Der Name Laser ist eine Abkürzung für die englischsprachige Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission , dh Lichtverstärkung durch erzwungene Emission elektromagnetischer Strahlung. Einer der Lasertypen ist ein CO 2 -Laser. Kohlendioxid ist das Hauptmedium, in dem der Laserstrahl erzeugt wird. Das Druckgasgemisch enthält neben Kohlendioxid auch Stickstoff, Wasserstoff und Helium. Ein Impuls elektrischer Spannung bewirkt, dass die Stickstoffatome schwingen, was wiederum ihre Energie auf Kohlendioxidmoleküle überträgt, wodurch sie Photonen emittieren.
Ein wesentlicher Parameter, der die CO 2 -Röhre charakterisiert, ist ihre Leistung. Mehr Leistung ermöglicht ein schnelleres Schneiden und Gravieren von Materialien und das Schneiden von dickeren Materialien. Der Laser mit einer CO 2 -Röhre eignet sich perfekt für die Verarbeitung von Nichtmetallen wie Plexiglas, Holz, Glas und Kunststoffen. Der gasgeschützte Balken ermöglicht auch das Schneiden von Metall.
Bei Laserplottern wird der Strahl in Form einer elektromagnetischen Welle durch das optische Spiegelsystem geleitet und gelangt schließlich durch die Linse. Dank des optischen Systems mit der Linse wird der Laserstrahl fokussiert und erhält die höchste Energiekonzentration auf der Oberfläche des Materials.
Optisches System von CO 2 -Laserplottern.
Numerisch gesteuerte CNC-Maschinen ermöglichen eine genaue Bewegung des Wagensystems mit dem Kopf bei einer bestimmten Geschwindigkeit über das Werkstück. Die Laserstrahlbehandlung ist völlig berührungslos.
Der Absorptionsgrad kennzeichnet die Fähigkeit des Materials, Energie zu absorbieren. Je höher der Absorptionsgrad ist, desto besser sind die Bearbeitungseigenschaften des Materials. Diese Eigenschaft beeinflusst die Gravur- und Schnittparameter einzelner Materialien und ermöglicht es uns, die erforderliche Leistung der Laserröhre zu bestimmen.
DC- und RF-Metallglasröhren
CO2-Laserröhren können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden:
- Glasröhren (DC - Gleichstrom)
- Metallröhren (RF - Radio Frequency).
Glas-CO 2 -Röhren werden durch hohe Gleichspannung angeregt, um einen Strahlimpuls zu erzeugen. Während des Betriebs benötigen sie eine konstante Wasserkühlung. Die Qualität der Gravur hängt in hohem Maße vom im Plotter verwendeten Steuerungssystem ab. Eine Glasröhre mit geringerer Leistung liefert aufgrund der besseren Strahlsteuerung häufig bessere Gravurergebnisse als eine Glasröhre mit höherer Leistung.
Glas-CO 2 -Röhre [1]
Metall-CO 2 -Röhren werden mit einer sehr hohen Frequenz angeregt und bieten daher eine außergewöhnliche Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Die Frequenz der Strahlimpulserzeugung und Leistungsstabilisierung ist viel höher als bei Glasröhren und die Punktgröße ist viel kleiner. Dies ist besonders wichtig beim Gravieren während des variablen Betriebs, wenn der Laser im Ein / Aus-Modus arbeitet. In Dateien wie Bitmaps, in denen jedes Auflösungspixel einen anderen Farbton aufweist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit und die gute Fokussierung des Fokusstrahls des Monochromlasers von großer Bedeutung. Langsamere Reaktion bei Verwendung von Glasröhrenkann leichte Unschärfe verursachen (Ghosting-Effekt).
Metall CO 2 Rohr [1]
Vergleich von Metall- und Glasröhren
- CO 2 -Röhrchenkühlung
Die meisten Metallrohre sind luftgekühlt, mit Ausnahme höherer Leistungen (über 150 W), die wassergekühlt werden können. Luftgekühlte Metallrohre haben neben den angebrachten Lüftern auch Aluminiumkühlkörper am gesamten Gehäuse, die bis zu einer bestimmten Menge an Rohrleistung die Wärme effizient an die Umgebung abgeben. Der Vorteil ist, dass wir keine zusätzliche Kühlquelle benötigen. Für sehr hohe Leistung wird Flüssigkeitskühlung verwendet. Es ist sicherlich viel effektiver, da die Flüssigkeit eine viel höhere Dichte als Luft hat, wodurch sie Wärmeenergie besser aufnimmt und abgibt.
