1.เลเซอร์ดิสก์
แนวคิดการออกแบบเลเซอร์แบบดิสก์ได้แก้ปัญหาผลกระทบจากความร้อนของเลเซอร์โซลิดสเตทได้อย่างมีประสิทธิภาพ และบรรลุการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างกำลังเฉลี่ยสูง กำลังสูงสุดสูง ประสิทธิภาพสูง และคุณภาพลำแสงสูงของเลเซอร์โซลิดสเตท เลเซอร์แบบดิสก์ได้กลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ใหม่ที่ขาดไม่ได้สำหรับการประมวลผลในด้านยานยนต์ เรือ รถไฟ การบิน พลังงาน และสาขาอื่นๆ เทคโนโลยีเลเซอร์แบบดิสก์กำลังสูงในปัจจุบันมีกำลังสูงสุด 16 กิโลวัตต์ และคุณภาพลำแสง 8 มิลลิเมตรมิลลิเรเดียน ซึ่งช่วยให้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ระยะไกลด้วยหุ่นยนต์และการตัดด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงขนาดใหญ่เป็นไปได้ เปิดโอกาสกว้างสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตทในสาขาต่างๆการประมวลผลด้วยเลเซอร์กำลังสูงตลาดแอปพลิเคชัน
ข้อดีของเลเซอร์แบบแผ่นดิสก์:
1. โครงสร้างแบบโมดูลาร์
เลเซอร์แบบจานใช้โครงสร้างแบบโมดูลาร์ และแต่ละโมดูลสามารถเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วในสถานที่ ระบบระบายความร้อนและระบบนำแสงถูกรวมเข้ากับแหล่งกำเนิดเลเซอร์ ทำให้มีโครงสร้างกะทัดรัด ใช้พื้นที่น้อย และติดตั้งและแก้ไขปัญหาได้รวดเร็ว
2. คุณภาพลำแสงดีเยี่ยมและได้มาตรฐาน
เลเซอร์ดิสก์ TRUMPF ทุกรุ่นที่มีกำลังมากกว่า 2 กิโลวัตต์ มีค่าพารามิเตอร์ลำแสง (BPP) มาตรฐานอยู่ที่ 8 มม./มิลลิเรเดียน เลเซอร์จะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามโหมดการทำงาน และสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์เลนส์ TRUMPF ทุกรุ่น
3. เนื่องจากขนาดจุดแสงในเลเซอร์แบบจานมีขนาดใหญ่ ความหนาแน่นของกำลังแสงที่แต่ละองค์ประกอบทางแสงต้องรับจึงมีขนาดเล็ก
โดยทั่วไปแล้ว ค่าความทนทานต่อความเสียหายของสารเคลือบชิ้นส่วนทางแสงอยู่ที่ประมาณ 500 เมกะวัตต์/ตารางเซนติเมตร และค่าความทนทานต่อความเสียหายของควอตซ์อยู่ที่ 2-3 กิกะวัตต์/ตารางเซนติเมตร ความหนาแน่นของพลังงานในโพรงเรโซแนนซ์ของเลเซอร์ดิสก์ TRUMPF มักจะน้อยกว่า 0.5 เมกะวัตต์/ตารางเซนติเมตร และความหนาแน่นของพลังงานบนเส้นใยนำแสงน้อยกว่า 30 เมกะวัตต์/ตารางเซนติเมตร ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำเช่นนี้จะไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นส่วนทางแสงและจะไม่ก่อให้เกิดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น จึงมั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในการใช้งาน
4. นำระบบควบคุมการป้อนกลับกำลังเลเซอร์แบบเรียลไทม์มาใช้
ระบบควบคุมป้อนกลับแบบเรียลไทม์สามารถรักษาเสถียรภาพของกำลังไฟฟ้าที่ส่งไปยังชิ้นส่วนรูปตัว T และผลลัพธ์การประมวลผลมีความแม่นยำสูง เวลาในการอุ่นเครื่องของเลเซอร์แบบจานนั้นเกือบเป็นศูนย์ และช่วงกำลังไฟฟ้าที่ปรับได้คือ 1%–100% เนื่องจากเลเซอร์แบบจานแก้ปัญหาผลกระทบจากเลนส์ความร้อนได้อย่างสมบูรณ์ กำลังเลเซอร์ ขนาดจุด และมุมการกระจายลำแสงจึงมีความเสถียรตลอดช่วงกำลังไฟฟ้าทั้งหมด และหน้าคลื่นของลำแสงจะไม่เกิดการบิดเบี้ยว
