Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
  • Главная >
  • Блог >
  • Оптоволоконный лазер: идеальная технология для металлообработки
21.09.2022
Металлообработка
200
Время чтения: 6 минут

Оптоволоконный лазер: идеальная технология для металлообработки

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • Устройство оптоволоконного лазера
  • Сферы применения оптоволоконного лазера
  • Основные компоненты оптоволоконных лазеров
  • Принцип работы оптоволоконного лазера
  • Отличия волоконного лазера от CO2
  • Главные преимущества оптоволоконного лазера
  • Перспективы развития технологии волоконного лазера

Сегодня оптоволоконный лазер считается одним из наиболее перспективных направлений развития технологии лазерной обработки. Благодаря превосходным рабочим параметрам он идеально подходит для резки, гравировки металла, соответственно, сферы его применения: автомобильная промышленность, гравировка, военно-промышленный комплекс, тонкая работа с ювелирными изделиями.

Конечно, у данной технологии есть и недостатки. Например, в отличие от CO2-лазера, он плохо подходит для работы с неметаллическими изделиями. О том, что собой представляет оптоволоконный лазер, где применяется, каковы его принципы работы, вы узнаете из нашего материала.

Устройство оптоволоконного лазера

Оптоволоконные лазеры считаются подвидом твердотельных и отличаются тем, что в них сложная система зеркала заменена тончайшим волокном. Последнее активировано специальными добавками, поэтому способно передавать излучение на любые расстояния при минимальных потерях мощности.

В результате образуется луч с малым углом расхождения, причем его мощность, когерентность, монохроматичность находятся на высоком уровне.

Волоконный лазер представляет собой лазер с полностью либо частично оптоволоконной реализацией. Оптическое волокно здесь является материалом усиливающей среды и иногда резонатора. Лазеры могут быть разных типов: принято выделять цельноволоконные устройства, где из оптоволокна состоит активная среда и резонатор, и волоконно-дискретные – здесь волоконным является резонатор или иные составляющие.

Оптоволоконные лазеры подходят для работы в непрерывной, нано- и фемтосекундной импульсной пульсации.

Подобное оборудование имеет разную конструкцию, которая подбирается под специфику его использования. Так, резонатор выполняется в виде системы Фабри-Перо либо может быть кольцевым.

Чаще всего роль активной среды играет оптоволокно, допированное ионами редкоземельных элементов, таких как тулий, эрбий, неодим, иттербий, празеодим. Лазер накачивают, используя от одного до нескольких лазерных диодов, в сердцевину волокна или во внутреннюю оболочку, если речь идет о мощной системе.

 

Сегодня волоконные системы активно используются, так как обеспечивают большой выбор параметров, возможность настройки импульса в широком диапазоне длительности, а также частот и мощностей.

Такие устройства имеют мощность в пределах от 1 Вт до 30 кВт, а длина их оптического волокна доходит до 20 м.

Сферы применения оптоволоконного лазера

Оптоволоконный лазер является универсальным инструментом и применяется на самых разных производствах. Специалисты ценят его за то, что он легко вырезает даже острые углы, может использоваться для обработки поверхностей в тех случаях, когда необходима максимальная точность.

Однако основной областью применения волоконного лазера является обработка металлов разной толщины и плотности.

02.jpg

Оптоволоконный лазер используется в следующих сферах:

  • изготовление автомобилей, судов, воздушного транспорта, ракет;
  • производство железнодорожных вагонов, морских контейнеров для грузоперевозок;
  • создание ювелирных изделий, нанесение гравировки, что становится возможным благодаря высокой точности луча;
  • производство металлических конструкций, применяемых для строительства зданий любого назначения, возведения рекламных объектов;
  • военно-промышленный комплекс.

Немаловажно, что оптоволоконный лазер подходит для резки как металла, так и искусственного и натурального камня, стекла, ряда разновидностей пластика.

Основные компоненты оптоволоконных лазеров

Главными элементами лазера являются модуль накачки, световод и резонатор.

