CO 2 -Röhren aus Metall und Keramik sind auf dem Markt für Laserplotter mittlerweile weit verbreitet. Diese Röhren sind in Bezug auf das Konstruktionsdesign viel besser als klassische CO 2 -Röhren aus Glas, was sich in einer längeren Lebensdauer und Zuverlässigkeit niederschlägt. Metall- und Keramik-CO 2 -Röhren (RF - Radio Frequency) arbeiten mit einer sehr hohen Frequenz von bis zu 100 kHz, wodurch sie auch viel genauer sind als CO 2 -Glasrohre, was beim Schneiden und Gravieren von Materialien mit hohen Geschwindigkeiten von großer Bedeutung ist. Die Größe des Punktes, der von ihnen nach dem Fokussieren des Strahls erhalten wird, erreicht ungefähr 0,05 mm.
Abbildung 1. Metallrohr CO 2 Synrad. [1]
Abbildung 2. Iradion-Keramik-CO 2 -Röhre. [1]
In CO 2 -Röhren aus Metall und Keramik entsteht durch Anregung von Gasmolekülen ein Laserstrahl. Das Gasgemisch besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid, Helium, Stickstoff und Wasserstoff. Kohlendioxid macht etwa 5% der Mischung aus. Er ist es, der den echten Laserstrahl erzeugt. Durch einen HF-Impuls stimulierte Stickstoffatome übertragen Energie auf Kohlendioxidmoleküle, wodurch diese Photonen emittieren. Die überwiegende Mehrheit der Mischung sind Heliumpartikel (etwa 90% der Mischung). Die Aufgabe von Helium ist es, die Temperatur im Rohr niedrig zu halten. Dieses Gas ist am schwierigsten zu halten, da seine Partikel die Wände eines versiegelten Rohrs durchdringen können.
Aus diesem Grund ist der Grad der Abdichtung von CO 2 -Röhrchen ein Schlüsselparameter, der ihre Haltbarkeit und Zuverlässigkeit kennzeichnet und es Ihnen ermöglicht, die Leistung während des Dauerbetriebs konstant zu halten. Eine absolute Abdichtung des Rohres ist aufgrund der Grundmaterialien nicht möglich. Die chemische Reaktion des Gasgemisches mit einigen Materialien und die hohe Temperatur im Rohr schränken den Bereich der Materialauswahl ebenfalls erheblich ein.
Vergleich von CO 2 -Röhrchen aus Metall und Keramik
Bis vor kurzem waren Glas und Metall die einzigen Materialien, aus denen CO 2 -Laserröhren hergestellt wurden. Die dritte Option sind vor relativ kurzer Zeit eingeführte Rohre mit einem Keramikkern. Konstruktionslösungen und verwendetes Material bewirken, dass sie einen Vorteil gegenüber Metallrohren erhalten. Die Unterschiede zwischen Metall- und Keramikrohren werden nachstehend beschrieben. Es gibt viele Unternehmen auf dem Markt, die sowohl Metall- als auch Keramikrohre herstellen, während ATMSolutions Rohre von zwei führenden Unternehmen auf dem Markt anbietet: Synrad (Metallrohre) und Iradion (Keramikrohre)
Der Unterschied zwischen Metall- und Keramikrohren besteht, wie der Name schon sagt, in dem Material, aus dem sie hergestellt sind. Das Hauptproblem bei der Zuverlässigkeit von Metallrohrlasern besteht darin, dass das Metall mit einem Gasgemisch reaktiv ist. Nach einer längeren Zeit reagieren freie Sauerstoffmoleküle mit diesem freiliegenden Metall, es tritt eine Oxidation auf, die Änderungen in der ursprünglichen Zusammensetzung des Gasgemisches verursacht, was zu einer Abnahme der Röhreneffizienz und ihrer kürzeren Lebensdauer führen kann.