5. สามารถเสียบสายใยแก้วนำแสงแล้วใช้งานได้ทันทีในขณะที่เลเซอร์ยังคงทำงานอยู่
เมื่อเส้นใยแก้วนำแสงเส้นใดเส้นหนึ่งเสียหาย เมื่อทำการเปลี่ยนเส้นใยแก้วนำแสง คุณเพียงแค่ปิดทางเดินแสงของเส้นใยแก้วนำแสงนั้นโดยไม่ต้องปิดเครื่อง และเส้นใยแก้วนำแสงอื่นๆ ก็จะยังคงสามารถส่งแสงเลเซอร์ต่อไปได้ การเปลี่ยนเส้นใยแก้วนำแสงนั้นง่ายต่อการใช้งาน เพียงแค่เสียบปลั๊กก็ใช้งานได้เลย ไม่ต้องใช้เครื่องมือหรือการปรับแต่งใดๆ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ป้องกันฝุ่นที่ทางเข้าเพื่อป้องกันฝุ่นเข้าสู่บริเวณส่วนประกอบทางแสงอย่างเข้มงวด
6. ปลอดภัยและเชื่อถือได้
ในระหว่างกระบวนการ แม้ว่าค่าการแผ่รังสีของวัสดุที่กำลังประมวลผลจะสูงมากจนแสงเลเซอร์สะท้อนกลับเข้าไปในเลเซอร์ ก็จะไม่มีผลกระทบต่อตัวเลเซอร์เองหรือผลการประมวลผล และจะไม่มีข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับการประมวลผลวัสดุหรือความยาวของเส้นใย การใช้งานเลเซอร์ได้รับการรับรองความปลอดภัยจากประเทศเยอรมนีแล้ว
7. โมดูลไดโอดปั๊มนั้นเรียบง่ายและทำงานได้เร็วกว่า
แผงไดโอดที่ติดตั้งบนโมดูลปั๊มก็มีโครงสร้างแบบโมดูลาร์เช่นกัน โมดูลแผงไดโอดมีอายุการใช้งานยาวนานและรับประกัน 3 ปีหรือ 20,000 ชั่วโมง ไม่จำเป็นต้องหยุดการทำงานไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนตามแผนหรือการเปลี่ยนทันทีเนื่องจากความเสียหายกะทันหัน เมื่อโมดูลใดโมดูลหนึ่งเสียหาย ระบบควบคุมจะส่งสัญญาณเตือนและเพิ่มกระแสไฟฟ้าของโมดูลอื่นๆ โดยอัตโนมัติอย่างเหมาะสมเพื่อรักษากำลังเอาต์พุตของเลเซอร์ให้คงที่ ผู้ใช้สามารถทำงานต่อไปได้นานสิบชั่วโมงหรือหลายสิบชั่วโมง การเปลี่ยนโมดูลไดโอดปั๊มที่หน้างานผลิตนั้นง่ายมากและไม่จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงาน
เลเซอร์ใยแก้ว เช่นเดียวกับเลเซอร์ชนิดอื่นๆ ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ ตัวกลางขยายสัญญาณ (ใยแก้วเจือสาร) ที่สามารถสร้างโฟตอนได้ โพรงเรโซแนนซ์เชิงแสงที่ช่วยให้โฟตอนถูกป้อนกลับและขยายสัญญาณแบบเรโซแนนซ์ในตัวกลางขยายสัญญาณ และแหล่งกำเนิดแสงกระตุ้นที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะของโฟตอน
คุณสมบัติ: 1. เส้นใยแก้วนำแสงมีอัตราส่วน “พื้นที่ผิวต่อปริมาตร” สูง มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดี และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องใช้ระบบระบายความร้อนแบบบังคับ 2. ในฐานะตัวกลางนำคลื่น เส้นใยแก้วนำแสงมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางเล็กและมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงภายในเส้นใย ดังนั้นเลเซอร์ใยแก้วจึงมีประสิทธิภาพการแปลงสูงกว่า เกณฑ์ต่ำกว่า อัตราขยายสูงกว่า และความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบกว่า และแตกต่างจากเส้นใยแก้วนำแสงทั่วไป การสูญเสียการเชื่อมต่อมีน้อย 3. เนื่องจากเส้นใยแก้วนำแสงมีความยืดหยุ่นดี เลเซอร์ใยแก้วจึงมีขนาดเล็กและยืดหยุ่น โครงสร้างกะทัดรัด คุ้มค่า และง่ายต่อการรวมเข้ากับระบบ 4. เส้นใยแก้วนำแสงยังมีพารามิเตอร์ที่ปรับได้และมีความเลือกสรรค่อนข้างมาก และสามารถได้ช่วงการปรับที่ค่อนข้างกว้าง การกระจายตัวที่ดี และความเสถียร