Модуль накачки включает в себя широкополосные светодиоды, лазерные либо полупроводниковые диоды. Последние применяются в оптоволоконных лазерах повышенной мощности.

Также важно, что диоды такого типа не предполагают сложного обслуживания и использования дополнительных расходников.

03.jpg

В системе нет крупногабаритных резонаторов, устанавливаемых в оптических газовых лазерах, поэтому все оборудование отличается небольшими размерами.

Здесь резонатор реализован в самом волокне и предполагает выполнение двух правил:

  • на торцах оптоволокна монтируются диэлектрические зеркала;
  • используются волоконные брэгговские решетки, то есть при помощи нанесения насечек, перпендикулярных оси волновода, формируется структура с модулированным показателем преломления.

В таких устройствах применяется эрбиевое и иттербиевое волокно. Иттербиевый оптоволоконный лазер имеет меньший диапазон рабочих волн, при этом отличается повышенной мощностью.

Важным достоинством данной техники является тот факт, что на ее запуск и подготовку уходит немного времени. Вслед за включением диодов происходит накачка волокна, и можно приступать к работе. Лазерный луч выходит из кабеля и попадает на фокусирующую линзу лазерной головки, направленную на обрабатываемый материал.

Обычно подобным оборудованием комплектуются автоматизированные обрабатывающие станки, а система управления лазером синхронизируется с механической частью основного устройства.

Принцип работы оптоволоконного лазера

Используемый в таких системах принцип преобразования светового излучения в лазерное сегодня считается одним из наиболее совершенных. Дело в том, что здесь эффективность получения полезной энергии достигает 80-90%, а при работе с лазерным лучом удается почти полностью избежать искажения волнового фронта и потери мощности на всем оптическом маршруте.

04.jpg

Говоря о том, как работает оптоволоконный лазер, нужно понимать, что его система образования луча включает в себя две основные части: лампы накачки или полупроводниковые диоды и оптический кабель.

Внутри последнего находится светопроводящее волокно с сердцевиной из прозрачного кварца, который легируется ионами редкоземельных элементов – обычно используется иттербий.

На концах центрального стержня делают брэгговскую или дифракционную решетку, которая выглядит как штрихи, нанесенные определенным способом. Участки с насечками отличаются измененной отражательной способностью, поэтому играют роль резонаторов, отражают свет, распространяющийся вдоль волокна, и поддерживают нужную длину волны.

В результате луч остается монохромным и сохраняет ряд важных свойств.

Вместе с запуском станка включаются диодные лампы и начинают подпитывать световод энергией. Параллельно накачивается волокно на всей его протяженности, а сердцевина переходит в рабочее состояние.

Таким образом активируется иттербиевое покрытие, которое генерирует ионы. А брэгговская решетка, заменяющая отражающие зеркала, обеспечивает эффект, при котором часть потока света постоянно находится внутри волокна, вызывая образование новых атомов. Другая часть световой энергии выходит наружу в виде стабильного мощного луча лазера.

Сторона оптического кабеля, из которого выходит лазерный поток, соединяется с подвижной режущей головкой. Последняя должна быть расположена над поверхностью материала.

Фокусирующая линза в головке оптоволоконного лазера для резки автоматически либо по сигналу программы сводит луч в световое пятно необходимого диаметра, после чего направляет его в зону обработки.

Отличия оптоволоконного лазера от CO2

Главным элементом оптоволоконного лазера является оптически активное волокно, тогда как для CO2-лазера аналогичную роль играет смесь газов, где основным считается углекислый.

Указанное оборудование использует разную длину волны: для газового необходима длина 10,6 кмк, а длина волны оптоволоконного лазера составляет 1,06 кмк. Столь малый показатель во втором случае обеспечивает высокую точность при обработке, позволяя не повредить и не нагреть материал, прилежащий к зоне раскроя.

