Λύση οπτικού συστήματος επεξεργασίας λέιζερ

Λύση οπτικού συστήματος επεξεργασίας λέιζερ
Ο προσδιορισμός τουεπεξεργασία με λέιζερΗ λύση του οπτικού συστήματος εξαρτάται από το συγκεκριμένο σενάριο εφαρμογής. Διαφορετικά σενάρια οδηγούν σε διαφορετικές λύσεις για το οπτικό σύστημα. Απαιτείται ειδική ανάλυση για συγκεκριμένες εφαρμογές. Το οπτικό σύστημα φαίνεται στο Σχήμα 1:

Η πορεία σκέψης είναι: συγκεκριμένοι στόχοι διαδικασίας –λέιζερχαρακτηριστικά – σχεδιασμός οπτικού συστήματος – υλοποίηση τελικού στόχου. Τα ακόλουθα είναι διάφορα πεδία εφαρμογής:
1. Πεδίο μικροεπεξεργασίας ακριβείας (σήμανση, χάραξη, διάτρηση, ακριβής κοπή κ.λπ.) Οι συνήθεις τυπικές διεργασίες στον τομέα της μικροεπεξεργασίας ακριβείας είναι η μικρομετρική επεξεργασία σε υλικά όπως μέταλλα, κεραμικά και γυαλί, όπως η σήμανση λογότυπου για κινητά τηλέφωνα, ιατρικά stent, μικροοπές για ακροφύσια ψεκασμού αερίου καυσίμου κ.λπ. Η βασική απαίτηση στη διαδικασία επεξεργασίας είναι: πρώτον, πρέπει να πληροί εξαιρετικά μικρές εστιασμένες φωτεινές κηλίδες, εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και τη μικρότερη ζώνη θερμικής επιρροής κ.λπ. Για τις παραπάνω εφαρμογές και απαιτήσεις, η επιλογή και ο σχεδιασμόςπηγές φωτός λέιζερκαι εκτελούνται άλλα εξαρτήματα.
α. Επιλογή λέιζερ: Το προτιμώμενο υπεριώδες/πράσινο στερεό λέιζερ (νανοδευτερολέπτο) ή το υπερταχύ λέιζερ (πικοδευτερόλεπτο, φεμτοδευτερόλεπτο) οφείλεται κυρίως σε δύο λόγους. Ο ένας είναι ότι το μήκος κύματος είναι ανάλογο με την εστιασμένη φωτεινή κηλίδα και γενικά επιλέγεται ένα μικρό μήκος κύματος. Ο δεύτερος είναι ότι οι παλμοί πικοδευτερόλεπτου/φεμτοδευτερόλεπτου έχουν το χαρακτηριστικό «ψυχρής επεξεργασίας» και η ενέργεια ολοκληρώνεται πριν από τη θερμική διάχυση, επιτυγχάνοντας ψυχρή επεξεργασία. Γενικά, επιλέγεται μια πηγή φωτός λέιζερ με χωρική έξοδο φωτός, με συντελεστή ποιότητας δέσμης M2 γενικά μικρότερο από 1,1, με ανώτερη ποιότητα δέσμης.
β. Τα συστήματα διαστολής δέσμης και τα συστήματα ευθυγράμμισης συνήθως χρησιμοποιούν φακούς διαστολής δέσμης μεταβλητής μεγέθυνσης (2X – 5X), προσπαθώντας να αυξήσουν τη διάμετρο της δέσμης όσο το δυνατόν περισσότερο. Η διάμετρος της δέσμης είναι αντιστρόφως ανάλογη με το εστιασμένο φωτεινό σημείο και γενικά χρησιμοποιείται μια αρχιτεκτονική διαστολής δέσμης Γαλιλαίου.
γ. Το σύστημα εστίασης συνήθως χρησιμοποιεί φακούς υψηλής απόδοσης F-Θήτα (για σάρωση) ή τηλεκεντρικούς φακούς εστίασης. Η εστιακή απόσταση είναι ανάλογη με το εστιασμένο φωτεινό σημείο και γενικά χρησιμοποιούνται φακοί μικρού εστιακού πεδίου (όπως f = 50mm, 100mm). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1: Γενικά, ο φακός πεδίου χρησιμοποιεί μια ομάδα φακών πολλαπλών στοιχείων (αριθμός φακών ≥ 3), η οποία μπορεί να επιτύχει μεγάλο οπτικό πεδίο, μεγάλο διάφραγμα και χαμηλούς δείκτες εκτροπής. Όλοι οι οπτικοί φακοί εδώ πρέπει να λαμβάνουν υπόψη το όριο ζημιάς του λέιζερ.
δ. Οπτικό σύστημα ομοαξονικής παρακολούθησης: Στο οπτικό σύστημα, συνήθως ενσωματώνεται ένα σύστημα ομοαξονικής όρασης (CMOS) για ακριβή τοποθέτηση και παρακολούθηση της διαδικασίας επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο.
2. Επεξεργασία μακροϋλικών Τα τυπικά σενάρια εφαρμογής της επεξεργασίας μακροϋλικών περιλαμβάνουν την κοπή φύλλων υλικών αυτοκινήτων, τη συγκόλληση χαλύβδινων πλακών αμαξώματος πλοίου και τη συγκόλληση κελυφών μπαταριών. Αυτές οι διαδικασίες απαιτούν υψηλή ισχύ, υψηλή ικανότητα διείσδυσης, υψηλή απόδοση και σταθερότητα επεξεργασίας.
3. Η κατασκευή με προσθήκη λέιζερ (τρισδιάστατη εκτύπωση) και οι εφαρμογές επένδυσης με προσθήκη λέιζερ (τρισδιάστατη εκτύπωση) και επένδυσης συνήθως περιλαμβάνουν τις ακόλουθες τυπικές διεργασίες: εκτύπωση μετάλλων σε αεροδιαστημικά σύμπλοκα, επισκευή λεπίδων κινητήρα κ.λπ.
Η επιλογή των βασικών εξαρτημάτων έχει ως εξής:
α. Επιλογή λέιζερ: Γενικά,λέιζερ οπτικών ινών υψηλής ισχύοςεπιλέγονται, με ισχύ που συνήθως υπερβαίνει τα 500W.
β. Διαμόρφωση δέσμης: Αυτό το οπτικό σύστημα πρέπει να παράγει φως επίπεδης κορυφής, επομένως η διαμόρφωση δέσμης είναι η βασική τεχνολογία και μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διαθλαστικά οπτικά στοιχεία.
γ. Σύστημα εστίασης: Οι καθρέφτες και η δυναμική εστίαση είναι οι βασικές απαιτήσεις στον τομέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Ταυτόχρονα, ο φακός σάρωσης πρέπει να χρησιμοποιεί τηλεκεντρικό σχεδιασμό από την πλευρά του αντικειμένου για να διασφαλίζεται η συνέπεια στην επεξεργασία άκρων και κέντρου.