Bei der Auswahl eines Glasrohrs ist zu berücksichtigen, dass wir uns zusätzlich mit einem Kühlgerät ausstatten müssen. Während bei Glasröhren mit geringer Leistung (bis zu 40 W) eine einfache Tauchpumpe in einem geschlossenen Behälter mit Kühlmittel ausreicht, sollte für Röhren mit höherer Leistung eine zusätzliche Flüssigkeitskühlvorrichtung vorgesehen werden. Der Kühler dient zum Abführen von Wärme aus Flüssigkeiten mithilfe eines Dampfkompressionszyklus oder eines Absorptionskühlzyklus. Beim Kühlen von Rohren mit Wasser sollten der Kühlmittelstand und die Sauberkeit sorgfältig überwacht werden. Die Wasserkühlung birgt auch das Risiko, dass bei Undichtigkeiten im Kühlkreislauf Überschwemmungen und damit verbundene Schäden an elektronischen Bauteilen auftreten können.
- Betrieb von CO 2 -Röhrchen
Die Lebensdauer von CO 2 -Quellen hängt von vielen Faktoren ab. Es ist sehr schwierig, die genaue Arbeitszeit zu bestimmen. Es kommt häufig vor, dass die Röhren nicht einmal die Hälfte der vom Hersteller angegebenen Zeit halten. Es gibt einige Betriebstipps, die einen großen Einfluss auf die Verschleißraten haben. Der erste Parameter ist die Belastung des Rohrs während des Betriebs. Röhren, die im Dauerbetrieb mit einer Leistung nahe dem Maximum (über 85%) betrieben werden, nutzen sich viel schneller ab als solche, die weniger belastet sind. Die Temperatur während des Rohrbetriebs sollte zwischen 15 und 25 ° C schwanken. Die besten Glasröhren können unter solchen Bedingungen bis zu 10.000 Arbeitsstunden standhalten, während Metallröhren für die erste Regeneration ein Ergebnis von 20.000 Stunden erzielen können.
Tabelle 1. Parameter von CO 2 -Röhrchen aus Glas und Metall.
Rohr Typ | Gleichstromglas | Metall RF |
Vitalität [Arbeitsstunden] | 5.000 - 10.000 | ~ 20.000 |
Möglichkeit der Regeneration | Meist unmöglich oder unrentabel | Möglich |
Kühlung | Flüssigkeit | Luft oder Flüssigkeit |
Minimaler Punktdurchmesser [mm] | ~ 0,2 | |
Pulsfrequenz [KHz] | 0-5 | 0-100 |
Ungefährer Preis einer 150-W-Röhre [PLN] | ca. 6000 - 8000 | ca. 40.000 - 55.000 |
Die in der obigen Tabelle enthaltenen Daten sind ungefähre Angaben und können von den tatsächlichen Parametern der CO 2 -Röhrchen abweichen.
Derzeit verbreitet der Marktanteil von CO 2 -Laserplottern die Popularität von Glas- und Metallrohren gleichmäßig. Viele Unternehmen zahlen für die Vorteile von Metallrohren ein Vielfaches mehr als für Glasröhren, während andere Unternehmen, deren Arbeit keine so hohen Anforderungen an die Verarbeitung stellt, sich für Glasröhren entscheiden, weil die Anschaffungskosten erheblich niedriger sind.
Es ist nicht möglich, die Frage eindeutig zu beantworten, welche Lösung für ein bestimmtes Unternehmen besser ist. Bevor Sie sich entscheiden, sollten Sie alle im obigen Artikel beschriebenen Vor- und Nachteile berücksichtigen.
Quellen:
[1] https://atmsolutions.pl/
[2] https://pl.wikipedia.org/wiki/Laser_molekularny
[3] https://www.cnc.info.pl/
