Zadzwoń +48 32 388 70 51

Szczegóły aktualności

Odkryj innowacje Universal - Źródła laserowe

Istnieją trzy podstawowe typy laserów CO2, jakie na dzień dzisiejszy możemy znaleźć w  ofercie firmy Universal Laser Systems. Są to tuby metalowa, ceramiczna i szklana. W każdej kategorii lasera istnieje kilka różnych technologii stosowanych do kontrolowania i dostarczania mocy do źródeł laserowych.

Ewolucja laserów

Tuby laserowe ceramiczne zostały opracowane w latach 70-tych dla zastosowań komercyjnych jako chłodzone wodą jonowe lasery gazowe. Lasery ze szklaną tubą wykorzystują archaiczne techniki, aby wytwarzać niedrogie źródła laserowe. Natomiast metalowa technologia laserowa ma swoją genezę w rozwoju militarnym w ramach kontraktów Departamentu Obrony dla najbardziej wymagających i krytycznych zastosowań. Pod koniec lat 80. programy wojskowe były kompletne. Jednakże nadal rozwijano laser z tubą metalową, aby lasery o wysokiej niezawodności i sprawności były dostępne również w zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych.

Innowacje laserów ULS

Wykorzystując wieloletnie doświadczenie w zakresie przetwarzania materiałów, liczne opatentowane technologie i miliony godzin pracy w terenie na całym świecie, ULS opracował wysoce zoptymalizowane rozwiązanie do cięcia, grawerowania i znakowania laserowego: zintegrowaną, chłodzoną powietrzem, metalową tubę, źródło lasera CO2. Połączenie technologii związanych z tą konstrukcją nie tylko sprawia, że źródła laserowe ULS są kompaktowe, ale również umożliwiają zarówno pulsacyjny, jak i ciągły tryb pracy lasera. Co więcej, kombinacja konstrukcji klasy wojskowej i zdolność do całkowitego przetworzenia lasera powoduje, że te źródła laserowe są ponadczasowe.


Źródła laserowe ULS od 10 do 500 wat

ULS produkuje lasery o mocy od 10 do 500 wat o długości fali 10,6 μm i 9,3 μm. Wszystkie źródła laserowe ULS mają zintegrowane chłodzenie powietrzem w całym zakresie mocy. Źródła laserowe zapewniają szereg korzyści związanych z przetwarzaniem dla klienta:

  • Doskonała jakość cięcia, grawerowania i znakowania laserowego - Ulepszona zdolność skupiania wiązki laserowej zapewnia niezwykle spójne przetwarzanie.
  • Wysoka przepustowość - Dzięki bardziej efektywnemu wykorzystaniu energii laserowej można znacznie poprawić wydajność systemu laserowego.
  • Umożliwia wiele innych uniwersalnych funkcji – Na przykład technologię Rapid ReconfigurationTM, Dual Laser i SuperSpeed ™.
  • Bezpieczeństwo - Wysokiej jakości spawane aluminium, zasilacze niskonapięciowe oraz zintegrowane funkcje bezpieczeństwa zmniejszają ryzyko zagrożeń.
  • Wysoka niezawodność i sprawność - Konstrukcja źródeł laserowych wraz z unikalnym programem obsługi lasera znacznie redukuje przestój systemu laserowego.

Doskonała jakość cięcia, grawerowania i znakowania laserowego

Źródła laserowe CO2 firmy Universal zapewniają najlepszą i najbardziej spójną jakość przetwarzania spośród chłodzonych powietrzem źródeł laserowych dostępnych na rynku. Można to zmierzyć, patrząc na trzy różne aspekty źródła laserowego: rozkład mocy wiązki, wariacje wiązki nad obszarem przetwarzania i konsystencja mocy w czasie.

Rozkład mocy wiązki

Lasery ULS mają wysoki rozkład mocy Gaussa z M2 na poziomie 1,1. Ten typ wiązki jest wysoce pożądany przy obróbce materiałów grawerskich, ponieważ pozwala optyce skoncentrować maksymalną ilość energii na materiale przy najmniejszej możliwej ogniskowej. Mały rozmiar plamki oznacza mniejsze szerokości cięcia, a także wyższą rozdzielczość w znakowaniu i grawerowaniu.


