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

 

Последние статьи
Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Спектроскопические методы, основанные на использовании лазерных источников, имеют большой потенциал для выявления и мониторинга компонентов в газовой фазе. Высокая чувствительность и селективность лазера позволяет использовать их для количественной оценки атомов и молекул в образце. Квантово-каскадные лазеры, излучающие в области среднего ИК диапазона, обеспечивают высокое разрешение и позволяют идентифицировать спектр молекул в газовых образцах и в парах воды.

Спектроскопия тонкопленочных покрытий

Тонкие пленки используются в современных высокотехнологичных полупроводниковых структурах, микроэлектронике, матричных приемниках и, конечно, в оптике. Развитие знаний о свойствах материалов позволило науке совершить настоящий прорыв. Конечное применение тонкопленочных структур может быть разнообразным, но постоянной остается необходимость точного контроля толщины каждого слоя в процессе эпитаксиального роста. Толщина пленки обычно находится в диапазоне от 1 нм до 100 мкм.

Компенсация дисперсии в микроскопии трехфотонного возбуждения

Трехфотонная микроскопия – усовершенствованный метод двухфотонной микроскопии, в котором используется не двух-, а трехфотонное возбуждение в диапазоне 1300 – 1700 нм.  Увеличение длины волны возбуждающего лазерного излучения до 1700 нм позволяет сократить рассеяние и поглощение в тканях, ограничивающих глубину поля зрения, однако методы компенсации дисперсии в многофотонной микроскопии по-прежнему остаются актуальной темой исследований в современной фотонике.

Спектрометры Avantes для лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС) – один из типов атомно-эмиссионного спектрального анализа. Методом ЛИЭС изучаются спектры плазмы лазерного пробоя (лазерной искры) в анализе твердотельных образцов, жидкостей, газовых сред, взвешенной пыли и аэрозолей.

Применение CO2 лазеров с высокочастотной накачкой для обработки материалов

В последнее время во многих применения все чаще используют CO2 лазеры с высокочастотной накачкой. Данный факт обусловлен высокой производительностью, долговечностью и безопасностью таких лазеров...

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