Використання повного потенціалу технології Волоконний лазер: покроковий посібник

Технологія волоконного лазера є однією з найшвидших у світі з високою точністю та безліччю застосувань. Як і з кожною новою технологією, нам потрібно з'ясувати, як виконувати завдання, що потребують глибокого оброблення, починаючи від високоповажних виробничих потужностей і закінчуючи глибокими медичними процедурами. У цій статті зроблено спробу висвітлити важливість та основи технології волоконного лазера, а також її унікальні особливості, основні способи використання та майбутні перспективи. Для бізнесменів, професіоналів або просто допитливих ентузіастів ця стаття вселяє надії та дає підстави для створення інструментів, пов'язаних із сучасними технологіями. Продовжуйте читати статтю, щоб дізнатися шокуючу інформацію про цю технологію переміщення рідини.

Що таке волоконний лазер і як він працює?

Волокнистий лазер – це тип лазера, в якому активним середовищем посилення є оптичне волокно, леговане рідкоземельними елементами, такими як ербій, ітербій або неодим. У цьому випадку генерація та посилення лазерного світла відбувається у волокні, і світло ефективно спрямовується та посилюється всередині волокна.

Для генерації лазерного світла волоконні лазери використовують енергію лазерного діода накачування, який вводиться в леговане волокно. Ця енергія призводить до збудження атомів легуючої домішки та змушує їх випромінювати фотони. Підсилений фотон утворюється в процесі вимушеного випромінювання, і саме так створюється високосфокусований і точний лазерний промінь. Завдяки своїй ефективній конструкції, більш досконалі волоконні лазери пропонують високу вихідну потужність, відмінну якість променя та низькі витрати на обслуговування, що робить їх корисними в багатьох різних наукових та промислових застосуваннях.

Розуміння технології волоконного лазера

Продуктивність волоконних лазерів, а також спектр їх застосування відрізняє їх від інших типів лазерів. Ось п'ять детальних переваг разом із підтверджуючими даними.

Волоконні лазери, як правило, мають коефіцієнт корисної дії понад 70%, що стосується енергії, що витрачається у вигляді електричної енергії, порівняно з твердотільними або газовими лазерами, оскільки енергія не витрачається даремно.

Завдяки майже повному обмеженню дифракції (M² близько 1), волоконні лазери мають видатну точність, що дозволяє їм досягати успіху в таких завданнях, як точне різання, гравірування та мікрообробка.

Загальна система спрощена завдяки інтеграції волоконного середовища, а її компактна та легка форма підвищує її привабливість. Твердотільна конструкція гарантує стійкість до перекосів та механічних ударів, підвищуючи міцність конструкції.

Завдяки відсутності рухомих частин, волоконні лазери не потребують захисного переналаштування або регулярної заміни оптичних компонентів, що зменшує час простою. Їхній термін служби дозволяє їм працювати довше 100,000 XNUMX годин.

Адаптивність – це легкість інтеграції з існуючими робочими процесами, що робить технології на основі оптоволоконних волокон більш ефективними для промисловості, оскільки їх можна швидко модифікувати для задоволення різних операційних вимог.

Від медичних процедур до операцій важкої промисловості, таких як зварювання та різання, R робить потужність від кількох ват до кількох кіловат легкодоступною.

Роль оптичного волокна в лазерних системах

Ключовий момент	Опис
Ефективність пропускання світла	Забезпечує мінімальні втрати енергії на великих відстанях.
Гнучкий дизайн	Дозволяє створювати компактні та точні лазерні конфігурації.
Якість променя	Забезпечує високу когерентність та стабільність для точної роботи.
Тепловий менеджмент	Ефективно розсіює тепло, забезпечуючи довговічність системи.
Міцність	Стійкий до суворих умов та механічних навантажень.
масштабованість	Підтримує рівні потужності від низьких до дуже високих.
Гнучкість	Використовується в медицині, промисловості та зв'язку.
Зменшене технічне обслуговування	Потрібно менше вирівнювань та замін з часом.
Компактна інтеграція	Бездоганно вписується в новіші, менші за розміром пристрої.
Висока тривалість життя	Термін служби часто перевищує 100,000 XNUMX годин.