Przekrój poprzeczny czystej belki Gaussa. Belka gaussowska da spójne wyniki niezależnie od kierunku ruchu
i maksymalizuje gęstość mocy wiązki w ognisku.

Wariacje wiązki nad obszarem przetwarzania

W typowym układzie pozycjonowania X-Y stosowanym przez ULS i wielu innych producentów, odległość od źródła laserowego do miejsca przetwarzania zmienia się, gdy karetka dostarczająca wiązkę przechodzi przez obszar przetwarzania. Aby zachować spójność przetwarzania, rozmiar punktu ogniskowego musi być rozsądnie spójny w całym obszarze przetwarzania. W przeciwieństwie do innych producentów, źródła laserowe ULS wykorzystują rezonator, który zapewnia wyższą spójność ogniskowej w całym obszarze obróbki laserowej. Oznacza to, że przetwarzanie materiału za pomocą źródeł laserowych ULS będzie miało bardziej spójne cechy wizualne i wymiarowe, niezależnie od tego, w którym miejscu obszaru roboczego odbywa się przetwarzanie.

Konsystencja mocy w czasie

Źródła laserowe generują znaczne obciążenie termiczne podczas pracy, powodując niewielkie mechaniczne zmiany rezonatora optycznego i podwyższoną temperaturę aktywnego ośrodka. Może to spowodować zmiany jakości wiązki i mocy wyjściowej lasera. Zarządzanie cieplne laserem jest kluczem do uzyskania spójnych wyników w szerokim zakresie temperatur. W przeszłości stosowano chłodzenie wodą do zarządzania ciepłem laserów CO2 powyżej 25 wat. ULS był pionierem w stosowaniu chłodzenia powietrzem w laserach CO2, rozwijając liczne udoskonalenia techniczne, które pozwoliły firmie na wprowadzenie na rynek laserów chłodzonych powietrzem nawet do 500 wat. ULS był także jednym z pierwszych, który rozpoznał zalety laserów chłodzonych powietrzem w obróbce materiałów laserowych. Chłodzenie powietrzem eliminuje potrzebę stosowania drogich i trudnych w utrzymaniu agregatów wody lodowej oraz zmniejsza złożoność systemu laserowego. Firma ULS była pierwszym producentem oferującym całą linię systemów do cięcia, grawerowania i znakowania laserowego chłodzonych powietrzem.

ULS zintegrował trzy główne bloki funkcjonalne źródła laserowego: rezonator optyczny, zasilacz i rozwiązanie do zarządzania ciepłem, w jednym kompaktowym opakowaniu. Dodatkowo opatentowana konstrukcja rezonatora ULS wykorzystuje wysoce wydajną konfigurację trybu replikacji, która efektywnie wykorzystuje aktywny ośrodek. Ten wysoki poziom integracji, wydajności i metalowej konstrukcji pozwala na chłodzenie komponentów przez jedną lub dwie wysokowydajne dmuchawy o zmiennej mocy, które regulują wahania temperatury niezależnie od użytkowania lasera i warunków otoczenia. W przypadku innych urządzeń laserowych z ceramicznymi źródłami laserowymi  chłodzenie staje się znacznie trudniejsze, ponieważ przewodnictwo cieplne ceramiki jest znacznie niższe niż w przypadku metali. Oznacza to, że źródła lasera ULS będą produkować spójne, wysokiej jakości cięcie, grawerowanie i znakowanie laserowe w szerokim zakresie warunków środowiskowych z wygodą i efektywnością kosztową chłodzenia powietrzem.

Wysoka przepustowość

Rola źródeł laserowych w przepustowości zależy przede wszystkim od dostępnej mocy, reakcji lasera i właściwego zarządzania energią laserową stosowaną do przetwarzania materiału.

