Влакнен лазер срещу директен диоден лазер: основни разлики и ръководство за приложение

Въведение

Лазерите със стъклена оптика и директните диодни (полупроводникови) лазери задвижват голяма част от днешното индустриално оборудване за маркиране, рязане, заваряване и обработка на повърхности — и често се бъркат един с друг. И двата са твърдотелни източници, и двата излъчват в близката инфрачервена област и предават своите лъчи чрез оптичен кабел.

Обаче начина, по който светлината се генерира, фундаментално променя дължината на вълната, качеството на лъча, електрическата ефективност, капитала разходи и конкретните приложения, за които всеки източник е подходящ. Това ръководство сравнява лазерите със стъклена оптика и директните диодни лазери, за да ви помогне да изберете най-подходящия източник за вашия производствен процес.

Как всеки източник генерира своя лъч

• Директен диоден лазер: Светлината се произвежда директно от полупроводникови чипове. Токът преминава през диоден преход и фотоните се появяват незабавно. Промишлените единици подреждат множество излъчватели, за да постигнат висока мощност, като преобразуват електричеството в светлина в един-единствен етап, без никаква междинна среда.

• Фибров лазер: Процесът започва с банк от насосни диоди (обикновено работещи при 808–980 нм). Тази светлина се свързва с оптичен фибър, допиран с редки земни елементи — най-често итербий — който я усилва до високоинтензивен изходен лъч при 1064–1080 нм (най-често споменаван като 1070 нм). Представете си насосните диоди като гориво, а допирания фибър — като двигател.

Основни разлики на пръв поглед

Качество на лъча и дължина на вълната: Защо са важни

Качеството на лъча представлява най-критичното различие между двете технологии. Тъй като фибровият лазер концентрира енергията си в микроскопична точка (десетки микрометра), той постига екстремната интензивност, необходима за чисто рязане на дебел стоманен материал, производство на ясни микро-марки и поддържане на стабилна ключова дупка за заваряване с дълбоко проникване.

Лъчът от директен диод е значително по-малко ярък. Той покрива по-голяма повърхностна площ с по-ниска плътност на мощността, което го прави идеален за равномерна термична обработка, а не за прецизно рязане или фин гравиране.

Дължината на вълната също определя абсорбцията на материала в краищата на спектъра. Стандартните диодни системи в близката инфрачервена област и влакнените лазери се абсорбират лесно от повечето конструкционни метали. Високорефлективните метали като медта и златото обаче силно отразяват близката инфрачервена област — което насърчава използването на сини (около 450 нм) и зелени диодни варианти за заваряване на рефлективни компоненти в електрониката и производството на електромобилни технологии.

Ефективност и експлоатационни разходи

Директните диодни системи представляват най-електрически ефективните промишлени лазери, налични на пазара, като преобразуват от 40 % до 50 % от електрическата мощност в полезна лъчева мощност при най-ниска цена на ват. Влакнените лазери имат малко по-ниска ефективност — от 25 % до 40 %, тъй като светлината трябва да мине през допълнителен етап на усилване.

Ефективността при включване в мрежата обаче разкрива само част от историята. Влакненият лазер често изпълнява задачи с висока прецизност със значително по-малко общо енергийно потребление и за по-кратко време, което означава, че производствените разходи на детайл все още могат да са значително по-изгодни за влакнения лазер.

И двете технологии са твърдотелни, което елиминира необходимостта от пълнене с газ, подреждане на огледалата или крехки стъклени тръби. Влакнените лазери са практически без поддръжка, докато директните диодни излъчватели показват постепенно намаляване на изходната мощност в продължение на десетки хиляди часа, което може да изисква периодична корекция на параметрите.

Къде се прилага всяка технология

Изберете влакнен лазер, когато:

• Режете листов метал: Обработвате въглеродна стомана, неръждаема стомана и алуминий – както тънки листове, така и дебели плочи.

• Точна маркировка и гравиране: Нанасяте серийни номера, лога, баркодове и UDI кодове върху метали и пластмаси.

• Сваряване с дълбоко проникване или с висока скорост: Включително ръчни системи за лазерно сваряване.

• Лазерно почистване: Премахване на ръжда, оксиди, боя и други покрития от метални повърхности чрез импулсни системи.

Изберете директен диоден лазер, когато:

• Сваряване на пластмаси: Извършване на трансмисионно сваряване за автомобилни корпуси, сензори и медицински устройства.

• Лазерно лепене и бразиране: Осигуряване на стабилен топлинен вход в широка област.

• Обработка на повърхността: Приложения за повърхностно закаляване, наплавяне и предварително загряване.

• Автоматизирано сваряване на големи площи: Създаване на шевове, толерантни към зазори, чрез специализирани оптични системи за формиране на лъча.

Правило на палеца: Ако вашият процес изисква рязане, гравиране или сваряване с дълбоко проникване, започнете с влакнен лазер. Ако приложението ви е насочено към топлинна обработка на широки площи, при която капитализираната цена на вата има по-голямо значение от финия размер на фокусното петно, директният диоден лазер заслужава внимателна оценка.

Често задавани въпроси

В: Диодният лазер е ли същото нещо като диодите за накачване вътре във влакнения лазер?

A: Не съвсем. Лазерните диоди във влакнен лазер генерират светлина при 808–980 nm само за да възбудят допираното влакно, което след това излъчва крайния обработващ лъч при 1064–1080 nm. При директен диоден лазер влакненият усилвателен елемент изобщо не се използва – суровата диодна светлина се насочва направо към обработваната детайла.

П: Кой лазерен източник е по-добър за рязане и маркиране на метал?

A: Влакненият лазер е безусловният избор. Неговият лъч, близък до дифракционното ограничение, създава малка, изключително високоинтензивна точка, необходима за чисти резове и висококонтрастни маркировки. Системите с директни диоди нямат достатъчна яркост за тези приложения.

П: Директните диодни лазери ли са по-евтини в експлоатация?

A: Те имат по-висок коефициент на електрооптична ефективност и по-ниска цена на вата. Обаче по-малката яркост на лъча може да изисква по-високи настройки на мощността или по-дълги времена за обработка за определени задачи. Винаги оценявайте производствените разходи за отделна част за вашето конкретно приложение, а не се основавайте единствено на показателите за електрическа ефективност.

Избор на подходящия лазерен източник

Избраният от вас лазерен източник определя качеството, скоростта на обработка и икономиката на отделна единица за цялата ви операция. Като производител на напреднали системи за лазерно почистване, заваряване, маркиране и рязане, ние помагаме на купувачите да оценят тези фактори, преди да инвестират капитали. Споделете с нашия екип по приложно инженерство целевите материали, дебелините и производствените скорости, и ние ще препоръчаме идеалния източник и клас мощност, потвърдени чрез пробни тестове върху вашите реални части.