Випадки використання волоконних лазерів у суміжних галузях

Такі галузі промисловості, як автомобілебудування, аерокосмічна промисловість, електроніка, медичне обладнання та металообробка, використовують технологію волоконного лазера для різання, зварювання, маркування та обробки поверхонь, усі з яких виконуються з високою точністю та потребують дуже мало обслуговування.

Як працює лазерне різання волокна?

Принципи роботи волоконного лазерного різання

Різання волоконним лазером починається зі створення високоінтенсивного лазерного променя. Лазерне світло посилюється в легованому волоконно-оптичному кабелі, який потім проходить через спеціальну оптику, де фокусується для досягнення неймовірної фокусної точності менше 25 мікрон. Такий рівень точності гарантує чистіші різи по контурах заготовки та мінімальну теплову деформацію.

• Завдяки більшій щільності потужності, волоконні лазерні верстати можуть досягати швидкості різання до 30 метрів за хвилину. Така висока швидкість різання, як правило, покращує виробничі показники та знижує загальні експлуатаційні витрати.
• Волоконні лазери можна застосовувати для різання різних матеріалів, таких як сталь, алюміній, мідь та титан. Вони надзвичайно добре ріжуть та обробляють світловідбиваючі матеріали з неймовірно низькими втратами енергії, оскільки ефективність енергії, що використовується під час обробки, не має собі рівних, близько 1 мікрона.
• Ультрасучасні волоконні лазерні машини оснащені складними автоматизованими системами керування. Вони дозволяють більш інтелектуально вбудовуватися в інтелектуальні виробничі системи. Додаткові автоматичні системи для моніторингу та керування форсунками в режимі реального часу додають значної цінності технології.
• Волоконні лазери можуть похвалитися високою електричною ефективністю, що перевищує 30% та перевершує CO2-лазери, а також високою електричною ефективністю, що перевищує 30%. Традиційні CO2-лазери зазвичай досягають лише 10-15%. Підвищена екологічність сприяє зниженню споживання енергії та меншим викидам вуглецю в промислових процесах.

Важливість точності та потужності волоконного лазера

Для отримання стабільних, точних результатів у промисловому застосуванні, досягнення оптимальної швидкості різання, якості матеріалу та ефективності процесу значною мірою залежить від точності.

Переваги використання волоконних лазерів для машин та різання

Підтримуючи енергоефективність для операцій, що безпосередньо впливають на довкілля, волоконні лазери демонструють ефективність викидів CO2 на рівні 10-15%, значно перевершуючи традиційні лазерні лазери, які мають ефективність 2-30%.

Волоконні лазери досягають винятково точного різання з вищою експлуатаційною ефективністю завдяки меншому фокусному діаметру та покращеному ґатунку променя. Досягають складних та комплексних геометрій з мінімальним навантаженням та деформацією.

На відміну від інших типів лазерів, волоконні лазери легко обробляють широкий спектр металів, включаючи сталь, алюміній та мідь, а також пластмаси, що є складним завданням.

Маючи менше рухомих частин порівняно з CO2-лазерами, волоконні лазери мають твердотільні конструкції, що призводить до менших потреб в обслуговуванні. Зменшення часу простою призводить до збільшення терміну служби.

Які різні типи волоконних лазерів?

Аналіз відмінних рис волокон та їх використання

Зазвичай волоконні лазери поділяються на дві основні групи: імпульсні волоконні лазери та волоконні лазери безперервного випромінювання (CW).

• Волоконні лазери безперервної дії: ці лазери підходять для процесів, які вимагають безперервного випромінювання променя. Прикладом таких процесів є зварювання, різання та обробка матеріалів. Ці лазери мають переваги у швидкості та точності.
• Імпульсні волоконні лазери: ці лазери маркують, гравірують та мікрооброблюють, випромінюючи енергію короткими імпульсами. Вони здатні виконувати дуже детальні та складні завдання завдяки вищій піковій потужності.

Обидва типи є універсальними та ефективними, зі спеціальними конструкціями, адаптованими до різних промислових чи комерційних потреб.

Аналітика волоконних лазерів, легованих ітербієм

Ефективність перетворення електричного випромінювання в оптичне випромінювання волоконних лазерів на основі Yb перевищує 30%, що є одним із найвищих показників у галузі. Вища ефективність означає менше споживання енергії, що призводить до зниження витрат.

