Обзор и сравнение CO2- и волоконных лазеров

Время чтения: 5 мин.

На сегодняшний день на рынке доступны разные виды лазерных систем, которые отличаются друг от друга в первую очередь встроенными лазерными излучателями. В основном речь идет о газовых CO₂-лазерах, волоконных лазерах и ванадатах, однако я хочу рассмотреть только CO₂- и волоконные системы. Каждый из рассматриваемых видов лазера имеет свои определенные преимущества и недостатки, а также применяется для обработки определённых материалов. Для начала сделаем своего рода обзор на каждый вид лазерной системы в отдельности, после чего сделаем сравнительную характеристику на эти 2 вида. Поскольку технология CO₂-лазеров появились первой, то с неё и начнем.

CO₂-лазер (газовый)

Для начала разберемся что такое CO2-лазер. CO2-лазер - это газовый лазер, то есть основа данного лазера углекислый газ, который возбуждается при помощи электричества.

CO2-лазер имеет длину волны 10,6 мкм и в первую очередь подходит для обработки неметаллов и большинства пластиков. Однако, это немного спорный момент, поскольку современные CO2-лазеры являются достаточно мощными и могут отлично справляться даже с 20 мм сталью. Вообще CO2-лазеры имеют достаточно высокий уровень мощности и очень хорошее качество луча. За счёт этого они являются одними из самых распространённых видов лазеров.

CO₂-лазер (газовый)

Волоконный лазер

Волоконные лазеры относятся к группе твердотельных лазеров. Технология их работы заключатся в вырабатывании лазерного луча посредством так называемых затравочных лазеров и усиливают его в специально встроенном стекловолокне, которому через диод накачки поступает энергия.

Длина волоконных лазеров имеют длину волны 1,064 мкм и весьма малый диаметр фокуса, за счет чего интенсивность луча с 100 раз превышает газовый CO2-лазер при одинаковой излучаемой мощности. Волоконные лазеры хорошо подходят для нанесения маркировки на металлах за счет аннилинга, гравировки, контрастной маркировки на металлах и пластике. Также волоконные лазеры являются более долговечными в эксплуатации и практически не нуждаются, а техническом обслуживании. Теперь, после того как мы в кратции разобрались что из себя представляют рассматриваемые нами технологии лазерных систем, выделим основные их отличия.

Волоконный лазер

Сравнительная таблица

	Волоконный	Газовый CO₂
Габариты	Относительное небольшие, за счет чего требуется меньше рабочей площади.	Имеет большие габариты станка и системы охлаждения, что требует внушительные размеры рабочей площади.
Оптика	Благодаря волокну подводимому к режущей головке, не требует сложной оптической системы.	Имеет сложную оптическую систему.
Энергопотребление	Небольшое	Большое энергопотребления всей установки.
Потребность в тех.газах	Нет потребности	Есть потребность, требующая высокое качество. К сожалению, предоставляемые тех. газы не всегда соответствуют необходимому качеству.
Система охлаждения	Простая	Сложная
Обслуживание	Практически не нуждается в постоянном обслуживании, поэтому по затратам минимальное. То есть минимум расходных материалов, с минимальность стоимостью и низкой частотой замены. Ключевыми факторами является отсутствие сложной оптической системы и отсутствие необходимости в тех. газах.	Нуждается в постоянном обслуживании, которое весьма дорогостоящее и может обходиться в несколько десятков тысяч долларов в год. Наличие оптики требующая периодической юстировки, чистки и более квалифицированного персонала, тоже самое касается и потребности в тех. газах, которые требуют постоянной настройки, заправки и т.д.
КПД	Достигает 25%.	Достигает 8-10%
Качество реза толстых материалов и брызгообразование.	Возможность резки больших толщин, качество кромки при резки больших толщин небольшое. Имеют очень хорошее качество реза и кромки до 3 мм. Имеют большее брызгообразование чем CO₂ - лазеры.	Возможность резки больших толщин, качество кромки хорошее с минимальной шероховатостью. Имеют ориентировочно в 2 раза меньше брызгообразования чем волоконные лазеры.
Резка цветных металлов, таких как: латунь, медь и серебро.	Есть возможность резки	Возможности резки нет, можно получить отражение, что направит луч прямиком в оптику.
Сварка	Для создания более глубокого сварного шва должен обладать весьма большой мощностью, что увеличивает риск появления брызгообразования или появления неровной поверхности.	Возможность создания более глубокого сварочного шва, за счет применение оптики.

Сравнительная таблица

Заключение

На первый взгляд, изучив отличительные характеристики двух видов лазеров, можно сделать вывод, что волоконные лазеры во многом уступают своим предшественникам CO₂- лазерам, однако одна из представленных характеристик может перекрыть все другие недостатки. Например, качество реза и брызгообразование, CO2-лазера в одном из производственных применений показал в 2 раза меньшее образование крошечного сварочного грата и в 3,5 раза крупного, чем у волоконного лазера. Однако немаловажным фактором являются и издержки приходящиеся на единицу продукции, которые в сравнении CO₂ и волоконного лазера идут в пользу волоконного, поскольку у него минимальные производственные издержки. Иными словами, выбор той или иной лазерной системы в первую очередь зависит от конкретного использования, от конкретной сфера деятельности для которой производится продукция.