Анализа разлика у стопи апсорпције ласерских таласних дужина различитих материјала

У ласерској обради, да ли ласерска енергија може ефикасно да делује на материјал зависи од способности материјала да апсорбује одређену ласерску таласну дужину. Различити материјали имају значајне разлике у стопи апсорпције на различитим таласним дужинама, а ове разлике директно утичу на ефикасност, стабилност и квалитет обраде ласерског сечења, заваривања, обележавања и чишћења. Разумевање карактеристика апсорпције таласне дужине материјала је основа за избор ласерског процеса и оптимизацију параметара.

I. Основна веза између ласерске таласне дужине и стопе апсорпције

Стопа апсорпције ласера односи се на проценат падајуће ласерске енергије апсорбоване површином материјала. На њега утичу следећи фактори:

Ласерска таласна дужина

Електронска структура и карактеристике мреже материјала

Стање површине (ругост, слој оксида, премази)

Угао пада и стање поларизације

У већини случајева, стопа апсорпције материјала није фиксна вредност, већ значајно варира са таласном дужином. Стога, исти материјал може показати знатно различите резултате обраде када је изложен различитим врстама ласера (као што су CO2, влакна, зелени или ултраљубичасти ласери).

II. Уговор Карактеристике апсорпције различитих ласерских таласних дужина за металне материјале
1. у вези са Железни метали (угледни челик, нерђајући челик)

Железни метали показују релативно стабилно апсорпцију у блиском инфрацрвеном опсегу (око 1,06 мкм):

Висока апсорпција за ласере са влаконским зрацима од 1064 nm

Добро спајање енергије са 10,6 мкм CO2 ласерима

Даље повећана апсорпција након површинског оксидације или грубоће

Као резултат тога, ласери од влакана и ласери од ЦО2 се широко користе за сечење и заваривање челичних материјала.

2. Уколико је потребно. Метали који су веома рефлективни (алуминијум, бакар, злато, сребро)

Високо рефлективни метали имају малу апсорпцију у инфрацрвеном опсегу:

Ниска почетна апсорпција за 1064 nm ласере, са јаком рефлексијом

Знатно већа апсорпција на краћим таласним дужинама (зелена 532 нм, плава 450 нм)

Апсорпција се динамички повећава с повећањем температуре

Ово је главни разлог зашто су зелени и плави ласери у последњих неколико година брзо усвојили заваривање бакра и прецизну обраду алуминијума.

III. Уговор Карактеристике апсорпције таласне дужине неметалних материјала
1. у вези са Пластике и полимерни материјали

Асорпционе карактеристике пластике су уско повезане са њиховом молекуларном структуром:

Већина пластике је прозрачна или слабо апсорбује у блиском инфрацрвеном опсегу

Висока апсорпција у средњем и даљем инфрацрвеном опсегу (10,6 μm)

Карактеристике апсорпције се могу значајно променити додавањем пигмената или апсорбер

Због тога се CO2 ласери широко користе за сечење, обележавање и обраду танких филмова пластике.

2. Уколико је потребно. Дрво, папир и органски материјали

Органични материјали углавном показују високу апсорпцију инфрацрвених ласера:

Висока ефикасност апсорпције за ласере ЦО2

Погодан за топлотну декомпозицију, карбонизацију и испаравање

Односно велике топлотно погођене зоне током обраде

Ови материјали су погодни за ласерску обраду ниске снаге континуирано или импулсно инфрацрвено.

ИВ. Керамика, стакло и прозорни материјали

Прозрачни или полупрозрачни материјали показују снажну зависност од таласне дужине у апсорпцији:

Ниска апсорпција и висока преносност у инфрацрвеном и видљивом опсегу

Знатно повећана апсорпција у ултраљубичастом опсегу

Ласери са кратким таласним дужинама лакше изазивају апсорпцију вишефотона

Као резултат тога, ултраљубичасти ласери имају очигледне предности у бушење стакла и прецизну обраду керамике.

V. Утицај површине материјала на стопу апсорпције

Поред унутрашњих својстава материјала, стање површине такође утиче на ефикасност апсорпције:

Грубе површине лакше апсорбују ласерску енергију него површине попут огледала

Оксидни слојеви и премази могу смањити рефлективност

Површински контаминатори могу повећати почетну апсорпцију у одређеним процесима

У обради високо рефлективни материјали, површинска претратма је често се користи за побољшање ласер енергије спајања.

VI. Утјецај разлика апсорпције на ласерску обраду

Разлике у стопи апсорпције материјала на различитим ласерским таласним дужинама директно утичу на:

Избор типа ласера

Поредности за снагу и густину енергије

Брзина обраде и стабилност

Величина топлотно погођене зоне и квалитет обраде

Ако се материјал правилно упореди са одговарајућом ласерском таласном дужином, могуће је смањити потрошњу енергије, а истовремено побољшати квалитет обраде и безбедност опреме.

Постоје значајне разлике у стопи апсорпције различитих материјала на различитим ласерским таласним дужинама. Ове разлике одређују електронска структура материјала, карактеристике молекуларне вибрације и стање површине. У апликацијама за ласерску обраду, избор ласерске таласне дужине која одговара карактеристикама апсорпције материјала је кључ за постизање високе ефикасности и квалитетних резултата. Са развојем ласерских технологија са кратким таласним дужинама, способности обраде високо рефлективног и транспарентног материјала настављају да се побољшавају.