Dostępna moc szczytowa jest ważnym czynnikiem wpływającym na przepustowość w przetwarzaniu laserowym materiałów. Większa moc lasera nie zawsze jest lepsza. Na wyniki obróbki laserowej materiału wpływa złożona kombinacja wielu zmiennych, w tym dostępnej mocy szczytowej, długości fali, szybkości dostarczania mocy, gęstości mocy, itp. Chociaż laser o wyższej mocy można modulować, aby zapewnić taką samą średnią moc jak słabsze źródło laserowe , interakcja laser-materiał nie zawsze będzie taka sama. Na przykład źródła laserowe 10 i 50 wat mogą dostarczyć 10 wat średniej mocy. Jednak laser 50 wat musi być włączony przez 20% czasu i wyłączony dla pozostałych 80%, aby to osiągnąć. Podczas 20% czasu, laser 50 wat emituje do 50 wat mocy szczytowej lasera, a nie 10 wat, jak widać na poniższej ilustracji. Ogólna energia dostarczana do materiału jest taka sama w obu przypadkach, ale w jednym przypadku energia jest dostarczana w sposób ciągły przy niższym poziomie mocy, a w drugim przypadku energia jest dostarczana w krótkich seriach przy znacznie wyższych poziomach mocy. Każda metoda dostarczania energii może dać inny wynik na materiale, a wybór źródła laserowego dla danego zastosowania zależy od pożądanego rezultatu. Ogólnie rzecz biorąc, najlepiej jest mieć oba rodzaje źródeł laserowych, aby zoptymalizować interakcje materiał-laser w szerokim zakresie materiałów.


Ilustracja przedstawiająca impulsy o tej samej średniej mocy wytwarzanej przez źródła laserowe o mocy 10 wat i 50 wat. Każdy prostokąt reprezentuje taką samą ilość energii impulsowej "E" i występuje w tym samym okresie czasu. Chociaż średnia moc jest taka sama, moc szczytowa jest różna dla każdego lasera, który zmieni sposób, w jaki energia lasera wpływa na przetwarzany materiał.

Dodatkowo, wszystkie źródła lasera CO2 wymagają niewielkiej ilości czasu, aby ich moc optyczna wzrosła do swojej mocy znamionowej i spadła do zera mocy wyjściowej. Czas potrzebny na przejście lasera przez ten proces nazywany jest czasem reakcji i jest najważniejszym czynnikiem w tworzeniu przepustowości dla aplikacji grawerowania rastrowego. Lasery ULS CO2 z tubą metalową wykazują doskonałe czasy reakcji w porównaniu ze starszą technologią laserów z tubą szklaną. Typowy laser z szklaną tubą będzie miał czas odpowiedzi znacznie dłuższy niż jego odpowiednik z tubą metalową. Wynika to po części z konstrukcji lasera, a częściowo z elektroniki sterującej. To znacznie zmniejsza wydajność grawerowania w laserach z tubami szklanymi.

Podczas optymalizacji przepustowości dla wyników obróbki materiału laserowego, czas reakcji lasera jest ważny, ale nie jest to jedyny istotny czynnik. Kilku producentów systemów laserowych w ostatnich latach promowało prędkość do znakowania rastrowego ponad 100 cali/s (2,5 m/s). Karetki o wysokiej ostrości próbują zwiększyć przepustowość poprzez brutalną siłę, ale wyższe prędkości mogą mieć niekorzystny wpływ na przepustowość, szczególnie w aplikacjach grawerowania. Nakładanie się rastrowych przejść jest ważnym kryterium podczas grawerowania rastrowego. Ilość nakładania wpływa na jakość krawędzi obrazów rastrowych, a także płaskość obszaru wygrawerowanego. Wyższe prędkości obróbki zmniejszają gęstość energii przełożoną na materiał, a zatem zmniejszają szerokość usuniętego materiału, ostatecznie zmniejszając nakładanie się przejść. Ten brak nakładania się przy wyższych prędkościach może wymagać od użytkownika zmniejszenia odstępów między wierszami w celu skompensowania, co zmniejsza przepustowość.