การจำแนกประเภทเลเซอร์ไฟเบอร์:
1. เลเซอร์ใยแก้วเจือธาตุหายาก
2. ธาตุหายากที่เจือปนในเส้นใยแก้วนำแสงแบบแอคทีฟซึ่งปัจจุบันค่อนข้างพัฒนาแล้ว ได้แก่ เออร์เบียม นีโอดีเมียม พราซีโอดีเมียม ทูเลียม และอิตเตอร์เบียม
3. สรุปเกี่ยวกับเลเซอร์แบบ Raman scattering ที่กระตุ้นด้วยใยแก้วนำแสง: เลเซอร์ใยแก้วนำแสงโดยพื้นฐานแล้วคือตัวแปลงความยาวคลื่น ซึ่งสามารถแปลงความยาวคลื่นของแสงกระตุ้นให้เป็นแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ และส่งออกมาในรูปของเลเซอร์ จากมุมมองทางฟิสิกส์ หลักการของการขยายแสงคือการให้แสงที่มีความยาวคลื่นที่วัสดุทำงานสามารถดูดซับได้ เพื่อให้วัสดุทำงานสามารถดูดซับพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและถูกกระตุ้น ดังนั้น ความยาวคลื่นการดูดซับที่สอดคล้องกันจึงแตกต่างกันไปตามวัสดุที่เจือปน และความต้องการความยาวคลื่นของแสงกระตุ้นก็แตกต่างกันด้วย
2.3 เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกกระตุ้นได้สำเร็จในปี 1962 และสามารถให้เอาต์พุตต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้องได้ในปี 1970 ต่อมา หลังจากการปรับปรุง เลเซอร์แบบเฮเทอโรจังก์ชันคู่และเลเซอร์ไดโอดแบบโครงสร้างแถบ (เลเซอร์ไดโอด) ก็ได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง แผ่นดิสก์ออปติคอล เครื่องพิมพ์เลเซอร์ เครื่องสแกนเลเซอร์ และเลเซอร์พอยเตอร์ ปัจจุบันเลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่ผลิตมากที่สุด ข้อดีของเลเซอร์ไดโอด ได้แก่ ประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และราคาต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประสิทธิภาพของชนิดควอนตัมเวลล์หลายชั้นอยู่ที่ 20-40% และชนิด PN ก็สูงถึง 15-25% กล่าวโดยสรุป ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด นอกจากนี้ ความยาวคลื่นเอาต์พุตต่อเนื่องยังครอบคลุมช่วงตั้งแต่แสงอินฟราเรดไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้ และผลิตภัณฑ์ที่มีเอาต์พุตพัลส์แสงสูงถึง 50 วัตต์ (ความกว้างพัลส์ 100 นาโนวินาที) ก็ได้วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์แล้ว เป็นตัวอย่างของเลเซอร์ที่ใช้งานง่ายมาก เช่น ไลดาร์ หรือแหล่งกำเนิดแสงกระตุ้น ตามทฤษฎีแถบพลังงานของของแข็ง ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จะก่อตัวเป็นแถบพลังงาน แถบพลังงานสูงคือแถบนำไฟฟ้า แถบพลังงานต่ำคือแถบวาเลนซ์ และแถบทั้งสองถูกคั่นด้วยแถบต้องห้าม เมื่อคู่ของอิเล็กตรอนและโฮลที่ไม่สมดุลถูกนำเข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์และเกิดการรวมตัวกัน พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกแผ่รังสีออกมาในรูปของการเรืองแสง ซึ่งเป็นการเรืองแสงจากการรวมตัวกันของพาหะ
