijl de golflengte van 10600 nm laser De straal van een koolstofdioxide (CO2) laser wordt goed geabsorbeerd door textiel, plastic, leer, hout en papier.
De twee meest voorkomende laserbronnen die vandaag de dag beschikbaar zijn, zijn CO2 en fiber. afhankelijk van de elementen die in de fiber zijn gemengd. Een CO2-laser kan een laserstraal produceren van 10600, 10300 of 930 nm, afhankelijk van de gassamenstelling. Het is belangrijk om de golflengte van de laserbron af te stemmen op het te verwerken materiaal om effectieve laserbewerkingen te garanderen.
Onderhoudskosten
Vroeger waren de glazen buis CO2 lasers en lamp-gepompte Nd:YAG lasers populair, maar hun pompbronnen, dat wil zeggen de booglamp of gasgevulde glazen buis, moesten periodiek worden vervangen. Elke 500 tot 1000 werkuren moesten gebruikers de machine stoppen en de buis of lamp vervangen. Bovendien moesten oudere generatie CO2 lasers vereisen een continue gasstroom door de resonator, wat hoge bedrijfskosten met zich meebrengt.
Dankzij geavanceerde technologie is glasvezel echter lasers, de populairste keuze vandaag de dag, goed voor 80% van het marktaandeel, zijn volledig onderhoudsvrij. Ze hebben een lange levensduur en een uniek laserresonatorontwerp waarin alle optica deel uitmaken van een efficiënte continue glasvezelkabel.
Vermogen en focusgrootte
De laserstraal kan door een focusserende optiek worden gestuurd terwijl deze op verschillende lengtes wordt gepulst. Wanneer de straal in contact komt met het werkstuk, krimpt deze in omvang, waardoor effectief een grote hoeveelheid energie op een klein gebied wordt gefocust. De output van de laser kan echter niet worden gereduceerd tot een formaat dat kleiner is dan de golflengte, en een output van lage kwaliteit kan ook geen focuspunt van hoge kwaliteit genereren. Bijvoorbeeld, een CO2 laser kan het brandpunt niet verkleinen tot minder dan 10600 nm, waardoor een bijna perfecte bundel en optica nodig zijn om de taak te volbrengen.
Hoewel de grootte van de vlek een belangrijke overweging is, is deze niet voor alle toepassingen vereist, zoals laseroppervlaktereiniging, laserlassenen laddersinteren, waarbij een grotere puntgrootte nodig is om de prestaties te garanderen.
Laserbewerkingsmateriaal
Omdat verschillende materialen verschillende verwerkingssnelheden hebben, moeten de eigenschappen van het materiaal in overweging worden genomen bij het kiezen van de juiste laserbron. De meest geschikte materialen voor CO2-lasermarkering, -gravering en -snijden zijn onder andere kunststoffen, schuimen, stoffen, rubber, papier, glas, keramische steen, staal, titanium, hout en composieten. Materialen met extreem hoge smeltpunten zijn bij voorkeur niet geschikt voor CO2-lasers onder 200 W.
Vezellasers zijn geschikt voor diverse materialen, waaronder zwart acetaal, acryl, PTFE en kunststoffen die vulstoffen, pigmenten of lasergevoelige additieven bevatten.
Werkingswijze
CW (continue golf) laser
Het is cruciaal om te weten of de laser continu of gepulst is. Het gemiddelde vermogen van CW-lasers wordt gemeten in kW of nW. Voordat u een sensor voor CW selecteert lasers, moet het gemiddelde vermogensbereik worden bepaald. Dit bereik bepaalt de juiste keuze van de sensor. Als het bereik bijvoorbeeld te breed is, is een tweede sensor vereist. Het kiezen van een sensor met een bereik dat dicht bij het vereiste bereik ligt (niet aan de hoge of lage kant, maar in het midden), kan dus resulteren in foutieve metingen als het bereik in beide richtingen te groot is.
Om de juiste sensor te selecteren, moet de belichtingstijd van de CW-laserlaserstraal in overweging worden genomen. Als alleen periodieke metingen nodig zijn, is een sensor met een belichtingstijd die lang genoeg is om een stabiele meting te verkrijgen, dat wil zeggen tientallen seconden, voldoende - bij voorkeur een kleinere en goedkopere sensor. Als de laser Als het apparaat gedurende langere tijd aan de vermogenssensor moet worden blootgesteld, is een grotere sensor nodig om eventuele warmteontwikkeling af te voeren die de metingen zou kunnen beïnvloeden.
Gepulste lasers
Net als bij CW-lasers moeten de energiebereikvereisten voor de sensoren worden bepaald. Gebruikers moeten de pulsen per seconde (PPS) of pulsfrequentie van de laser identificeren om te bepalen of een energiesensor kan worden gebruikt voor een specifieke toepassing. De meeste energiesensoren werken op frequenties van 1 Hz tot 5 kHz, met geavanceerde sensoren die werken op maximaal 25 kHz.
Een andere factor om te overwegen bij gepulseerde lasers is de pulsbreedte. Deze specificatie heeft een aanzienlijke impact op de schadedrempel van de geselecteerde sensor. Als de pulsbreedte bijvoorbeeld te kort is, kan de energiedichtheid de classificatie van de sensor overschrijden. Als de pulsbreedte te lang is, heeft het circuit van de sensor mogelijk niet genoeg integratietijd, wat resulteert in foutieve bewerkingen.
De bottom line
Het kiezen van de juiste laserbron is essentieel om de productiviteit te maximaliseren en de precisie te verbeteren. Dit artikel biedt wat inzichten over laserbronnen en functies. Bezoek Chovm.com om de nieuwste laserapparatuur voor industriële toepassingen te bekijken.