Podsumowując, czas reakcji lasera i zmniejszone nakładanie się przejść przy wyższych prędkościach wskazują na potrzebę zachowania ostrożności przy projektowaniu efektywnego urządzenia do cięcia, grawerowania i znakowania laserowego. Właściwe zarządzanie energią laserową jest kluczem do optymalizacji przepustowości dla obróbki materiałów laserowych. System laserowy z elastycznością do zarządzania energią laserową na wiele sposobów daje użytkownikom znacznie zwiększoną zdolność optymalizacji przepustowości dla najróżniejszych materiałów i aplikacji. Źródła laserowe ULS zostały zaprojektowane, aby umożliwić korzystanie z wielu technologii ULS, które pozwalają użytkownikowi zarządzać dostarczaniem energii laserowej w wyjątkowy i skuteczny sposób.

Umożliwia wiele innych uniwersalnych funkcji

Źródła laserowe ULS stanowią integralną część ekosystemu produktów i technologii i współpracują z kilkoma innymi unikatowymi cechami ULS, aby zapewnić optymalne rozwiązanie dla każdego Klienta.

Szybka rekonfiguracja

Wszystkie lasery są precyzyjnie ustawione fabrycznie zgodnie z powszechnym standardem, dzięki czemu lasery CO2 produkowane przez ULS są kompatybilne z praktycznie wszystkimi systemami do cięcia, grawerowania i znakowania laserowego ULS. Źródła laserowe można dodawać i usuwać z systemu w ciągu kilku sekund bez użycia narzędzi czy specjalistycznej wiedzy, z opatentowaną technologią ULS o nazwie Rapid Reconfiguration ™, kolejną cechą, która znacznie poprawia elastyczność przetwarzania i przepustowość. Wiele zastosowań cięcia, grawerowania i znakowania laserowego jest wrażliwych na gęstość energii lasera i długość fali. Funkcja Szybkiej Rekonfiguracji pozwala na rekonfigurację całkowitej energii lasera i długości fali, co daje użytkownikowi ogromną elastyczność w optymalizacji konfiguracji systemu laserowego dla różnorodnych potrzeb związanych z przetwarzaniem materiałów.

Dualna konfiguracja lasera

Lasery CO2 z metalową tubą, w przeciwieństwie do laserów z tubą ceramiczną lub szklaną, są liniowo spolaryzowane, dzięki czemu systemy laserowe ULS mogą używać więcej niż jednego lasera na raz w tym samym systemie. Korzystanie z tej funkcji daje użytkownikowi wiele zalet: może zwiększyć ogólną moc systemu, zwiększając w razie potrzeby wydajność przetwarzania, i mogą sprawić, że systemy będą bardziej elastyczne i będą w stanie przetwarzać większą gamę materiałów za pomocą jednego lub obu laserów w zależności od mocy szczytowej i średnich wymagań dotyczących mocy dla danego procesu. Technologia podwójnej konfiguracji lasera umożliwia również wykorzystanie źródeł o wielu długościach fal w celu dalszego zwiększenia elastyczności przetwarzania. Niektóre materiały wykazują asymetryczne oddziaływania ze światłem spolaryzowanym, co może być niepożądane w niektórych przypadkach. Łącząc dwie liniowo spolaryzowane wiązki pod kątem 90 stopni względem siebie, można wyeliminować wszelkie asymetrie przetwarzania wynikające z polaryzacji, co skutkuje konsekwentnym cięciem, grawerowaniem i znakowaniem laserowym niezależnie od kierunku ruchu. Technologia podwójnej konfiguracji laserowej jest oferowana tylko przez ULS.

Technologia SuperSpeed ​​™

Liniowa polaryzacja umożliwia również zastosowanie technologii SuperSpeed ​​™, kolejnej unikalnej cechy systemów laserowych Universal, która może więcej niż podwoić wydajność przetwarzania podczas znakowania i grawerowania.

Integracja systemu i inteligentna biblioteka materiałów

Systemy laserowe ULS i źródła laserowe są w stałej komunikacji, aby zapewnić prawidłowe działanie systemu, przetwarzania i bezpieczeństwa. System laserowy odczytuje znamionową moc i długość fali każdego zainstalowanego lasera, dzięki czemu biblioteka materiałów może obliczyć optymalne parametry dla automatycznego przetwarzania. Lasery są również zintegrowane z systemowymi blokadami bezpieczeństwa. Jeśli drzwi lub panel dostępu zostanie otwarty, lasery natychmiast zatrzymają operację, zapewniając bezpieczeństwo zarówno użytkownika i systemu. Lasery utrzymują także zestaw informacji diagnostycznych, które mogą okazać się niezwykle przydatne, jeśli źródło lasera zostanie naruszone lub wymaga obsługi.

