Solución de sistema óptico para procesamiento láser

Solución de sistema óptico para procesamiento láser
La determinación de laprocesamiento láserLa solución del sistema óptico depende del escenario de aplicación específico. Los diferentes escenarios dan lugar a diferentes soluciones para el sistema óptico. Se requiere un análisis específico para cada aplicación. El sistema óptico se muestra en la Figura 1:

El camino del pensamiento es: objetivos de proceso concretos –láserCaracterísticas – diseño del esquema del sistema óptico – consecución del objetivo final. A continuación se presentan varios campos de aplicación diferentes:
1. Campo de microprocesamiento de precisión (marcado, grabado, perforación, corte de precisión, etc.) Los procesos típicos comunes en el campo de microprocesamiento de precisión son el procesamiento micrométrico en materiales como metales, cerámica y vidrio, como el marcado de logotipos para teléfonos móviles, stents médicos, microorificios para boquillas de inyección de combustible, etc. El requisito fundamental en el proceso de procesamiento es: primero, debe cumplir con puntos de luz enfocados extremadamente pequeños, densidad de energía extremadamente alta y la zona de influencia térmica más pequeña, etc. Para las aplicaciones y requisitos anteriores, la selección y el diseño defuentes de luz lásery se llevan a cabo otros componentes.
a. Selección del láser: La elección del láser de estado sólido ultravioleta/verde (nanosegundos) o ultrarrápido (picosegundos, femtosegundos) se debe principalmente a dos razones. La primera es que la longitud de onda es proporcional al punto de luz enfocado, por lo que generalmente se elige una longitud de onda corta. La segunda es que los pulsos de picosegundos/femtosegundos tienen la característica de "procesamiento en frío", y la energía se procesa completamente antes de la difusión térmica, logrando así el procesamiento en frío. Generalmente, se selecciona una fuente de luz láser con salida de luz espacial, con un factor de calidad del haz M2 generalmente inferior a 1,1, lo que proporciona una calidad de haz superior.
b. Los sistemas de expansión y colimación del haz suelen utilizar lentes de expansión de haz de aumento variable (2X – 5X), con el objetivo de aumentar el diámetro del haz lo máximo posible. El diámetro del haz es inversamente proporcional al punto de luz enfocado, y generalmente se utiliza una arquitectura de expansión de haz galileana.
c. El sistema de enfoque suele utilizar lentes F-Theta de alto rendimiento (para escaneo) o lentes de enfoque telecéntricas. La distancia focal es proporcional al punto de luz enfocado, y generalmente se utilizan lentes de campo de corta distancia focal (como f = 50 mm, 100 mm). Como se muestra en la Figura 1: Generalmente, la lente de campo utiliza un grupo de lentes de múltiples elementos (el número de lentes ≥ 3), lo que permite obtener un amplio campo de visión, una gran apertura y bajos indicadores de aberración. Todas las lentes ópticas deben tener en cuenta el umbral de daño del láser.
d. Sistema óptico de monitorización coaxial: En el sistema óptico, se suele integrar un sistema de visión coaxial (CMOS) para el posicionamiento preciso y la monitorización en tiempo real del proceso de procesamiento.
2. Procesamiento de macromateriales. Los escenarios de aplicación típicos del procesamiento de macromateriales incluyen el corte de chapas para la industria automotriz, la soldadura de planchas de acero para cascos de barcos y la soldadura de carcasas de baterías. Estos procesos requieren alta potencia, gran capacidad de penetración, alta eficiencia y estabilidad.
3. Fabricación aditiva láser (impresión 3D) y revestimiento Las aplicaciones de fabricación aditiva láser (impresión 3D) y revestimiento suelen implicar los siguientes procesos típicos: impresión de metales complejos aeroespaciales, reparación de álabes de motor, etc.
La selección de componentes principales es la siguiente:
a. Selección de láser: Generalmente,láseres de fibra de alta potenciaSe eligen modelos con una potencia que suele superar los 500 W.
b. Conformación del haz: Este sistema óptico necesita generar una luz de perfil plano, por lo que la conformación del haz es la tecnología fundamental, y se puede lograr utilizando elementos ópticos difractivos.
c. Sistema de enfoque: Los espejos y el enfoque dinámico son requisitos básicos en el campo de la impresión 3D. Asimismo, la lente de escaneo debe utilizar un diseño telecéntrico del lado del objeto para garantizar la consistencia en el procesamiento de los bordes y el centro.