Сравнение СО2 и волоконного лазера

В этой статье мы рассмотрим два вида лазерного оборудования: на твердотельном волоконном лазере и газовом СО2.

Уже из названия становится ясно первое отличие этих двух источников лазерного излучения. В основе первого лежит волокно, активная среда которого выполнена из сверхчистого кварца легированного редкоземельным элементом эрбием.

Накачка активной среды в таком лазере осуществляется мощными широкополосными светодиодными модулями. В результате квантового усиления на выходе волокна образуется мощное когерентное излучение с длиной волны 1.06 мкм.

Рабочим же телом в СО2 лазерах является смесь газов, основным из которых является углекислый газ. Накачкой в таких лазерах может служит тлеющий разряд воздействующий на газовую смесь, генерируя лазерное излучение на выходе с длиной волны 10.6 мкм.

Помимо исходной активной среды, как можно заметить, эти лазеры отличают и длины волн сгенерированного излучения. Именно разная длина волны определяет воздействие на разные материалы этих двух видов лазеров. Также уместно заметить и еще одно отличие — диаметр пятна полученного на выходе лазера излучения. В волоконном лазере этот диаметр в десять раз меньше, чем в СО2, что позволяет получать более тонкий рез, и сконцентрировать большую энергию на меньшей площади. В результате скорость резки волоконным лазером тонколистового металла до 4-6 мм в два-три раза выше, чем при резке СО2 лазером. При этом качество реза, характеризующееся одним из таких параметров, как шероховатость остается примерно на одном уровне. С увеличением же толщины металла свыше 8мм превосходство в качестве кромки переходит к СО2 лазеру.

Возвращаясь к длине волны этих двух типов лазеров, нужно отметить поглотительную способность разных материалов в зависимости от длины волны. Так, например, оба вида лазера хорошо справляются с резкой стали, но когда вопрос встает о обработке латуни, серебра, или меди, то являясь идеальным отражающим материалом для волны в 10.6 мкм, СО2 лазер остается в стороне, отдавая пальму первенства волоконному лазеру с длиной волны 1.06 мкм. С другой стороны, такие материалы, как ткань натуральная или синтетическая, древесина, бумага, стекло, фанера являются отличными поглотителями длинноволнового инфракрасного излучения СО2 лазера, и соответственно отлично подходят для обработки таким видом лазера.

Производя сравнения двух видов лазера, волоконного и газового СО2, стоит отметить их конструктивное отличие. Не вдаваясь глубоко в детали, можно лишь сказать, что волоконный лазер, генерируя лазерное излучение непосредственно в волокне, которое является гибким, позволяет выводить полученное излучение напрямую к лазерной фокусирующей головке, без применения сложной оптической системы зеркал, которая, к тому же, требует частой юстировки и технического обслуживания. Система СО2 лазера являясь более технически сложной, имеет и большие габариты самой установки, и,что немаловажно, имеет значительно большее энергопотребление по сравнению с волоконным эрбиевым лазером. Говоря про энергопотребление уместно отметить и тот факт, что КПД этих разных видов лазеров имеют разные значения. Так, для волоконного лазера, КПД достигает 25%, в то время, как у газового СО2 лазера эта цифра находится в пределах 8-10%.

Подводя небольшой итог следует выделить некоторые моменты в отличии оборудования в основе которых лежат разные типы лазерного излучения:

Волоконный лазерный станок:

• Относительно небольшие габариты, что позволяет размещать его на значительно меньшей площади
• Благодаря волокну подводимому к режущей головке, не требуется сложной оптической системы, а значит и периодической юстировки, чистки оптики.
• Небольшое энергопотребление
• Нет потребности в технологических газах
• Простая система охлаждения
• Большой ресурс работы лазера, до 100 000 часов работы.
• Минимум расходных материалов, их невысокая стоимость и малая частота замены
• Небольшое качество кромки при резки больших толщин металла
• Возможность обработки латуни, меди, серебра

Газовый СО2 лазерный станок:

• Большие габариты, сложная система охлаждения
• Наличие оптики требующая периодической юстировки, и более квалифицированного персонала
• Значительное энергопотребление установки в целом
• Низкий КПД лазера
• Потребность в технологических газах для лазерного генератора, и их высокое качество, на что не всегда можно рассчитывать
• Дорогостоящее обслуживание установки, обходящееся в несколько десятков тысяч долларов в год
• Возможность резки больших толщин металла с хорошей шероховатостью кромки
• Невозможность обработки латуни, меди, серебра