Technologia światłowodowa
Światłowodowy laser Fiber jest laserem, w którym aktywne medium stanowi zintegrowany światłowód domieszkowany pierwiastkami takimi, jak erb, iterb, neodym, dysproz, prazeodym i tul, w przeciwieństwie do konwencjonalnych laserów, w których wiązka jest transportowana na zewnątrz i prowadzoną systemem optycznym. W porównaniu z innymi technologiami laserowani lasery światłowodowe zapewniają wiele korzyści, takich jak łatwość użycia, wysoka niezawodność oraz jakość pracy. Za pomocą rdzenia światłowodowego światło lasera o określonej długości fali może przejść przez włókna. Moc wejściowa musi być odpowiednio duża by zapewnić odpowiednią moc wyjściową. Lasery światłowodowe posiadają szereg zalet. Są bardzo wydajne, niezawodne i stabilne w porównaniu z innymi typami laserów. Lasery te zapewniają wysoką jakoś wiązki przy czym są kompaktowe, mobilne oraz łatwe w użyciu. Zapewniają wysoką wydajność optyczną i elektryczną oraz są odporne na zmienne warunki środowiskowe co przekłada się na niski koszt ich utrzymania. Lasery światłowodowe posiadają wiele zastosowań, takich jak cięcie, i znakowanie materiałów metalowych. Są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, takich jak motoryzacja, medycyna, elektronika i produkcja.
Rys. 1. Wpływ zmiany parametrów znakowania na jakość powierzchni. (źródło ATMSolutions)
Do najbardziej powszechnych źródeł światłowodowych należą:
MOPA
Laser MOPA, jako szczególny rodzaj lasera Fiber, o długości fali 1064 nm posiada zdolność znakowania, wytrawiania oraz grawerowania produktów przeznaczonych dla różnych gałęzi przemysłu, które wykorzystujemy w celu identyfikacji, personalizacji lub dekoracji. Pojęcie MOPA jest właściwie skrótem od Master Oscillator Power Amplifier. Ten rodzaj technologii pozwala osiągnąć wydajny system laserowy dzięki możliwości manipulowania mocą oraz szerokością pasma.
W tym rodzaju źródła światłowodowego zmiana mocy lasera odbywa się przy pomocy oddzielnego wzmacniacza światłowodowego (power amplifier), który skaluje sygnał z głównego oscylatora małej mocy o wąskim spektrum (master oscillator). MOPA wyróżnia się redukcją niepożądanych efektów nieliniowych, które mogą wytwarzać inne długości fali bądź zmniejszać moc wiązki.
W tej technologii diody półprzewodnikowe wykorzystywane są jako mechanizm pompujący a światłowód jako medium prowadzące wiązkę, wzmacniające oraz jako rezonator.
Rys. 2. Znakowarka MOPA. (https://www.fiberlabs.com/)
Mopa jest dobrym rozwiązaniem do kolorowego znakowania stali nierdzewnej oraz znakowania na czarno białych tworzyw sztucznych oraz na biało czarnych tworzyw.
Rys. 3. Możliwości znakowarki MOPA. (źródło ATMSolutions)
GREEN
Zielony laser jest wiązką laserową o długości fali 532 nm generowaną przez wielofunkcyjną diodową pompę laserową o dużej mocy. W ten sposób generowana jest sama wiązka laserowa z podwojoną częstotliwością (dwa fotony o takiej samej częstotliwości oddziałują z materiałem nieliniowym dając w efekcie foton o energii dwukrotnie większej niż fotony początkowe (tj.dwukrotnie większa częstotliwość i połowa długości fali)). Dzięki połączeniu dopasowanych faz oraz wejściowej wiązki laserowej możemy uzyskać finalnie wiązkę o dużej mocy i intensywności. W dalszej kolejności następuje automatyczna zmiana ścieżki wiązki poprzez sterowanie wychyleniem galwanometru lub precyzyjnej stacji ruchomej.
Urządzenie pracujące z zieloną wiązką laserową posiada dobrą stabilność pracy i niskie koszty utrzymania. W szczególności stosowany jest do grawerowania szkła, sztucznego kryształu, szkła akrylowego oraz innych przezroczystych materiałów jak również do grawerowania trójwymiarowego tych materiałów. Świetnie sprawdza się w dwu- i trójwymiarowych grawerowaniu kryształów na podstawie zdjęć, spersonalizowanych prezentów czy produktów dekoracyjnych.
