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中功率CO2激光器为多种应用提供服务

导读: 本文简要介绍了封离型板条放电CO2激光器的主要优势,并涵盖了相关技术最近的创新。接着,本文还介绍了功率为100W到500W的激光器最重要的应用领域。

  在过去的二十年间,封离型CO2激光器已广泛用于极其多样的应用,例如包装、纺织、微电子制造、显示屏制备等。这是因为CO2 激光器加工的效率、质量和可靠性使其成为一种经济实惠的工具,比其他制造技术在成本上更具竞争力。本文简要介绍了封离型板条放电CO2激光器的主要优势,并涵盖了相关技术最近的创新。接着,本文还介绍了功率为100W到500W的激光器最重要的应用领域。

  为何使用CO2激光器?

  CO2激光器与普通工业激光器相比很独特,因为它以长波红外线的形式输出时,波长通常为10.6μm。许多有机材料对这类长波长的吸收能力都很强,包括纸、木材、塑料、橡胶、纺织物和皮革。某些对可见光(甚至近红外)可透过的材料甚至也能吸收这类长波长,例如玻璃和蓝宝石。

  吸收率高就意味着大部分激光功率实际上都用于在光热流程中加工材料。此时目标材料很快即会加热,最终蒸发(本质上为汽化)。这一过程非常节能, 因此CO2激光器是最适合采用10's到100's微米精密级别快速去除(例如快速切割、钻孔、雕刻)较大量目标材料的工具。处于较低功率级别时,高效的局部加热会造成热效应导致的颜色变化,是打标的理想之选。

  板条放电技术

  CO2激光器的市场大致分为两类。第一类为重工业作业(例如切割和焊接厚金属),通常采用输出数千瓦功率的快流CO2激光器。速度通常是比切割质量更为重要的问题,因此用于这类应用的激光器会采用高功率,可能会牺牲光束质量、激光器大小和拥有成本。

  第二类市场为玻璃、陶瓷、塑料、纺织物、木材和其他有机材料的精密加工,通常采用功率不高于 1kW 的激光器完成。此时,切割质量和外形(无烧焦迹象)是非常关键的。最大限度地降低整个系统的大小和重量通常是重中之重,因为这样可保持低运营成本。

  板条放电激光器在大约二十年前首次出现,专用于为第二类市场提供更好的服务。在封离型板条放电激光器中,谐振腔内部等离子体由两个矩形板条电极激发。两端的柱面全反射镜形成谐振腔,部分腔内功率会通过其中一个柱面反射镜的缺口耦合输出激光。电极会通过冷水进行冷却,并且电极的大面积和密封空间使其无需任何气体循环即可高效地冷却等离子体。

  

  板条放电构造在精密加工应用中具有优势,其原因多种多样。这类构造体积小、稳定性高、输出特性佳并且拥有成本很低。

  输出功率可随板条电极的面积缩放。因此,板条放电CO2激光器非常紧凑,并且可通过相对轻便的激光器头实现尽可能高的输出功率。因此, 它们可以轻松集成到机器人手臂或起重机架中,甚至小到可适用于桌面设备。板条电极配置在机械方面也很耐用, 因此可在短期和长期内稳定工作。这种稳定性可实现不会随时间变化的统一加工效果。

  当与合适的光束调节光学器件耦合时,板条放电配置可形成较低M2(<1.2) 的高质量高斯光束。这可直接理解为实现较小聚焦光斑的能力,因为几乎所有的激光功率都集中于中心光束。最终实现更精密的切割或更快的切割速度、更小的热影响区(HAZ)以及激光功率的最高效利用。

  

  板条放电激光器较高的切割效率也最大限度地降低了给定加工速度下的电耗。并且,冷却水是通过闭循环系统提供的,因此无需水源。无需外部供气, 就消除了所有与处理和存储气体罐相关的成本,也消除了与更换气体罐相关的停工期。由于这些因素以及设计的高可用性,板条放电激光器是这一功率范围内所有CO2激光器类型中拥有成本最具吸引力的一类。

  典型应用

  中功率CO2激光器的一个重要应用领域就是消费品的包装。其中包括各类材料(例如纸、纸板、塑料和金属箔)以及这些材料叠层组合的切割、打孔、刻痕和打标。激光器通常优于直犁刀、模切板等传统工具,其原因多种多样。激光器加工可以很快,因此可适应现有生产线的速度。激光器加工是灵活、数字化(软件控制的)、无接触的过程,因此不会随时间而改变,也不会像机械工具那样需要更换或重摩。而且,激光器能够精密地控制切割或打孔深度,而机械工具则比较难做到这点。并且,由于使用封离型CO2激光器进行加工的拥有成本低、可靠性高,因此比起传统方法在经济上更具有竞争力。

  

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