Главная / Библиотека / Лазерная обработка излучением с длиной волны 2 мкм

Лазерная обработка излучением с длиной волны 2 мкм

Лазерная обработка излучением с длиной волны 2 мкм

Прецизионная обработка и минимизация площади локального нагрева

Лазерные источники стали неотъемлемой частью обработки материалов и поверхностей в промышленных приложениях. Мощное, когерентное и узкополосное излучение лазерного источника позволяет достигать невероятной точности при обработке любых поверхностей – от прочнейших металлов до тонкого пластика. Высокая скорость обработки в разы увеличивает объем продукции и способствует расширению производственных мощностей.

Благодаря современным технологиям, лазерные источники, предназначенные для обработки материалов, излучают длины волн в диапазоне 1 – 1.5 мкм. Этот стандарт поддерживался долгое время, пока в индустрии не был представлен первый лазер для обработки материалов, излучающий на длине 2 мкм. Помимо беспрецедентно высокой длины волны среди лазеров этой категории, источник высокостабилизирован, не требует особых условий эксплуатации, прост в обслуживании и, несмотря на высокую мощность, особенно популярен при обработке пластиковых и полимерных материалов.

Обработка пластиковых изделий

Лазеры, излучающие на длине волны 2 мкм, идеально подходят для обработки изделий из пластика. Этот неочевидный факт наблюдается из-за уникальных свойств пластмасс к поглощению: в диапазоне длин волн 0.8 – 1 мкм у большинства видов пластика поглощение минимально, а при взаимодействии с излучением с длиной волны 10 мкм достигает пиковых значений. Многочисленные опыты показали, что оптимальной длиной волны для обработки пластика являются 2 мкм.

Необходимо отметить, что в некоторых приложениях используется пластик особой категории, и излучение с длиной волны 2 мкм может быть недостаточно для соблюдения всех требований точности при сварке, резке и гравировке. Прозрачный пластик составляет отдельную категорию материалов, обладающих высоким коэффициентом пропускания в видимом диапазоне и низким поглощением в области 1 мкм. Очевидно, что для обработки материала с такими свойствами мощности излучения с длиной волны 1 мкм недостаточно.

Перед описанием принципиальных отличий и преимуществ лазера, излучающего на 2 мкм, необходимо упомянуть следующие детали:

- Для предотвращения (минимизации) возрастания количества поглощенного лазерного излучения при обработке излучением с длиной волны 1 мкм в пластиковые образцы вводятся дополнительные примеси. Необходимость проведения этого этапа влияет на длительность процесса в масштабах целого производства. В медицине и биологии состав изделий жестко контролируется, и изменения структуры изделий на таком уровне не допускаются.

- Излучение дальней ИК области (10 мкм) также не применимо для точечной абляции, так как тепло рассеивается по всей поверхности образца и не обеспечивает локализованного нагревания.

Многочисленные опыты по изучению взаимодействия излучения с органическими материалами на синтетической основе были направлены на определение оптимальной частоты излучения. Опираясь на результаты проведенных исследований, был разработан источник, излучающий волны с длиной 2 мкм. Эффективности излучения этой длины достаточно для фрезеровки и сварки большинства изделий из пластмасс.  На рис. 1 показана возможность излучения с длиной волны 2 мкм проникать в пластиковый материал на оптимальное расстояние с возможностью ослабления, что в конечном счете приводит к локальному нагреву материала.

Рисунок1
Рисунок 1. Лазерная сварка пластмасс

Когда лазерное излучение проходит через слой пропускающего материала, больше всего излучения поглощается на поверхности, меньше всего – внутри объема. К примеру, при лазерной сварке – для простоты рассмотрим части изделия, сопряженные внахлест – наибольшее поглощение демонстрируют места сварных соединений. На рис. 2 представлены еще несколько иллюстраций типов распространенных сопряжений (слева направо): внахлест, Т-образное соединение и стыковое соединение.

Рисунок2
Рисунок 2. Виды сопряжений при сварке изделий

Принцип работы источника

Первые источники электромагнитных волн длиной 2 мкм имели крупные габариты и высокую стоимость. Современные разработки значительно более компактны и экономичны, размеры диодных лазеров не превышают и 30 мм в длину. Примечательно, что снижение стоимости производства способствовало росту эффективности – все это во многом благодаря применению волоконно-оптических технологий.

Лазеры коротковолнового ИК диапазона действительно универсальны за счет своей функциональности и низкой стоимости. При этом двух режимов генерации (импульсного и непрерывного) достаточно для проведения множества исследований. При лазерной обработке используется в основном импульсный режим – время воздействия интенсивного излучения сводится к минимуму, не позволяя нижним слоям материала чрезмерно нагреваться. Обработка материалов непрерывным лазером также возможна, но этот режим требует соблюдения дополнительных условий.

Рисунок3
Рисунок 3. Применение непрерывного и импульсного лазеров для сварки изделий

Заключение

Разработки источников области ближнего ИК, излучающих на длине волны 2 мкм, актуальны по ряду причин: эта длина волны лучше всего подходит для фрезеровки и сварки изделий из разных видов пластмасс, так как обеспечивает оптимальный расход энергии падающего излучения внутри и на поверхностях объема, зона термического воздействия при работе в импульсном режиме минимальна, излучение стабилизировано. Нельзя не отметить экономичность современных лазерных источников ближнего ИК диапазона благодаря внедрению оптоволоконных компонентов в систему. Не остается сомнений, что в ближайшие годы такие разработки получат еще более широкое распространение и, вероятно, будут применяться в лазерной обработке повсеместно.

 

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

 

Новые статьи
Измерение спектров флуоресценции Avantes

Флуоресцентная спектроскопия (т.н. флуорометрия или спектрофлуориметрия), представляет собой тип электромагнитной спектроскопии, при которой анализируется флуоресценция образца.

Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

В статье изложены принципы работы и примеры использования современной дифракционной оптики: гомогенизаторов, светоделителей, формирователей профиля интенсивности.

Бриллюэновская спектроскопия

Высокая контрастность и подавление волн накачки в спектрометре LightMachinery HF-8999-532 позволили наблюдать отчетливый спектр Бриллюэна.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2