Lazerinio apdorojimo optinės sistemos sprendimas

Lazerinio apdorojimo optinės sistemos sprendimas
Nustatymaslazerinis apdorojimasOptinės sistemos sprendimas priklauso nuo konkretaus taikymo scenarijaus. Skirtingi scenarijai lemia skirtingus optinės sistemos sprendimus. Konkrečioms taikymo sritims reikalinga speciali analizė. Optinė sistema parodyta 1 paveiksle:

Mąstymo kelias yra toks: konkretūs proceso tikslai –lazerischarakteristikos – optinės sistemos schemos projektavimas – galutinio tikslo įgyvendinimas. Toliau pateikiamos kelios skirtingos taikymo sritys:
1. Tikslaus mikroapdirbimo sritis (ženklinimas, ėsdinimas, gręžimas, tikslus pjovimas ir kt.). Įprasti tipiniai procesai tiksliojo mikroapdirbimo srityje yra mikrometrinis tokių medžiagų kaip metalai, keramika ir stiklas apdirbimas, pvz., mobiliųjų telefonų logotipų žymėjimas, medicininiai stentai, mikroskylės dujų įpurškimo purkštukams ir kt. Pagrindinis apdorojimo proceso reikalavimas yra: pirma, jis turi atitikti itin mažus fokusuotus šviesos taškus, itin didelį energijos tankį ir mažiausią šiluminės įtakos zoną ir kt. Atsižvelgiant į minėtas taikymo sritis ir reikalavimus, reikia pasirinkti ir projektuoti...lazerio šviesos šaltiniaiir atliekami kiti komponentai.
a. Lazerio pasirinkimas: Pageidaujamas ultravioletinis/žalias kietasis lazeris (nanosekundinis) arba ultragreitasis lazeris (pikosekundinis, femtosekundinis) pasirenkamas dėl dviejų pagrindinių priežasčių. Pirma, bangos ilgis yra proporcingas sufokusuotos šviesos dėmės ilgiui, todėl paprastai pasirenkamas trumpas bangos ilgis. Antra, pikosekundiniai/femtosekundiniai impulsai pasižymi „šaltojo apdorojimo“ charakteristika, o energija apdorojama iki terminės difuzijos, taip pasiekiant šaltąjį apdorojimą. Paprastai pasirenkamas lazerio šviesos šaltinis, kurio erdvinis šviesos srautas yra spindulio kokybės koeficientas M2, paprastai mažesnis nei 1,1, todėl spindulio kokybė yra geresnė.
b. Spindulio plėtimo sistemose ir kolimavimo sistemose paprastai naudojami kintamo didinimo spindulio plėtimo lęšiai (2X–5X), stengiantis kuo labiau padidinti spindulio skersmenį. Spindulio skersmuo yra atvirkščiai proporcingas sufokusuotai šviesos dėmei, ir paprastai naudojama Galilėjos spindulio plėtimo architektūra.
c. Fokusavimo sistemoje paprastai naudojami didelio našumo F-Theta lęšiai (skenavimui) arba telecentriniai fokusavimo lęšiai. Židinio nuotolis yra proporcingas sufokusuotai šviesos dėmei, ir paprastai naudojami trumpo židinio lauko lęšiai (pvz., f = 50 mm, 100 mm). Kaip parodyta 1 paveiksle: paprastai lauko lęšiuose naudojama daugiaelementė lęšių grupė (lęšių skaičius ≥ 3), kuri gali pasiekti didelį matymo lauką, didelę diafragmą ir mažus aberacijos rodiklius. Visi optiniai lęšiai čia turi atsižvelgti į lazerio pažeidimo slenkstį.
d. Koaksialinė stebėjimo optinė sistema: Optinėje sistemoje paprastai integruojama koaksialinė vaizdo (CMOS) sistema, skirta tiksliam padėties nustatymui ir apdorojimo proceso stebėjimui realiuoju laiku.
2. Makromedžiagų apdorojimas. Tipiniai makromedžiagų apdorojimo taikymo scenarijai apima automobilių lakštų pjovimą, laivų kėbulų plieninių plokščių suvirinimą ir akumuliatorių korpusų suvirinimą. Šiems procesams reikalinga didelė galia, didelė įsiskverbimo galimybė, didelis efektyvumas ir apdorojimo stabilumas.
3. Lazerinė adityvinė gamyba (3D spausdinimas) ir apkala Lazerinės adityvinės gamybos (3D spausdinimo) ir apkalos taikymas paprastai apima šiuos tipinius procesus: kosmoso kompleksų metalo spausdinimą, variklio menčių remontą ir kt.
Pagrindinių komponentų pasirinkimas yra toks:
a. Lazerio pasirinkimas: Paprastai,didelės galios pluošto lazeriaiyra pasirinkti, kurių galia paprastai viršija 500 W.
b. Spindulio formavimas: ši optinė sistema turi skleisti plokščią viršūnę turinčią šviesą, todėl spindulio formavimas yra pagrindinė technologija, ir tai galima pasiekti naudojant difrakcinius optinius elementus.
c. Fokusavimo sistema: Veidrodžiai ir dinaminis fokusavimas yra pagrindiniai 3D spausdinimo srities reikalavimai. Tuo pačiu metu skenavimo lęšis turi būti telecentrinis objekto pusėje, kad būtų užtikrintas nuoseklus kraštų ir centro apdorojimas.