ข้อดีของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การทำงานที่เชื่อถือได้ การใช้พลังงานต่ำ ประสิทธิภาพสูง เป็นต้น
2.4เลเซอร์ YAG
เลเซอร์ YAG เป็นเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติโดยรวมที่ยอดเยี่ยม (ด้านแสง กลศาสตร์ และความร้อน) เช่นเดียวกับเลเซอร์ของแข็งชนิดอื่นๆ ส่วนประกอบพื้นฐานของเลเซอร์ YAG คือ วัสดุทำงานของเลเซอร์ แหล่งกำเนิดปั๊ม และโพรงเรโซแนนซ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชนิดของไอออนที่ถูกกระตุ้นที่เจือปนในผลึก แหล่งกำเนิดปั๊มและวิธีการปั๊มที่แตกต่างกัน โครงสร้างของโพรงเรโซแนนซ์ที่ใช้แตกต่างกัน และอุปกรณ์โครงสร้างการทำงานอื่นๆ ที่ใช้ เลเซอร์ YAG จึงสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท ตัวอย่างเช่น ตามรูปคลื่นเอาต์พุต สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG แบบคลื่นต่อเนื่อง เลเซอร์ YAG แบบความถี่ซ้ำ และเลเซอร์แบบพัลส์ เป็นต้น ตามความยาวคลื่นในการทำงาน สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG 1.06 μm เลเซอร์ YAG แบบความถี่คู่ เลเซอร์ YAG แบบเปลี่ยนความถี่รามาน และเลเซอร์ YAG แบบปรับได้ เป็นต้น ตามการเจือปน เลเซอร์ประเภทต่างๆ สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ Nd:YAG เลเซอร์ YAG ที่เจือปนด้วย Ho, Tm, Er เป็นต้น ตามรูปทรงของผลึก สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG รูปแท่งและรูปแผ่น และตามกำลังเอาต์พุต สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG กำลังสูง กำลังต่ำ และกำลังปานกลาง เป็นต้น
เครื่องตัดเลเซอร์ YAG แบบแข็งจะขยาย สะท้อน และโฟกัสลำแสงเลเซอร์แบบพัลส์ที่มีความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร จากนั้นจะแผ่รังสีและให้ความร้อนแก่พื้นผิวของวัสดุ ความร้อนจากพื้นผิวจะแพร่กระจายเข้าไปภายในผ่านการนำความร้อน และความกว้าง พลังงาน กำลังสูงสุด และความถี่ของการพัลส์เลเซอร์จะถูกควบคุมอย่างแม่นยำด้วยระบบดิจิทัล ความถี่และพารามิเตอร์อื่นๆ สามารถทำให้วัสดุหลอมละลาย ระเหย และกลายเป็นไอได้ทันที จึงสามารถทำการตัด เชื่อม และเจาะตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าผ่านระบบ CNC ได้
คุณสมบัติ: เครื่องนี้มีคุณภาพลำแสงที่ดี ประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ มีเสถียรภาพ ปลอดภัย มีความแม่นยำสูง และเชื่อถือได้สูง รวมฟังก์ชั่นการตัด การเชื่อม การเจาะ และฟังก์ชั่นอื่นๆ ไว้ในเครื่องเดียว ทำให้เป็นอุปกรณ์ประมวลผลที่แม่นยำ มีประสิทธิภาพ และยืดหยุ่นได้ดีเยี่ยม มีความเร็วในการประมวลผลสูง ประสิทธิภาพสูง คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ รอยตัดขอบตรงเล็ก ผิวตัดเรียบ อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง และอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวต่ำ มีการเสียรูปจากความร้อนน้อย และสามารถประมวลผลวัสดุได้หลากหลาย