Lazer işleme optik sistem çözümü

Lazer işleme optik sistem çözümü
Kararlılıklazer işlemeOptik sistem çözümü, belirli uygulama senaryosuna bağlıdır. Farklı senaryolar, optik sistem için farklı çözümlere yol açar. Belirli uygulamalar için özel analiz gereklidir. Optik sistem Şekil 1'de gösterilmiştir:

Düşünme yolu şöyledir: somut süreç hedefleri –lazerÖzellikler – optik sistem şeması tasarımı – nihai hedefin gerçekleştirilmesi. Aşağıda çeşitli uygulama alanları bulunmaktadır:
1. Hassas mikro işleme alanı (işaretleme, aşındırma, delme, hassas kesme vb.) Hassas mikro işleme alanındaki yaygın tipik işlemler, cep telefonları için logo işaretleme, tıbbi stentler, gaz yakıt enjektör nozulları için mikro delikler vb. gibi metal, seramik ve cam gibi malzemeler üzerinde mikrometrik işlemedir. İşleme sürecindeki temel gereksinimler şunlardır: Öncelikle, son derece küçük odaklanmış ışık noktaları, son derece yüksek enerji yoğunluğu ve en küçük termal etki alanı vb. özelliklere sahip olmalıdır. Yukarıdaki uygulamalar ve gereksinimler için, seçim ve tasarımlazer ışık kaynaklarıve diğer bileşenler gerçekleştirilir.
a. Lazer seçimi: Tercih edilen ultraviyole/yeşil katı hal lazeri (nanosaniye) veya ultra hızlı lazer (pikosananiye, femtosaniye) esas olarak iki nedenden dolayı tercih edilir. Birincisi, dalga boyu odaklanmış ışık noktasıyla orantılıdır ve genellikle kısa bir dalga boyu seçilir. İkincisi, pikosaniye/femtosaniye darbelerinin "soğuk işleme" özelliğine sahip olması ve enerjinin termal difüzyondan önce işlenmesinin tamamlanması, böylece soğuk işlemenin sağlanmasıdır. Genellikle, ışın kalitesi faktörü M2 genellikle 1,1'den az olan ve üstün ışın kalitesine sahip, uzamsal ışık çıkışı olan bir lazer ışık kaynağı seçilir.
b. Işın genişletme sistemi ve kolimatör sistemi genellikle değişken büyütmeli ışın genişletme mercekleri (2X – 5X) kullanarak ışın çapını mümkün olduğunca artırmaya çalışır. Işın çapı, odaklanmış ışık noktasıyla ters orantılıdır ve genellikle Galile ışın genişletme mimarisi kullanılır.
c. Odaklama sistemi genellikle yüksek performanslı F-Theta lensler (tarama için) veya telemerkezli odaklama lensleri kullanır. Odak uzaklığı, odaklanan ışık noktasıyla orantılıdır ve genellikle kısa odak alanlı lensler (örneğin f = 50 mm, 100 mm) kullanılır. Şekil 1'de gösterildiği gibi: Genellikle, alan lensi, geniş görüş alanı, geniş diyafram ve düşük sapma göstergeleri elde edebilen çok elemanlı bir lens grubu (lens sayısı ≥ 3) kullanır. Buradaki optik lenslerin tümü, lazerin hasar eşiğini dikkate almalıdır.
d. Koaksiyel izleme optik sistemi: Optik sistemde, işlem sürecinin hassas konumlandırılması ve gerçek zamanlı izlenmesi için genellikle koaksiyel bir görüntüleme (CMOS) sistemi entegre edilir.
2. Makro Malzeme İşleme Makro malzeme işlemenin tipik uygulama senaryoları arasında otomotiv sac malzemelerinin kesilmesi, gemi gövdesi çelik levhalarının kaynaklanması ve akü muhafaza kabuklarının kaynaklanması yer almaktadır. Bu işlemler yüksek güç, yüksek nüfuz kabiliyeti, yüksek verimlilik ve işleme kararlılığı gerektirir.
3. Lazerle Katmanlı Üretim (3D Baskı) ve Kaplama: Lazerle katmanlı üretim (3D baskı) ve kaplama uygulamaları tipik olarak aşağıdaki süreçleri içerir: havacılık komplekslerinde metal baskı, motor kanadı onarımı vb.
Temel bileşenlerin seçimi aşağıdaki gibidir:
a. Lazer seçimi: Genellikle,yüksek güçlü fiber lazerlerGenellikle 500W'ı aşan bir güce sahip olanlar seçilir.
b. Işın şekillendirme: Bu optik sistemin düz tepeli bir ışık üretmesi gerekir, bu nedenle ışın şekillendirme temel teknolojidir ve kırınımlı optik elemanlar kullanılarak elde edilebilir.
c. Odaklama sistemi: Aynalar ve dinamik odaklama, 3D baskı alanında temel gereksinimlerdir. Aynı zamanda, tarama merceğinin kenar ve merkez işlemede tutarlılığı sağlamak için nesne tarafında telemerkezli bir tasarım kullanması gerekir.