Oplossing voor optische systemen voor laserbewerking

Oplossing voor optische systemen voor laserbewerking
De bepaling van delaserbewerkingDe keuze voor een optisch systeem hangt af van het specifieke toepassingsscenario. Verschillende scenario's leiden tot verschillende oplossingen voor het optische systeem. Voor specifieke toepassingen is een specifieke analyse vereist. Het optische systeem is weergegeven in Figuur 1:

De denkwijze is: concrete procesdoelen –laserKenmerken – ontwerp van het optische systeem – realisatie van het uiteindelijke doel. Hieronder volgen enkele verschillende toepassingsgebieden:
1. Precisie-microbewerking (markeren, etsen, boren, nauwkeurig snijden, enz.) De meest voorkomende processen in de precisie-microbewerking zijn micrometrische bewerkingen van materialen zoals metalen, keramiek en glas, bijvoorbeeld logo's op mobiele telefoons, medische stents, microgaatjes voor gasinjectiemondstukken, enz. De kernvereisten voor dit bewerkingsproces zijn: ten eerste moet er voldaan worden aan extreem kleine, gefocusseerde lichtvlekken, een extreem hoge energiedichtheid en een zo klein mogelijke thermische invloedzone, enz. Voor deze toepassingen en eisen is de selectie en het ontwerp vanlaserlichtbronnenen andere onderdelen worden uitgevoerd.
a. Laserselectie: De voorkeur gaat uit naar een ultraviolet/groene vastestoflaser (nanoseconde) of een ultrasnelle laser (picoseconde, femtoseconde) om twee belangrijke redenen. Ten eerste is de golflengte evenredig met de gefocusseerde lichtbundel, en wordt over het algemeen een korte golflengte gekozen. Ten tweede hebben picoseconde/femtoseconde pulsen de eigenschap van "koude verwerking", waarbij de energieverwerking voltooid is vóór thermische diffusie, wat resulteert in koude verwerking. Over het algemeen wordt een laserlichtbron met een ruimtelijke lichtopbrengst geselecteerd, met een bundelkwaliteitsfactor M2 die doorgaans kleiner is dan 1,1, wat een superieure bundelkwaliteit oplevert.
b. Het bundelverbredings- en collimatiesysteem maken doorgaans gebruik van bundelverbredingslenzen met variabele vergroting (2x – 5x), om de bundeldiameter zoveel mogelijk te vergroten. De bundeldiameter is omgekeerd evenredig met de gefocusseerde lichtvlek, en er wordt over het algemeen gebruikgemaakt van een Galileïsche bundelverbredingsarchitectuur.
c. Het scherpstelsysteem maakt doorgaans gebruik van hoogwaardige F-Theta-lenzen (voor scannen) of telecentrische scherpstellenzen. De brandpuntsafstand is evenredig met de gefocusseerde lichtvlek, en over het algemeen worden lenzen met een korte brandpuntsafstand (zoals f = 50 mm, 100 mm) gebruikt. Zoals weergegeven in Figuur 1: De veldlens maakt doorgaans gebruik van een lensgroep met meerdere elementen (het aantal lenzen ≥ 3), waarmee een groot gezichtsveld, een groot diafragma en lage aberratie-indicatoren kunnen worden bereikt. Bij de keuze van de optische lenzen moet rekening worden gehouden met de schadedrempel van de laser.
d. Coaxiaal optisch monitoringsysteem: In het optische systeem is doorgaans een coaxiaal visionsysteem (CMOS) geïntegreerd voor nauwkeurige positionering en realtime monitoring van het bewerkingsproces.
2. Macro-materiaalbewerking Typische toepassingsscenario's voor macro-materiaalbewerking zijn het snijden van plaatwerk voor de automobielindustrie, het lassen van scheepsrompstaalplaten en het lassen van accubehuizingen. Deze processen vereisen een hoog vermogen, een groot penetratievermogen, een hoog rendement en een stabiele verwerking.
3. Laseradditieve productie (3D-printen) en bekleding. Toepassingen van laseradditieve productie (3D-printen) en bekleding omvatten doorgaans de volgende processen: het printen van complexe metalen onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, reparatie van motorbladen, enz.
De selectie van de kerncomponenten is als volgt:
a. Laserselectie: Over het algemeen,krachtige vezellasersworden gekozen, met een vermogen dat doorgaans hoger is dan 500W.
b. Bundelvorming: Dit optische systeem moet een vlakke lichtbundel produceren, dus bundelvorming is de kerntechnologie en kan worden bereikt met behulp van diffractieve optische elementen.
c. Scherpstelsysteem: Spiegels en dynamische scherpstelling zijn essentiële vereisten in de 3D-printtechnologie. Tegelijkertijd moet de scanlens een telecentrisch ontwerp aan de objectzijde hebben om consistentie in de verwerking van randen en het midden te garanderen.