Робочі довжини хвиль цих лазерів становлять від 1.03 до 1.08 мкм, що робить їх придатними для гравірування, різання та деяких інших промислових завдань.

Модульна структура волоконних лазерів, легованих ітербієм, дозволяє легко збільшувати вихідну потужність від кількох ват до кількох кіловат за потреби.

Волоконні лазери, леговані ітербієм, створюють промінь високої якості з вузьким і постійним профілем. Ця особливість підвищує точність і продуктивність у завданнях, що потребують максимальної уваги до деталей.

Більше про варіанти волокон, легованих ербієм

EDFL мають специфічні характеристики, розроблені для конкретних застосувань. Нижче наведено чотири ключові деталі, що демонструють їхні можливості:

• Діапазон довжин хвиль: випромінюють переважно в діапазоні 1530–1610 нм, що відповідає вікну з низькими втратами оптичних волокон, що використовуються в системах зв'язку.
• Високий SNR: Забезпечує вищий SNR, що стає все більш важливим для високопродуктивних систем, яким потрібна надійна та чітка передача сигналу.
• Низьке енергоспоживання: ці лазери мають чудову ефективність відносно їхньої потужності, що робить їх економічно ефективними для застосувань з високим попитом.
• Використання в медицині та сенсорних системах: часто використовується в медичних цілях, таких як лазерна хірургія, а також в оптичних сенсорних системах для моніторингу навколишнього середовища та структурної оцінки.

Чим волоконні лазери відрізняються від інших лазерів?

Поширені лазерні роботи у виробництві

У виробництві поширеними лазерними роботами є різання, зварювання, гравірування, маркування та обробка поверхонь, де лазери з високою точністю та інтенсивністю застосовуються в численних процесах у різних галузях промисловості.

Роль лазерного маркування та гравірування

Аспект	Лазерне маркування	Лазерна гравірування
Процес	Змінює зовнішній вигляд поверхні без видалення матеріалу	Видаляє матеріал, залишаючи глибші, видимі сліди
Глибина	Мінімальна або відсутня глибина	Глибина до 0.125 дюйма
Взаємодія матеріалів	Знебарвлює або окислює поверхню	Випаровує матеріал під дією тепла
додатків	Штрих-коди, логотипи, ідентифікатори	Персоналізація, серійні номери, логотипи
Міцність	Висока контрастність, збережена цілісність поверхні	Дуже міцний, стійкий до зносу
швидкість	Повільніший процес	Швидший процес маркування
Best For	Ідентифікатори продуктів, відповідність нормативним вимогам	Індивідуальні дизайни, глибокі сліди
Види матеріалу	Метали, пластмаси	Дерево, метал, пластик, скло
прикладів	Медичні інструменти, QR-коди	Ювелірні вироби, брендовані деталі
Основні переваги	Непошкоджуючі, постійні сліди	Добре помітні, тактильні позначки

Досягнення у волоконному лазерному зварюванні

Завдяки використанню висококонцентрованого лазерного променя, що забезпечує неперевершену точність, волоконне лазерне зварювання забезпечує неперевершену якість зварного шва та мінімальні спотворення. Досягнення в модуляції променя дозволили отримувати зварні шви з мікрорівневими допусками. Це ідеально підходить для виготовлення мікроелектроніки та медичних виробів.

Експлуатаційні витрати та вплив на навколишнє середовище значно знижуються, оскільки сучасна технологія волоконного лазера має ефективність перетворення енергії понад 40%, що є одним із найвищих показників у своєму класі. Лазерні волоконні системи перевершують традиційні технології зварювання практично за всіма показниками, включаючи енергоефективність.

Існує широкий спектр матеріалів, які можна зварювати за допомогою волоконних лазерів, включаючи мідь та алюміній, які є металами з високим рівнем відбиття світла. Нові розробки розширили спектр матеріалів, які можна зварювати за допомогою лазерних систем, що робить їх корисними в автомобільній та аерокосмічній техніці.

Автоматизовані системи, такі як роботизовані маніпулятори, можуть безперешкодно інтегруватися з волоконними лазерами, що підвищує точність і стабільність. Ефективність виробництва підвищується, оскільки дані з кількох галузей промисловості свідчать про те, що автоматизоване зварювання волоконним лазером збільшує виробничу швидкість на 30% порівняно з ручним зварюванням.

