Lézeres feldolgozású optikai rendszermegoldás

Lézeres feldolgozású optikai rendszermegoldás
A meghatározásalézeres megmunkálásAz optikai rendszer megoldása az adott alkalmazási forgatókönyvtől függ. A különböző forgatókönyvek eltérő megoldásokat eredményeznek az optikai rendszer számára. Az egyes alkalmazásokhoz speciális elemzés szükséges. Az optikai rendszer az 1. ábrán látható:

A gondolkodási út a következő: konkrét folyamatcélok –lézerjellemzők – optikai rendszerkialakítás – végső cél megvalósítása. Az alábbiakban számos különböző alkalmazási terület található:
1. Precíziós mikromegmunkálási terület (jelölés, maratás, fúrás, precíziós vágás stb.) A precíziós mikromegmunkálási területen a leggyakoribb tipikus folyamatok a mikrometrikus megmunkálás olyan anyagokon, mint a fémek, kerámiák és üveg, például mobiltelefonok logójelölése, orvosi stentek, gázbefecskendező fúvókák mikrolyukai stb. A feldolgozási folyamat alapvető követelménye: először is, rendkívül kicsi, fókuszált fénypontoknak, rendkívül nagy energiasűrűségnek és a legkisebb hőhatászónának kell megfelelnie stb. A fenti alkalmazásokhoz és követelményekhez a kiválasztás és a tervezés...lézerfényforrásokés más komponenseket hajtanak végre.
a. Lézerválasztás: Az előnyben részesített ultraibolya/zöld szilárd lézer (nanoszekundumos) vagy ultragyors lézer (pikozekundumos, femtoszekundumos) kiválasztásának fő oka két. Az egyik, hogy a hullámhossz arányos a fókuszált fényfolttal, és általában rövid hullámhosszt választanak. A második, hogy a pikoszekundumos/femtoszekundumos impulzusok „hidegfeldolgozási” jellemzővel rendelkeznek, és az energia a termikus diffúzió előtt befejeződik, így hidegfeldolgozást érnek el. Általában olyan lézerfényforrást választanak, amelynek M2 nyalábminőségi tényezője általában kisebb, mint 1,1, így kiváló nyalábminőséget biztosít.
b. A nyalábtágító és kollimáló rendszerek általában változtatható nagyítású nyalábtágító lencséket (2X – 5X) használnak, igyekezve a lehető legnagyobbra növelni a nyaláb átmérőjét. A nyaláb átmérője fordítottan arányos a fókuszált fényfolttal, és általában Galilei-féle nyalábtágító architektúrát alkalmaznak.
c. A fókuszáló rendszer általában nagy teljesítményű F-Theta lencséket (szkenneléshez) vagy telecentrikus fókuszáló lencséket használ. A fókusztávolság arányos a fókuszált fényfolttal, és általában rövid fókusztávolságú lencséket (például f = 50 mm, 100 mm) használnak. Amint az 1. ábrán látható: A mezőlencse általában több elemből álló lencsecsoportot használ (a lencsék száma ≥ 3), amellyel nagy látómezőt, nagy rekesznyílást és alacsony aberrációmutatókat lehet elérni. Az optikai lencséknek itt mind figyelembe kell venniük a lézer károsodási küszöbértékét.
d. Koaxiális monitorozó optikai rendszer: Az optikai rendszerben általában egy koaxiális látórendszer (CMOS) van integrálva a precíz pozicionáláshoz és a feldolgozási folyamat valós idejű monitorozásához.
2. Makroanyag-feldolgozás A makroanyag-feldolgozás tipikus alkalmazási forgatókönyvei közé tartozik az autóipari lemezanyagok vágása, a hajótest acéllemezeinek hegesztése és az akkumulátorházak héjainak hegesztése. Ezek a folyamatok nagy teljesítményt, nagy behatolási képességet, nagy hatásfokot és feldolgozási stabilitást igényelnek.
3. Lézeres additív gyártás (3D nyomtatás) és burkolat A lézeres additív gyártás (3D nyomtatás) és burkolati alkalmazások jellemzően a következő tipikus folyamatokat foglalják magukban: repülőgépipari komplex fémnyomtatás, motorlapátok javítása stb.
Az alapvető összetevők kiválasztása a következő:
a. Lézer kiválasztása: Általában,nagy teljesítményű szálas lézerekválasztják ki, amelyek teljesítménye jellemzően meghaladja az 500 W-ot.
b. Nyalábformálás: Ennek az optikai rendszernek lapos tetejű fényt kell kibocsátania, ezért a nyalábformálás a fő technológia, és diffraktív optikai elemek segítségével érhető el.
c. Fókuszáló rendszer: A 3D nyomtatás területén alapvető követelmény a tükrök és a dinamikus fókuszálás. Ugyanakkor a szkennelő lencsének tárgyoldali telecentrikus kialakítást kell alkalmaznia a szélek és a középpontok feldolgozásának konzisztenciájának biztosítása érdekében.