Rys. 4. Grawerowanie dwu- i trójwymiarowe. (źródło własne)
UV
Znakowarki laserowe UV wykorzystują źródło laserowe o długości fali 355 nm oraz technologię podwajania częstotliwości. W porównaniu z podczerwoną wiązką laserową laser UV posiada mniejszy przekrój poprzeczny wiązki w związku z czym może znacznie zredukować mechaniczne odkształcenia przedmiotu podczas znakowania.
Laser UV służy głównie do dokładnego znakowania lub grawerowania. Może być stosowany do znakowania żywności, znakowania opakowań medycznych, mikrootworów czy cięcia płytek krzemowych.
Głównymi zaletami lasera UV są wysoka jakość wiązki, mały przekrój poprzeczny zogniskowanej wiązki laserowej, precyzyjne znakowanie, wyższa rozdzielczość, mała strefa wpływu ciepła czy brak deformacji materiału znakowanego.
Rys. 5. Przykłady znakowania UV. (źródło własne)
Rys. 5. Laser UV stosowany do litografii (źródło: https://www.photonics.com/Articles/Lasers_for_Lithography)
PODSUMOWANIE
Obecnie na rynku coraz popularniejsze staje się zastosowanie Znakowarek światłowodowych. Ich głównymi zaletami są duże prędkości pracy oraz szeroki zakres materiałów, które można obrabiać. Dodatkowo mobilność urządzeń oraz intuicyjność programów sterujących często wpływa na łatwość wykorzystania znakowarek.
Znakowarki światłowodowe wykorzystywane są głównie w celu znakowania i grawerowania materiałów przeznaczonych na tabliczki informacyjne, tabliczki znamionowe, medale, statuetki, pamiątki itp. Coraz częściej wszelkie tabliczki wykonane z materiałów metalowych lub metali pokrywanych są obrabiane za pomocą Znakowarek Fiber dzięki czemu w krótkim czasie jesteśmy w stanie osiągnąć wysoką jakość graweru odporną na ścieranie. Tą znakowarką możemy ciąć cienkie folie czy grawerować niektóre tworzywa sztuczne.
W przemyśle pamiątkowym szczególnie często wykorzystywane jest źródło Green przy znakowaniu w szkle, szkle akrylowym czy krysztale. Dzięki tej technologii z powodzeniem jesteśmy w stanie znakować powierzchniowo oraz tworzyć grafikę trójwymiarową (często na podstawie zdjęć).
Świetnym wykorzystaniem innowacyjnej technologii jest zastosowanie Znakowarki UV do znakowania żywności czy opakowań medycznych. Pozwala to na higieniczną, bezkontaktową obróbkę. Dodatkowym, popularnym wykorzystaniem tego źródła jest cięcie płytek krzemowych, wykonywanie mikrootworów czy szeroki zakres zastosowań w litografii.
Tabela poniżej przestawia źródła oraz ich ogólne zastosowanie.
|
Rodzaj |
Długość fali |
Zastosowanie |
Materiał |
|
Fiber |
1064 nm |
znakowanie, grawerowanie, cięcie (cienkie folie) |
metale, metale pokrywane, tworzywa sztuczne, lustro |
|
MOPA |
znakowanie kolorowe, grawerowanie |
metale, stal nierdzewna, tworzywa sztuczne |
|
|
Green |
532 nm |
grawerowanie |
szkło, kryształ, szkło akrylowe |
|
UV |
355 nm |
znakowanie, grawerowanie |
tworzywa sztuczne, krzem, ceramika, powlekane szkło |
Źródła:
[1] https://atmsolutions.pl/
[2] https://www.researchgate.net/publication/276024952_Fiber_Lasers
[3] https://www.rp-photonics.com/frequency_doubling.html
[4] https://www.arcalabelingmarking.com/prodotti/laser-markers/mopa-fiber-laser-laser-marking/
[5] https://www.spilasers.com/industrial-fiber-lasers/how-fiber-lasers-work/
[6] https://www.fiberlabs.com/glossary/fiber-laser/
