Dažādu materiālu absorbcijas ātrumu atšķirību analīze attiecībā pret lāzera viļņu garumiem

Lāzerapstrādē tam, vai lāzera enerģija var efektīvi iedarboties uz materiālu, ir atkarīgs no materiāla spējas absorbēt konkrētu lāzera viļņa garumu. Dažādi materiāli dažādos viļņa garumos izrāda būtiskas atšķirības absorbēšanas ātrumā, un šīs atšķirības tieši ietekmē lāzera griešanas, metināšanas, marķēšanas un tīrīšanas efektivitāti, stabilitāti un kvalitāti. Materiālu un viļņa garuma absorbēšanas raksturliču izpratne ir pamats lāzera procesa izvēlei un parametru optimizācijai.

I. Pamata sakarība starp lāzera viļņa garumu un absorbēšanas ātrumu

Lāzera absorbēšanas ātrums norāda uz to incidentes lāzera enerģijas daļu, ko absorbē materiāla virsma. To ietekmē šādi faktori:

Lazeru vilciena garums

Materiāla elektroniskā struktūra un režģa raksturlielumi

Virsma (raupjums, oksīda kārta, pārklājumi)

Incidentes leņķis un polarizācijas stāvoklis

Lielākajā daļā gadījumu materiāla absorbcijas koeficients nav fiksēta vērtība, bet ievērojami atšķiras atkarībā no viļņa garuma. Tāpēc viens un tas pats materiāls var parādīt būtiski atšķirīgus apstrādes rezultātus, kad tiek pakļauts dažāda veida laseriem (piemēram, CO₂, šķiedras, zaļajiem vai ultravioletajiem laseriem).

II. Dažādu lasera viļņu garumu absorbcijas īpašības metāliskiem materiāliem
1. Dzelzs saturošie metāli (oglekļa tērauds, nerūsējošais tērauds)

Dzelzs saturošie metāli rāda salīdzinoši stabila līmeņa absorbciju tuvajā infrasarkanajā joslā (apmēram 1,06 μm):

Augsta absorbcija 1064 nm šķiedras laseriem

Laba enerģijas saistība ar 10,6 μm CO₂ laseriem

Absorbcija turpina palielināties pēc virsmas oksidēšanās vai raupjināšanas

Tā rezultātā šķiedras un CO₂ laseri plaši tiek izmantoti tērauda materiālu griešanai un metināšanai.

2. Augsti reflektējoši metāli (alumīnijs, varš, zelts, sudrabs)

Augsti reflektējošiem metāliem ir zema absorbcija infrasarkanajā joslā:

Zema sākotnējā absorbcija 1064 nm laseriem ar spēcīgu atstarošanu

Ievērojami augstāka absorbcija īsākos viļņa garumos (zaļš 532 nm, zils 450 nm)

Absorbcija dinamiski palielinās, pieaugot temperatūrai

Tas ir galvenais iemesls, kāpēc pēdējos gados zili un zaļi laseri ātri tika pieņemti vara vēršanai un precīzai alumīnija apstrādei.

III. Viļņa garumu absorbcijas raksturlielumi nemetāla materiālos
1. Plastmasas un polimēru materiāli

Plastmasu absorbcijas raksturlielumi cieši saistīti ar to molekulāro struktūru:

Lielākā daļa plastmasu ir caurspīdīgas vai vāji absorbējošas tuvajā infrasarkanajā diapazonā

Augsta absorbcija vidējā un tālajā infrasarkanajā joslā (10,6 μm)

Absorbcijas raksturlielumus var ievērojami mainīt, pievienojot pigmentus vai absorbentus

Tāpēc CO₂ lāzeri plaši tiek izmantoti plastmasas griezumam, marķēšanai un plāņu kārtiņu apstrādei.

2. Koks, papīrs un organiskie materiāli

Organiskie materiāli parasti rāda augstu absorbciju infrasarkanajiem lāzeriem:

Augsta absorbcijas efektivitāte CO₂ lāzeriem

Ir tendence termiskai sadalīšanās, karbonizācijai un tvaikveidošanās

Salīdzinoši lielas siltuma ietekmētās zonas apstrādes laikā

Šie materiāli ir piemēroti zemas jaudas nepārtrauktai vai impulss veida infrasarkanās gaismas lāzerapstrādei

IV. Keramika, stikls un caurspīdīgi materiāli

Caurspīdīgi vai daļēji caurspīdīgi materiāli absorbcijā rāda spēcīgu viļņa garuma atkarību:

Zema absorbcija un augsta caurlaidība infrasarkanajā un redzamajā diapazonā

Ievērojami palielināta absorbcija ultravioletajā diapazonā

Īsākas viļņa garuma lāzeri vieglāk izraisa vairāku fotonu absorbciju

Tādējādi ultravioletā lāzeri ir skaidri priekšrocības stikla urbjumos un precīzā keramikas apstradē

V. Materiāla virsmas ietekme uz absorbcijas ātrumu

Papildus materiāla iekšējām īpašībām, virsmas stāvoklis arī ietekmē absorbcijas efektivitāti:

Rupjas virsmas absorbē lāzera enerģiju vieglāk nekā spoguļveida virsmas

Oksīdu kārtas un pārklājumi var samazināt atstarojumu

Virsma piesārņojumi var palielināt sākotnējo absorbciju noteikos procesos

Apstrāpojot augsti atstarojošus materiālus, bieži tiek izmantota virsmas priekšapstrade, lai uzlabotu lāzera enerģijas saistību

VI. Absorbcijas atšķirību ietekme uz lāzera apstradi

Materiālu absorbcijas ātruma atšķirības dažādos lāzera viļņa garumos tieši ietekmē:

Lāzera tipa izvēli

Jaudas un enerģijas blīvuma iestatījumus

Apstrādes ātrumu un stabilitāti

Siltuma ietekmētās zonas izmēru un veidošanās kvalitāti

Pareizi sakombinējot materiālu ar piemērotu lāzera viļņa garumu, ir iespējams samazināt enerģijas patēriņu, vienlaikus uzlabojot apstrādes kvalitāti un iekārtu drošību.

Dažādu materiālu absorbcijas ātrumā pastāv būtiskas atšķirības dažādos lāzera viļņa garumos. Šīs atšķirības nosaka materiāla elektroniskā struktūra, molekulāro svārstību raksturības un virsmas stāvoklis. Lāzera apstrādes pielietojumos materiāla absorbcijas raksturībām atbilstoša lāzera viļņa garuma izvēle ir atslēga, lai sasniegt augstu efektivitāti un kvalitāti. Attīstoties īsāka viļņa garuma lāzera tehnoloģijām, spēja apstrādāt augsti atstarojošus un caurspīdīgus materiālus turpina uzlaboties.