05.jpg

Помимо этого, уменьшенная длина волны способствует увеличенной скорости работы с металлами и камнем, обеспечивая идеально гладкую поверхность.

Однако у оптоволоконных лазеров есть и минусы. Основной их недостаток состоит в сложной работе с неметаллами – в этом случае гораздо проще использовать CO2-лазер.

Ключевая разница между волоконным и газовым лазером кроется в следующих особенностях:

  • Оптоволоконные лазеры справляются с работой по металлам, таким как серебро, медь, латунь, тогда как газовое оборудование здесь бесполезно. И наоборот, лазер CO2 более удобен для резки бумаги, стекла, фанеры, синтетических, натуральных тканей, дерева.
  • Волоконный лазер проще в использовании, не требует больших временных затрат на подготовку к раскрою. Это объясняется понятным принципом действия, не предполагающим использования системы зеркал. Отсутствие сложной оптики позволяет уменьшить размеры устройства, поэтому оно может быть установлено в станке с небольшим корпусом, в сварочном аппарате.
  • У оптоволоконного лазера КПД находится на уровне 70 %, что почти вдвое больше, чем у газового.

Волоконный лазер представляет собой оборудование нового поколения, которое используется в большинстве сфер, сопряженных с комплексной обработкой металлов, камня, стекла, а иногда даже пластика.

Благодаря простой установке, малому весу конструкции оптоволоконный лазер может применяться даже в небольших промышленных центрах, ювелирных мастерских. Во втором случае он незаменим для изготовления украшений, нанесения гравировок.

Главные преимущества оптоволоконного лазера

Благодаря технологии производства, свойствам материалов и компонентов лазера оптоволоконные системы выделяются на фоне аналогов немалым количеством таких преимуществ, как:

  • точность размещения луча на обрабатываемой поверхности;
  • высокая мощность, единственным ограничением для которой является число диодов накачки – оно может увеличиваться под требования конкретного производства;
  • минимальный диаметр луча, осуществляющего резку;
  • концентрированное излучение с минимальной долей угловых расхождений;
  • значительная длина, гибкость кабеля, благодаря чему при необходимости лазер устанавливается на любое производственное оборудование;
  • КПД до 30 % при показателе в 5 % у газовых аналогов;
  • значительный ресурс работы излучателя, отсутствие сложного технического обслуживания;
  • простая настройка оптоволоконного лазера и дальнейшая работа – им можно пользоваться даже без специального образования и дополнительного обучения;
  • малые габариты, масса, что обеспечивает простую и дешевую перевозку;
  • отсутствие шума и минимальное количество производственных отходов.

06.jpg

Все названные достоинства приводят к тому, что многие производители оборудования, комплектуя свою технику, отдают предпочтение оптоволоконным лазерам, ведь газовые уступают им по экономическим, качественным и технологическим характеристикам.

Волоконные системы имеют максимальную мощность и скорость работы. А при помощи высокого КПД удается снизить расход электроэнергии в шесть раз в сравнении с газовыми лазерами той же мощности.

Перспективы развития технологии оптоволоконного лазера

Продажи оптоволоконных лазеров неукоснительно растут, что наиболее ярко прослеживается в автомобильной промышленности. Изготовители автомобилей по достоинству оценили это оборудование и используют его для сварки дизельных форсунок, маркировки колес, металлических элементов.

Также лазеры активно применяют для маркировки, гравировки, резки металлов и пластмасс. Многие производства стараются заменять старые диодные лазеры на современные волоконные.

Однако снижение цены и рост производительности – это еще не все плюсы подобного оборудования. В будущем источники оптоволоконных лазеров станут более универсальными благодаря меньшей длительности импульсов, исчисляемой в фемтосекундах.

Поскольку современные производства работают с более твердыми, устойчивыми марками сталей, им необходимы способы обработки таких материалов. И в этой сфере оптоволоконный лазер успел показать себя как стабильный и надежный инструмент, обеспечивающий высокое качество и точность работы.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика