Виды фокусирующих линз для лазерных станков

Современные CO2 лазерные станки широко применяются для резки, гравировки различных материалов. Одним из ключевых компонентов, напрямую влияющих на качество обработки, является фокусирующая линза. От её характеристик зависит, насколько чистым будет рез, какой глубины получится гравировка и можно ли обработать толстый материал за один проход. В статье расскажем, какие бывают разновидности линз и как их подобрать.

Что такое фокусирующая линза

Это оптический элемент, установленный в лазерной головке, который собирает луч в минимальную точку (фокус). Именно в этой точке концентрация энергии максимальна, что позволяет эффективно прожигать и разрезать материал.

Без линзы лазерное излучение, выходящее из трубки, имело бы слишком большой диаметр и рассеивалось. Линза же сжимает его до микроскопического пятна, обеспечивая необходимую плотность энергии.

Основные функции фокусирующей линзы

1. Фокусировка луча — формирование рабочей точки с минимальным диаметром.
2. Управление глубиной реза и гравировки — чем меньше фокусное расстояние, тем выше детализация, но ниже глубина. Длинные фокусы дают обратный эффект.
3. Обеспечение качества обработки — чистый край, отсутствие нагара и точность мелких элементов.
4. Снижение энергозатрат — правильно подобранная линза позволяет работать на меньших мощностях, сохраняя качество.
5. Универсальность — возможность использовать один и тот же станок для резки и гравировки, просто меняя линзы.

Виды фокусирующих линз по фокусному расстоянию

Короткофокусные линзы (до 40 мм)

Особенности:

• Формируют очень маленькое пятно луча (до 0,1 мм).
• Обеспечивают высокую плотность энергии в точке.
• Отличаются малой глубиной реза.

Применение:

• Тонкая и детализированная гравировка (надписи, логотипы, мелкие элементы).
• Резка тонких материалов: фанеры до 3–5 мм, акрила до 3 мм, кожи, ткани.

Плюсы:

1. Максимальная детализация изображения.
2. Высокая скорость обработки тонких материалов.
3. Отличное качество гравировки.

Минусы:

1. Нельзя использовать для резки толстых материалов.
2. Быстрее загрязняются из-за близости зоны обработки.

Среднефокусные линзы (40–75 мм)

Особенности:

• Универсальный вариант для большинства задач.
• Диаметр пятна чуть больше, чем у короткофокусных линз.
• Хорошее соотношение скорости, глубины и качества.

Применение:

• Резка фанеры толщиной 5–10 мм, акрила до 8 мм, МДФ.
• Универсальная гравировка (в том числе средней детализации)

Плюсы:

1. Подходят для большинства производственных задач.
2. Универсальность: можно и резать, и гравировать.
3. Хорошая производительность при серийном раскрое.

Минусы:

1. Детализация ниже, чем у короткого фокуса.
2. Для материалов свыше 10 мм не подходят.

Длиннофокусные линзы (75 мм и более)

Особенности:

• Формируют более крупное пятно луча.
• Концентрация энергии ниже, зато глубина реза значительно выше.
• Требуют большего рабочего расстояния от линзы до материала.

Применение:

• Резка толстых материалов: фанеры, акрила, МДФ толщиной 10–20 мм и более.
• Производство рекламных конструкций, мебельных деталей, строительных элементов.
• Работы с крупными заготовками, где важна глубина, а не детализация.

Плюсы:

1. Отличная резка толстых материалов.
2. Возможность обрабатывать габаритные детали.

Минусы:

1. Потеря точности при мелкой гравировке.
2. Более низкая скорость при работе с тонкими материалами.

Сравнительная таблица линз по фокусному расстоянию

Фокусное расстояние	Применение	Преимущества	Ограничения
до 40 мм	Гравировка, резка тонких материалов (до 3–5 мм)	Максимальная детализация рисунка, тонкое пятно луча	Небольшая глубина реза, не подходит для толстых материалов
40–75 мм	Универсальная резка и гравировка (фанера 5–10 мм, акрил до 8 мм)	Баланс между скоростью и качеством, подходит для большинства задач	Детализация ниже, чем у короткого фокуса
75 мм и более	Резка толстых материалов (10–20 мм и более)	Глубокий и чистый рез, подходит для крупных заготовок	Более крупное пятно луча, падает качество мелкой гравировки

Виды линз по конструкции

• Plano-Convex (плоско-выпуклые линзы). Наиболее распространённый тип линз для CO2 лазеров. Имеют одну плоскую и одну выпуклую поверхность. Отличаются простотой производства и доступной стоимостью, хорошо подходят для резки и гравировки материалов средней толщины.
• Bi-Convex (двояковыпуклые линзы). Имеют две выпуклые поверхности, обеспечивают более сильное сжатие луча по сравнению с плоско-выпуклыми. Применяются там, где требуется высокая плотность энергии, например, при резке плотных и толстых материалов.

Виды линз по покрытию

Покрытие линзы играет огромную роль, так как именно оно определяет, сколько энергии лазера будет потеряно при прохождении через оптический элемент.

1. Линзы без покрытия. Самый бюджетный вариант. Потери излучения могут достигать 15–20%, что снижает эффективность станка. Подходят для начинающих пользователей и небольших мастерских, где важна минимальная цена.
2. Линзы с антиотражающим покрытием. Специальный тонкий слой наносится на поверхность линзы для снижения отражений. Увеличивают срок службы линзы и позволяют работать стабильнее при высоких нагрузках.
3. Линзы с многослойным покрытием. Более дорогой и технологичный вариант. Обеспечивают минимальные потери и высокую стойкость к загрязнению. Используются в промышленном оборудовании, где важна максимальная эффективность.

Виды линз по материалу

• Селенид цинка (ZnSe). Это самый распространённый материал для линз. Преимущества: высокая прозрачность в инфракрасном диапазоне, что идеально соответствует длине волны лазерных CO2 станков; доступная цена; универсальность применения. Используется для резки и гравировки дерева, акрила, фанеры, кожи, тканей и других неметаллических материалов.
• Арсенид галлия (GaAs). Более прочный и термостойкий материал по сравнению с ZnSe. Преимущества: высокая устойчивость к механическим повреждениям, отличная теплопроводность, устойчивость к загрязнениям. Применение: подходит для работы с материалами высокой плотности, а также для промышленных производств.

Как выбрать фокусирующую линзу

Определите задачи: резка или гравировка

• Для гравировки лучше всего подходят короткофокусные линзы. Они формируют маленькое фокусное пятно, что обеспечивает высокую детализацию. Подойдут для нанесения логотипов, мелких надписей, узоров.
• Для резки тонких и средних материалов оптимальны среднефокусные линзы. Это универсальный вариант для повседневных задач.

Учитывайте мощность лазерной трубки

• При малой мощности (40–60 Вт) линза с коротким фокусом даст больше эффекта, так как максимально концентрирует луч.
• Для средних мощностей (80–130 Вт) применяют среднефокусные линзы — это баланс качества и скорости.
• При высокой мощности (150 и более Вт) лучше использовать длиннофокусные линзы, чтобы эффективно работать с толстыми материалами.

Обратите внимание на материал

• ZnSe (селенид цинка): самый популярный вариант, хорошо пропускает инфракрасное излучение.
• GaAs (арсенид галлия): прочнее и долговечнее, лучше подходит для промышленного использования.

Учитывайте условия эксплуатации

• Если станок используется для серийного производства, имеет смысл держать набор линз с разным фокусом и менять их в зависимости от материала.

Основные правила ухода за фокусирующими линзами

Регулярная чистка

• Линзу рекомендуется проверять перед каждой сменой и очищать при малейших следах пыли или копоти.

Правильная установка

• При монтаже линза должна быть установлена правильной стороной к лучу (обычно это указано производителем).
• Недопустимо прикасаться к рабочей поверхности руками — жирные следы остаются даже после чистки.

Контроль температуры

• Перегрев — одна из главных причин выхода линз из строя. Необходимо следить за системой охлаждения.
• При работе на высокой мощности рекомендуется чаще проверять состояние линзы.

Защита от пыли и копоти

• Для работы с деревом, фанерой и акрилом желательно использовать воздушное сопло, которое выдувает продукты горения из зоны фокусировки.
• Это предотвращает оседание копоти на поверхности линзы и продлевает срок службы.

Своевременная замена

• Даже при правильном уходе ресурс линзы ограничен. При появлении помутнений, царапин или трещин её нужно заменить.
• Использование повреждённой линзы приводит к нестабильной работе и перегрузке лазерной трубки.

Часто задаваемые вопросы

Из чего делают линзы для лазеров?

Чаще всего используют цинк селенид — он обладает отличной пропускной способностью для CO2 лазеров и выдерживает мощные потоки излучения. Также линзы делают из арсенида галлия.

Когда следует менять линзу лазерного резака?

Когда на её поверхности появляются царапины, трещины или помутнения, снижающие качество фокусировки. Если во время работы заметно падение мощности лазера или ухудшение качества реза, это тоже явный сигнал к замене. В среднем линзу меняют через 6–12 месяцев активной работы.

Чем чистить линзу лазерного станка?

Для очистки линзы лазерного станка используют только специальные салфетки без ворса или мягкие тампоны, чтобы избежать царапин. Рекомендуется применять изопропиловый спирт или специальные оптические растворы, которые эффективно удаляют пыль, жир и нагар. Запрещается использовать бытовые моющие средства или абразивные материалы, так как они могут повредить оптическое покрытие.