เช่น วัสดุแข็ง เปราะ และอ่อน ไม่มีปัญหาเรื่องการสึกหรอหรือการเปลี่ยนเครื่องมือในระหว่างการประมวลผล และไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางกล ง่ายต่อการทำให้เป็นระบบอัตโนมัติ สามารถประมวลผลได้ภายใต้เงื่อนไขพิเศษ ประสิทธิภาพการปั๊มสูงถึงประมาณ 20% เมื่อประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ภาระความร้อนของตัวกลางเลเซอร์จะลดลง ทำให้ลำแสงดีขึ้นอย่างมาก มีอายุการใช้งานยาวนาน ความน่าเชื่อถือสูง ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา เหมาะสำหรับงานขนาดเล็ก
การใช้งาน: เหมาะสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ การเชื่อม และการเจาะวัสดุโลหะ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กกล้าอัลลอย อลูมิเนียมและอัลลอย ทองแดงและอัลลอย ไทเทเนียมและอัลลอย โลหะผสมนิกเกล-โมลิบเดนัม และวัสดุอื่นๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ อาวุธ เรือ ปิโตรเคมี การแพทย์ เครื่องมือวัด ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ยานยนต์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ไม่เพียงแต่คุณภาพการประมวลผลจะดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานอีกด้วย นอกจากนี้ เลเซอร์ YAG ยังสามารถให้วิธีการวิจัยที่แม่นยำและรวดเร็วสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย
เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ชนิดอื่นๆ:
1. เลเซอร์ YAG สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดพัลส์และโหมดต่อเนื่อง เอาต์พุตพัลส์สามารถสร้างพัลส์สั้นและพัลส์สั้นมากได้โดยใช้เทคโนโลยี Q-switching และ mode-locking ทำให้ช่วงการประมวลผลกว้างกว่าเลเซอร์ CO2
2. ความยาวคลื่นเอาต์พุตคือ 1.06 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าความยาวคลื่นของเลเซอร์ CO2 ที่ 10.06 ไมโครเมตรถึงหนึ่งอันดับ จึงมีประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อกับโลหะสูงและมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดี
3. เลเซอร์ YAG มีโครงสร้างกะทัดรัด น้ำหนักเบา ใช้งานง่ายและเชื่อถือได้ และต้องการการบำรุงรักษาต่ำ
4. เลเซอร์ YAG สามารถเชื่อมต่อกับใยแก้วนำแสงได้ ด้วยระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาและแบ่งกำลัง ทำให้สามารถส่งลำแสงเลเซอร์หนึ่งลำไปยังเวิร์กสเตชันหลายเครื่องหรือเวิร์กสเตชันระยะไกลได้อย่างง่ายดาย ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ดังนั้น เมื่อเลือกเลเซอร์ คุณต้องพิจารณาพารามิเตอร์ต่างๆ และความต้องการที่แท้จริงของคุณเอง ด้วยวิธีนี้เท่านั้น เลเซอร์จึงจะแสดงประสิทธิภาพสูงสุดได้ เลเซอร์ Nd:YAG แบบพัลส์ที่จัดจำหน่ายโดย Xinte Optoelectronics เหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ เลเซอร์ Nd:YAG แบบพัลส์ที่เชื่อถือได้และเสถียร ให้กำลังเอาต์พุตพัลส์สูงสุด 1.5J ที่ 1064nm ด้วยอัตราการทำซ้ำสูงสุด 100Hz
วันที่เผยแพร่: 17 พฤษภาคม 2024
