دليل لاختيار حفارات الليزر لمعالجة المواد

تعمل الليزر من خلال مبدأ "الإنبعاث المحفز" ، مما ينتج أشعة ضوئية قوية. يتكون نظام الليزر من ثلاثة مكونات أساسية:

• الرنين البصري:تعمل كغرفة صدى تعكس الضوء ذهابا وإيابا لتضخيمه
• متوسط المكاسب:"الوقود" الذي يولد ضوء الليزر، والذي يمكن أن يكون بلورات، غازات، أو الأصباغ.
• مصدر المضخة:يوفر الطاقة لإثارة الوسيط المكثف، مثل مصابيح الفلاش أو التفريغات الكهربائية أو الليزر الأخرى.

عندما يقوم مصدر المضخة بتشغيل الوسيط المكسب ، ينعكس الضوء داخل الرنين البصري ، مما يعزز الضوء المتماسك مع طول الموجة والمرحلة المتطابقة.مرآة واحدة في الموجّه عاكسة جزئياً، مما يسمح للضوء المضخم بالخروج كحزمة ليزر. هذه العملية تخلق الضوء بخصائص فريدة من نوعها: أحادية اللون والاتجاه والتماسك.

يمكن تصنيف الليزر حسبمتوسط مكاسب(غاز، الحالة الصلبة، أو ليزر الصبغة) أو عن طريقطول الموجة(الأشعة فوق البنفسجية، المرئية، أو الأشعة تحت الحمراء). تتداخل أنظمة التصنيف هذه، على سبيل المثال، ليزر ثاني أكسيد الكربون هو ليزر غاز وليزر الأشعة تحت الحمراء.

الليزر الديود (ليزر أشباه الموصلات) يولد ضوء متماسك من خلال مواد أشباه الموصلات. حجمها المدمج وكفاءتها العالية وتنوعها يجعلها أكثر شعبية.

المكون الأساسي هو تقاطع p-n حيث تتجمع الإلكترونات والثقوب لإصدار الفوتونات. يعتمد طول الموجة على فجوة شريط مواد أشباه الموصلات.المواد الشائعة وأطوال الموجات المقابلة لها تشمل:

تصدر الليزر ثاني أكسيد الكربون ضوء الأشعة تحت الحمراء عند 10،600 نانومتر، مما يجعلها من بين أقوى الليزر الموجة المستمرة. وهي تتفوق في التطبيقات الصناعية للقطع واللحام والنقش.

الوسيط هو خليط غازي من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيليوم. عندما يتم تحفيزها بالتفريغ الكهربائي ، فإن جزيئات ثاني أكسيد الكربون تطلق فوتونات تحفز المزيد من الانبعاثات.الرنين البصري يضخم هذا الضوء تحت الحمراء إلىشعاع متماسك

ألياف الليزر تستخدم الألياف الضوئية المضغوطة كوسيلة لتحقيق الفائدة، مما يوفر جودة و كفاءة أعلى للشعاع. وهي ذات قيمة خاصة في معالجة المواد والاتصالات السلكية واللاسلكية.

يتم تحفيز عناصر الأرض النادرة مثل إربيوم أو إيتربيوم المدعومة في الألياف بواسطة مصادر مضخة الديود. تضخم الفوتونات الناتجة أثناء سفرها عبر الألياف ، مما ينتج شعاع ليزر متماسك.يضمن هيكل الموجة الموجه للألياف جودة وثبات شعاع ممتازين.

أي ليزر ينبعث من ضوء أزرق (عادة 473 نانومترًا أو 445 نانومترًا) مؤهل ليكون ليزرًا أزرقًا ، بغض النظر عن الوسيط. هذه الليزر المرئية بارزة في عمليات الإسقاط والتطبيقات الطبية الحيوية ،ومعالجة المواد.

معظم الليزر الأزرق هي أنظمة الديود المضخة للحالة الصلبة (DPSS) باستخدام بلورات مغلفة بأيونات النيوديميوم.طاقة الخروج الخاصة بهم تقتصر عادة على حوالي 50 ميجاوات في التكوينات الأساسية.

الليزر الأشعة تحت الحمراء تنبعث ضوءًا يتجاوز 780 نانومترًا ، وتصنف على أنها أشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) أو الأشعة تحت الحمراء الوسطى (MIR) أو الأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR).عدم رؤيتهم للعين البشرية يجعلهم مثاليين للتطبيقات الصناعية ذات الطاقة العالية.

على عكس الليزر المرئي ، يمكن لليزر الأشعة تحت الحمراء تحقيق طول الموجات من خلال انتقال الطاقة البسيط في الجزيئات أو المواد المضادة. على سبيل المثال ، تصدر الليزر ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي عند 10 ،600 نانومتر من خلال التحولات الجزيئية.

• ليزر الديود:فعالة على البلاستيك والمنسوجات والمعادن الرقيقة (الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم) ، ومختلف المواد العضوية. يعمل الديودات الزرقاء (445 نانومتر) بشكل جيد على الخشب والجلد والأكريليك غير الشفاف.
• ليزر ثاني أكسيد الكربون:مثالية للمواد غير المعدنية مثل الأكريليك والخشب والزجاج والسيراميك. يمكن أيضا قطع المعادن الصناعية السميكة (الألومنيوم والصلب) ولكن الكفاح مع النحاس والنحاس.
• الليزر المصنوع من الألياف:التفوق مع المعادن بما في ذلك الفولاذ والألومنيوم و سبائك النيكل. بشكل عام غير فعال على غير المعادن مثل الخشب أو الأكريليك.

الاختلافات الرئيسية بين أنواع الليزر:

يقدم الليزر ذو الديودات أقل صيانة مع مكونات أشباه الموصلات التي تستمر لمدة تصل إلى 100000 ساعة. يتطلب الليزر ذو ثاني أكسيد الكربون إعادة غاز منتظمة واستبدال المرايا ،في حين أن ألياف الليزر تحتاج إلى الصيانة الدورية للألياف والديود على الرغم من تصميمها الصلب.

في التطبيقات الصناعية ، توفر الليزر المصنوعة من الألياف أعلى سرعات القطع للمعادن السميكة ، في حين لا تزال الليزر CO2 فعالة للمواد غير المعدنية. تعمل الليزر الديودية بشكل جيد في المواد المدمجة ،التطبيقات ذات الطاقة المنخفضة التي تكون فيها الكفاءة وطول العمر هي الأولويات.