国外团队开发出新型激光束成型机：切割效率更高，性能大幅提升

2021-09-16 18:36

布鲁塞尔自由大学(Vrije University Brussels)开发的新型激光束成型机，可使用紧凑的二极管激光系统进行更深的切割。

比利时布鲁塞尔自由大学(Vrije University)的一个团队与商用桌面激光切割机供应商“Mr Beam”合作，开发了一种新的自由形状镜头，可以提高性能，同时缩小整个系统的尺寸。

Lien Smeesters在本周SPIE光学系统设计数字论坛上的演讲中描述了这项工作，强调了基于二氧化碳激光器的工业激光切割系统如何提供优秀的光束质量，但同时也需要非常大和昂贵的光学设计。

她解释称:“我们对这种技术的小型化很感兴趣，这种激光切割机可以集成在你的办公室和家里，也可以让业余爱好者和建筑师感兴趣——他们使用激光二极管。”

“我们的目标是开发一种光学元件，使我们能够将激光二极管的光束发散到一个圆形的聚焦点，该聚焦点具有较大的聚焦深度，适合激光切割应用。”

目前，这通常是通过球面和柱面透镜的组合来实现的。然而，这意味着庞大的光学设计。“我们想把柱面透镜和非球面两个透镜的功能结合成一个自由形状的组件。”

在对一个基于450纳米半导体激光发射5w功率的系统进行模拟后，smeester和同事设计了一个透镜，一个球面，另一个非球面。该系统足以对包括织物、纸板和纸张在内的材料进行小规模切割。

“镜片的背面是一个双锥形非球面，”她说，并补充说，该组件产生的光束直径约为19μm，带有“几乎完美”的圆形斑点。双锥形透镜在一个表面上有两个不同的半径。

新的光学元件的聚焦深度也增加到4.8毫米，超过了目标4毫米和传统光学元件之前的2毫米，这意味着更厚的材料现在可以被切割。

然而，这种新型自由形状部件的非对称特性意味着，随着旋转、光束的圆度会发生剧烈变化，这意味着在与“Mr Beam”开发的概念验证演示系统中，需要一种对准工具。

“使用我们的新型光学技术，我们可以看到我们有一个圆形光束，这将提高切割分辨率，并在x和y方向上提供相同的切割分辨率，这有利于切割质量。”Lien Smeesters总结道。

“此外，通过减少光斑尺寸，我们能够提高切割分辨率和切割速度，因为我们有更高的辐照度，但也可以扩大可切割材料的范围。”

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