Які переваги волоконних лазерних систем?

 

Ефективність та швидкість волоконно-лазерних різальних машин

Волоконно-лазерні системи пропонують значні переваги завдяки своїй ефективності та швидкості. Завдяки своїй здатності виконувати високоточне різання різних матеріалів, вони не тільки швидші, але й надійніші порівняно з традиційними методами. Крім того, їхня енергоефективність знижує експлуатаційні витрати, що робить їх чудовим вибором для промислового застосування. Для отримання додаткової інформації про волоконно-лазерні системи відвідайте https://ud.goldsupplier.com/.

Довговічність та надійність волоконних лазерних систем

При використанні в складних промислових умовах волоконні лазерні системи перевершують своїх конкурентів завдяки тривалому терміну служби, який часто перевищує 100,000 XNUMX годин використання, та високій надійності.

Економічно ефективний порівняно з CO2-лазерами

Волоконні лазери стають дедалі популярнішими в промисловому застосуванні, оскільки вони пропонують кілька ключових переваг порівняно з традиційними CO2-лазерами. Нижче наведено чотири критичні області, де волоконні лазери демонструють чудову продуктивність:

• Споживання енергії волоконними лазерами є більш вигідним, оскільки їхня ефективність перетворення енергії значно вища — зазвичай досягає від 30% до 40% — на відміну від CO2-лазерів, які пропонують ефективність лише близько 10% до 20%.
• Завдяки запатентованій твердотільній конструкції, позбавленій будь-яких рухомих компонентів, волоконні лазери не потребують регулярних витрат на обслуговування та забезпечують збільшений час безвідмовної роботи, на відміну від CO2-лазерів, які використовують дзеркала та газову оптику і тому потребують постійного обслуговування.
• Підвищена точність різання та маркування високовідбивних матеріалів, таких як алюміній та мідь, забезпечується завдяки зменшеному діаметру променя, кращій якості променя та вищій щільності потужності, що робить волоконні лазери ідеальними для складних застосувань.
• Установки CO2-лазерів є громіздкішими порівняно з компактними, портативними системами волоконних лазерів. Ця адаптивність полегшує їх інтеграцію в різні виробничі контексти без значних змін на об'єкті.

Довідкові джерела

1. Розробка волоконних лазерів завдяки машинному навчанню: огляд та перспективи (Jiang et al., 2022)

• Дата публікації: 2022-07-13
• Методика: Це оглядова стаття, що підсумовує останні дослідження з використанням машинного навчання в розробці волоконних лазерів. У ній не представлена ​​оригінальна методологія дослідження, а аналізуються існуючі дослідження.
• Ключові висновки: В огляді висвітлено застосування машинного навчання, зокрема глибоких нейронних мереж, у різних аспектах розробки волоконних лазерів, включаючи: проектування та маніпулювання лазерним виходом на вимогу; прогнозування та керування нелінійними ефектами; реконструкцію та оцінку властивостей лазера; а також надійне керування лазерами та лазерними системами. Автори також обговорюють проблеми та майбутні напрямки розвитку.

2. Інтелектуальна генерація дихальних солітонів у надшвидких волоконних лазерах (Wu et al., 2021)

• Дата публікації: 2021-08-22
• Методика: У цьому дослідженні використовується еволюційний алгоритм для самооптимізації режиму бризера у волоконному лазері з синхронізацією мод шляхом чотирипараметричної нелінійної еволюції поляризації.
• Ключові висновки: Дослідникам успішно вдалося отримати різні стани дихальних солітонів, включаючи окремі бризери з контрольованим періодом коливань та коефіцієнтом дихання, а також бризерні молекулярні комплекси з контрольованою кількістю елементарних складових. Це демонструє потенціал використання еволюційних алгоритмів для керування складною динамікою в нелінійних системах, таких як волоконні лазери.

