Soluzione per sistema ottico di elaborazione laser

Soluzione per sistema ottico di elaborazione laser
La determinazione dellavorazione laserLa soluzione per un sistema ottico dipende dallo specifico scenario applicativo. Scenari diversi richiedono soluzioni diverse per il sistema ottico. Per ogni applicazione è necessaria un'analisi specifica. Il sistema ottico è illustrato nella Figura 1:

Il percorso di pensiero è: obiettivi di processo concreti –laserCaratteristiche – Progettazione dello schema del sistema ottico – Realizzazione dell'obiettivo finale. Di seguito sono elencati diversi campi di applicazione:
1. Campo della microlavorazione di precisione (marcatura, incisione, foratura, taglio di precisione, ecc.) I processi tipici comuni nel campo della microlavorazione di precisione sono la lavorazione micrometrica su materiali come metalli, ceramiche e vetro, come la marcatura del logo per telefoni cellulari, stent medici, microfori per ugelli di iniezione di carburante a gas, ecc. Il requisito fondamentale nel processo di lavorazione è: in primo luogo, deve soddisfare punti luminosi focalizzati estremamente piccoli, densità di energia estremamente elevata e la più piccola zona di influenza termica, ecc. Per le applicazioni e i requisiti di cui sopra, la selezione e la progettazione disorgenti luminose lasere vengono eseguiti altri componenti.
a. Selezione del laser: La scelta del laser a stato solido ultravioletto/verde (nanosecondi) o del laser ultrarapido (picosecondi, femtosecondi) è principalmente dovuta a due motivi. Il primo è che la lunghezza d'onda è proporzionale al punto luminoso focalizzato e, in genere, si sceglie una lunghezza d'onda corta. Il secondo è che gli impulsi picosecondi/femtosecondi hanno la caratteristica di "elaborazione a freddo" e l'energia viene elaborata completamente prima della diffusione termica, realizzando così un'elaborazione a freddo. In genere, si seleziona una sorgente luminosa laser con emissione luminosa spaziale, con un fattore di qualità del fascio M2 generalmente inferiore a 1,1, che presenta una qualità del fascio superiore.
b. I sistemi di espansione del fascio e di collimazione utilizzano solitamente lenti di espansione del fascio a ingrandimento variabile (da 2X a 5X), cercando di aumentare il diametro del fascio il più possibile. Il diametro del fascio è inversamente proporzionale al punto luminoso focalizzato e, in genere, si utilizza un'architettura di espansione del fascio galileiana.
c. Il sistema di messa a fuoco utilizza solitamente obiettivi F-Theta ad alte prestazioni (per la scansione) o obiettivi telecentrici. La lunghezza focale è proporzionale al punto luminoso focalizzato e generalmente si utilizzano obiettivi di campo a focale corta (come f = 50 mm, 100 mm). Come mostrato in Figura 1: Generalmente, l'obiettivo di campo utilizza un gruppo di lenti multi-elemento (numero di lenti ≥ 3), che può ottenere un ampio campo visivo, un'ampia apertura e bassi indicatori di aberrazione. Le lenti ottiche qui devono tutte tenere conto della soglia di danneggiamento del laser.
d. Sistema ottico di monitoraggio coassiale: Nel sistema ottico, di solito viene integrato un sistema di visione coassiale (CMOS) per il posizionamento preciso e il monitoraggio in tempo reale del processo di elaborazione.
2. Lavorazione di macromateriali Gli scenari applicativi tipici della lavorazione di macromateriali includono il taglio di lamiere per autoveicoli, la saldatura di lamiere d'acciaio per scafi navali e la saldatura di involucri per batterie. Questi processi richiedono elevata potenza, elevata capacità di penetrazione, elevata efficienza e stabilità di processo.
3. Produzione additiva laser (stampa 3D) e rivestimento Le applicazioni di produzione additiva laser (stampa 3D) e rivestimento tipicamente comprendono i seguenti processi: stampa di metalli complessi per il settore aerospaziale, riparazione di pale di motori, ecc.
La selezione dei componenti principali è la seguente:
a. Selezione laser: Generalmente,laser a fibra ad alta potenzavengono selezionati modelli con una potenza che in genere supera i 500 W.
b. Modellazione del fascio: questo sistema ottico deve emettere una luce a profilo piatto, quindi la modellazione del fascio è la tecnologia fondamentale e può essere ottenuta utilizzando elementi ottici diffrattivi.
c. Sistema di messa a fuoco: specchi e messa a fuoco dinamica sono requisiti fondamentali nel campo della stampa 3D. Allo stesso tempo, la lente di scansione deve utilizzare un design telecentrico lato oggetto per garantire uniformità nella lavorazione dei bordi e del centro.