Bezpieczeństwo

Zarówno ceramiczne, jak i szklane źródła laserowe zawierają kruchy element strukturalny, który można łatwo uszkodzić, jeśli ulegną one jakiemukolwiek wpływowi. W ostrym kontraście, lasery z tubą metalową z ULS są zbudowane z zrobotyzowane spawanego aluminium klasy lotniczej, co czyni je wyjątkowo mocnymi urządzeniami. Można je łatwo przenosić, instalować, transportować i przechowywać bez obawy o uszkodzenie.

Kompaktowa budowa źródeł laserowych ULS sprawia także, że ​​są one łatwiejsze w obsłudze: nie ma tu tub wodnych, chillerów, przewodów wysokiego napięcia ani zasilaczy. Układy wodne i wysokonapięciowe zawsze stanowią zagrożenie bezpieczeństwa, gdy którykolwiek z układów nie działa prawidłowo, na przykład w przypadku wycieku wody. Zasilacze do laserów szklanych mają napięcia robocze przekraczające 25 000V i są zawsze zdalnie połączone ze źródłem zasilania za pośrednictwem kabli i złączy wysokiego napięcia, stanowiąc śmiertelne zagrożenie porażeniem elektrycznym. Ponadto zasilacze stosowane do zasilania źródeł laserów szklanych pracują w zakresie prądu elektrycznego (30 do 150 mA), który jest szczególnie niebezpieczny dla ludzkiego serca, powodując defibrylację i śmierć. Ta technologia wymaga wysokiego napięcia do zjonizowania gazów w tubie lasera. Natomiast źródła laserowe RF, takie jak te dostarczane przez ULS, są zasadniczo różne, nie wykorzystują wysokich napięć, a zatem są z natury bezpieczniejsze.

Lasery ULS mają również kilka wbudowanych funkcji, które zmniejszają problemy z bezpieczeństwem, zapobiegając uszkodzeniu systemu lub użytkownika. Zarówno czujnik za wysokiej temperatury, jak i zbyt niskiej temperatury są obecne w każdym źródle lasera i są zaprojektowane do zatrzymania operacji lasera, jeśli którykolwiek stan jest naruszony, zwiększając żywotność lasera. Lasery są także podłączone do systemu bezpieczeństwa blokady, aby przerwać przetwarzanie, jeśli zostaną otwarte jakiekolwiek drzwi lub panel dostępu. To dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo Klienta.

Wysoka niezawodność i sprawność

Źródła laserowe ULS mają niewiarygodne osiągnięcia w zakresie długiej żywotności. Dziesiątki tysięcy laserów CO2 z tubą metaliczną zostały wyprodukowane przez ULS od 1997 roku, a wiele laserów jest nadal aktywnych po dziesięciu latach eksploatacji. Ponadto, metalowa konstrukcja umożliwia obsługę laserów, ich ponowne ładowanie i ponowne uruchamianie na czas nieokreślony, co nie jest możliwe przy zastosowaniu ceramicznych lub szklanych źródeł laserowych, ponieważ są one zwykle sklejane lub stapiane razem, gdy są wytwarzane i nie można ich rozmontować.

Gdy źródło lasera wymaga doładowania, warto zauważyć, że ULS ma także unikalny w branży program wymiany lasera. Zamiast odnawiać laser, co może spowodować znaczny czas przestoju, ULS szybko dostarcza zamienne źródło laserowe do Klienta w celu wymiany. Po dostarczeniu źródła laserowego instalacja trwa zaledwie kilka sekund, a stary laser jest przesyłany z powrotem do ULS, co nie powoduje przestojów u Klienta. Źródło laserowe do wymiany jest zazwyczaj wysyłane do Klienta w ciągu 24 godzin od zgłoszenia zapotrzebowania na usługę.

Film

Wróć