3. Нещодавній прогрес у галузі оптичних хвиль-убійців у волоконних лазерах: стан, проблеми та перспективи (Сонг та ін., 2020, стор. 024001–024001)

• Дата публікації: 2020-03-01
• Методика: Це оглядова стаття, що підсумовує існуючі дослідження оптичних хвиль-бомбардирів у волоконних лазерах. У ній аналізуються існуючі експериментальні та теоретичні дослідження.
• Ключові висновки: В огляді обговорюються механізми генерації хвиль-боїць у волоконних лазерах, репрезентативні експериментальні та теоретичні результати, а також методи вимірювання для ідентифікації хвиль-боїць. Також окреслюються проблеми та майбутні напрямки досліджень у цій галузі.

Часті питання (FAQ)

З: Як працює волоконний лазер?

A: Світло, що випромінюється назовні, посилюється лазерним волокном, тому волоконний лазер працює від лазерного джерела. Усередині лазерного волокна серцевина волокна містить підсилююче середовище, таке як волокно, леговане ербієм, яке підсилює лазерний промінь під час його руху в оптоволоконному кабелі. Це забезпечує пікову потужність та ефективну обробку лазерів.

З: Що таке волоконний лазерний апарат і як він використовується?

A: Волоконні лазерні установки - це Лазерна маркувальна машина, гравірувальний верстат або різак, що використовує лазерну волоконну оптику. Ці машини довели свою високу точність і можливості в різноманітних операціях, що робить їх сприятливими для промислових лазерів, таких як лазерні очищувачі та різаки металу.

З: Що таке волоконні лазери та чим вони відрізняються від інших типів лазерів?

A: Дискові та твердотільні лазери відрізняються від волоконних лазерів типом лазерного середовища та використовуваним волокном для посилення. Серцевина волоконного лазера — це гнучке волокно, через яке промінь посилюється, але інші типи лазерів використовують твердотільне або інший тип середовища для посилення. З цієї причини волоконні лазери є більш ефективними та універсальними для різних застосувань.

З: Лазерні маркувальні машини та волоконні лазери: як вони та їхні технології працюють разом?

A: Машини для волоконного лазерного маркування працюють, застосовуючи сфокусований промінь волоконного лазера до поверхні матеріалу, щоб змінити його властивості та створити символи або позначки. Ця операція є дуже точною, що дає їй можливість маркувати різноманітні матеріали постійно та складно.

З: Які переваги дає волоконний лазерний різак?

A: Волоконні лазерні різаки мають переваги завдяки своїй чудовій швидкості різання, точності та універсальності роботи з різними матеріалами. Вузький промінь ріже з високою точністю, що зменшує втрати, що робить їх придатними для промислового та виробничого використання.

З: Чи не могли б ви описати, що таке гравірувальний верстат з волоконним лазером?

A: Гравірувальний верстат на основі волоконного лазера – це машина, яка застосовує потужний лазерний промінь для маркування або гравірування заздалегідь визначених малюнків на поверхнях. Вона вирізняється точним складним гравіюванням на металах, пластику та інших матеріалах, які можна використовувати для краси або промисловості.

З: Що, на вашу думку, потрібно враховувати під час вибору волоконного лазера?

A: Вибираючи волоконний лазер, не забудьте перевірити його оптичну потужність, типи застосування лазера та матеріали, з якими ви працюватимете. Крім того, перевірте якість лазерного джерела та волоконного підсилювача, щоб забезпечити належну та ефективну роботу системи.

З: Які ще є способи використання волоконних лазерів?

A: Використання волоконних лазерів є багатогранним, наприклад, у лазерному маркуванні, гравіруванні, різанні або навіть очищенні. Вони обслуговують передові галузі, наприклад, автомобільну та електротехнічну промисловість, завдяки своїй ефективності та універсальності в обробці різних матеріалів.

З: Як потужність лазера впливає на його продуктивність?

A: Потужність лазера безпосередньо впливає на ефективність різання, гравірування або маркування. Ефективність обробки вища з вищою потужністю лазера, і можна обробляти товстіші або складніші матеріали. І навпаки, для деталізації або більш делікатної роботи потрібна менша потужність.

З: Яку роль відіграє волоконний підсилювач у волоконно-лазерній системі?

A: Інтенсивність лазерного променя, що проходить через серцевину волокна, збільшується волоконним підсилювачем у волоконній лазерній системі. Підтримка високої пікової потужності для ефективної обробки різних типів лазера вимагає такого посилення, яке значною мірою реалізується у волоконній серцевині.