Die Metallstruktur ist geschweißt, was zu Undichtigkeiten führen kann. Zusätzlich werden in der Konstruktion O-Ringe zum Abdichten verwendet, die sich im Laufe der Zeit als Reaktion auf die Umgebung (Feuchtigkeit, Temperaturänderungen) abnutzen. All dies bedeutet, dass Luft und Feuchtigkeit in die Laserröhre und Gaspartikel nach außen gelangen können.
begründen; "> Diese Probleme wurden in keramischen CO2-Röhren gelöst. Die entwickelte Technologie setzt die Trennung von Gasanregungselektroden außerhalb der Laserröhre voraus (Abb. 3). Alle reaktiven Komponenten befinden sich im Kern und haben nur Kontakt mit reiner Keramik - Aluminiumoxid (Al 2) Über 3. ) Aluminiumoxid ist aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung ein sehr gutes Material, da es nicht chemisch mit dem Gasgemisch reagiert.
Abbildung 3. Entwurfslösung für CO 2 -Röhren aus Keramik und Metall. [2]
Al 2 O 3 -Aluminiumoxid-Eigenschaften:
- sehr hohe Betriebstemperatur, sogar bis zu 1700 ° C,
- hohe Härte und Abriebfestigkeit,
- kann mit hoher Genauigkeit bearbeitet und poliert werden,
- beständig gegen Korrosion und chemische Einflüsse,
- relativ geringe Dichte,
- sehr hohe Dimensionsstabilität.
Die Keramik wird bei sehr hohen Temperaturen gebrannt, wodurch ferner sichergestellt wird, dass alle bei der Herstellung der Laserröhre entstehenden organischen Verunreinigungen verbrannt werden, wodurch die Störung der Mischung zu Beginn beseitigt wird.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumoxid beträgt 8,4 × 10 ?6 / ° C und ist fast dreimal niedriger als die Aluminiumausdehnung 23,1 × 10 ?6 / ° C. Thermische Veränderungen beeinflussen die Stabilität des Lasers. Aufgrund der Wärmeausdehnungsparameter weisen Keramikrohre daher im Vergleich zu Metallrohren eine bessere Stabilität auf. Der Keramikkern kann bei einem höheren Gasgemischdruck arbeiten. Ein höherer Druck erzeugt eine bessere Betriebsfrequenz. Durch Erhöhen der Schaltfrequenz (Anstiegs- und Abfallzeit) wird der Bereich der maximalen Gravurgeschwindigkeiten weiter erhöht. Darüber hinaus verbrauchen Keramikrohre in ihrer Arbeit etwa 30% weniger Energie als Metallrohre.
Tabelle 1. Eigenschaften von CO 2 -Röhrchen aus Metall und Keramik.
Rohr Typ | Metalowa RF (Produzent - Synrad) | Keramik RF (Hersteller - Iradion) |
Vitalität | 20.000 ÷ 35.000 | ~ 30% länger als ein Metallrohr |
Möglichkeit der Regeneration | Möglich | Möglich |
Kühlung | Luft (für eine Leistung von bis zu 100 W), für eine Flüssigkeit mit höherer Leistung | Luft (für eine Leistung von bis zu 100 W), für eine Flüssigkeit mit höherer Leistung |
Minimaler Punktdurchmesser [mm] | ~ 0,05 | ~ 0,05 |
Impulserzeugungszeit | <100 | <75 |
Bauentwurf | Geschweißte Metallkonstruktion mit Elektroden im Inneren | Geschmolzene Keramikkonstruktion mit Elektroden andraußen |
Die in der obigen Tabelle enthaltenen Daten sind ungefähre Angaben und können von den tatsächlichen Parametern der CO 2 -Röhrchen abweichen.
Aus den gesammelten Informationen geht hervor, dass relativ neue Keramikrohre auf dem Markt bessere Eigenschaften aufweisen als Metallrohre. Es sei auch daran erinnert, dass sowohl Metall- als auch Keramikrohre durch deutlich bessere Parameter als Glasrohre gekennzeichnet sind. Die Parameterunterschiede zwischen Glas- und Metallrohren sind viel größer als zwischen Metall- und Keramikrohren, was zu einem stetigen Umsatzanstieg bei Metall- und Keramikrohren führt.
Quellen:
[1] https://atmsolutions.pl/
[2] https://www.iradionlaser.com/de/technology/our-technology/
[3] https://www.synrad.com/resources/general_information/aboutco2lasers
[4] http://stjorsen.pl/rightbar/ceramika-techniczna/materialy
