Technologia laserów 3D

Moduł odchylania wiązki lasera dwuosiowy 2D

Zespoły odchylania 2-osiowe, odchylają wiązki lasera w kierunku X i Y. Tworzy to obszar dwuwymiarowy, w którym promień lasera może być skierowany w dowolny punkt. Ten obszar jest określany, jako "oznakowany" i jest pokazany na rysunku. Ugięcie promienia jest realizowane przez układ dwóch luster, które są przemieszczane przez skaner galwanometru. Zespół odchylający ma otwór wlotowy, poprzez który wpada promień lasera i otwór wylotowy, przez który promień lasera wychodzi z zespołu odchylającego. Podstawowym ograniczeniem tak zbudowanego modułu jest mała powierzchnia działania ograniczona przekrojem okna wylotowego F-theta (obiektyw).

  
Rys.1  Rozmiar powierzchni roboczej lasera 2D jest ograniczony powierzchnią soczewki wyjściowej obiektywu F theta. Nie ma możliwości ciągłej dynamicznej regulacji ogniskowej


Moduł odchylania wiązki lasera trzy osiowy 3D

3-osiowe moduły odchylające wiązki lasera zostały opracowane ze względu na koszty i ograniczenia wielkości przekroju na wyjściu obiektywu F-theta, stosowanego w jednostkach odchylania 2-osiowego. W module 2 osiowym, istnieją granice otworu wiązki, co ogranicza ich zdolność do pokrycia większego obszaru roboczego. 3-osiowe moduły spełniają wymagania aplikacji klienta dla dużych obszarów roboczych oraz zapewniają mniejszy rozmiar średnicy promienia lasera (spot) oraz pozwalają użytkownikowi na zmianę odległości pracy oraz rozmiaru plamki na tej samej jednostce odchylania. 3-Osiowy podmoduł również lepiej nadaje się do obróbki elementów ruchomych i w aplikacjach 3D oraz umożliwia przetwarzanie niepłaskich części lub nierównych powierzchni i produktów z zachowaniem wysokiej wydajności
3-osiowy moduł odchylania wiązki laserowej jest wyposażony na wejściu z tzw. linear moduł (moduł ogniskowania). Sterowany elektrycznie moduł koryguje promień lasera w zależności od płożenia kątowego luster, które odchylają wiązkę laserową w kierunku X i Y.
Dzięki korekcji ostrości, skoncentrowana plamka lasera zawsze przemieszcza się po powierzchni płaskiej, a nie sferycznej. W miejscach poza centrum obszary roboczego promień laserowy jest zawsze ostry. Kompensacja ostrości pomiędzy soczewką obiektywu i ruchomą soczewką ogniskowania oraz ruchomymi lustrami odbywa się w czasie rzeczywistym. Układ ogniskowania tworzy trzecią regulowaną oś Z - stąd określenie "trzy-osiowy moduł 3D”.
Bezsprzecznie jest to najlepsze rozwiązanie techniczne pozwalające na uzyskanie dużych obszarów roboczych, małych średnic plamek oraz pozwala sterować ogniskowaniem promienia lasera, co pozwala nie tylko przecinać materiał, ale też bigować, nacinać grawerować. Te solidne urządzenia łączą w sobie szybkość (czas reakcji rzędu milisekund) i elastyczność oraz pozwala działać na dużych powierzchniach roboczych.

  
Rys. 2  Rozmiar powierzchni roboczej lasera 3D nie jest ograniczony powierzchnią soczewki wyjściowej obiektywu F theta. Ograniczeniami są: zakres pracy luster układu Galva Mirror oraz moc lasera. Powierzchnia robocza wynosi 340 x 483 mm dla lasera 180 W. Ostrość jest ustawiana dynamicznie w sposób ciągły. Plamka lasera jest zawsze zogniskowana na powierzchni niezależnie od odległości od środka oraz prędkości przesuwu promienia lasera. 
 

Rys. 3  Powyższe porównanie ukazujcie, w jaki sposób układ dynamicznej regulacji ogniskowej (trzecia oś) koryguje położenia ogniska plamki, aby zawsze była położona na powierzchni obrabianego materiału lub odpowiednio zagłębiona do cięcia lub grawerowania.


Rys. 4  Porównanie przestrzeni roboczej lasera 2D (lewa strona) z laserem 3D (prawa strona).

Skanery Galvo są szeroko stosowane do precyzyjnego sterowania promieniem lasera. Każdy skaner Galvo składa się z silników rotacyjnych, luster elektroniki. Lustra są istotnym elementem optycznym w każdym systemie 2D lub 3D, dlatego zwracamy szczególną uwagę na właściwości optyczne i mechaniczne. Dla systemów skanerów Galvo niska inercja jest kluczowa dla osiągnięcia najwyższych możliwych przyspieszeń. Z drugiej strony, wysoka sztywność zwierciadeł jest wymagana do uzyskania trwałości skanera serwo. Równowagi między tymi dwoma parametrami jest kluczowa, zwierciadła wykonane są z materiałów, takich jak krzem.

Opisany powyżej moduł odchylania wiązki lasera trzy osiowy 3D współpracuje ze źródłem promieniowania, czyli laserem. W modułach oferowanych przez Poligrafia Mercator, a produkowanych przez lidera technologii laserowych firmę Han's Laser Technology Industry Group, Co., Ltd zastosowany jest laser RF CO2 wykonany w technologii tuby metalowej. Lasery CO2 są produkowane w postaci tub wykonanych ze szkła lub metalu.
•    Lasery z tubą szklaną charakteryzują się niską ceną zakupu i dobrą jakością oraz trwałością. Ich realna żywotność wynosi ok. 1500 godzin pracy dla standardowych tub oraz ok. 2500 godzin pracy dla tub o podwyższonej, jakości wykonania. Lasery szklane są wzbudzane wysokim napięciem stałym (DC) o napięciu 16-24 kV. Zasilacze wysokonapięciowe są kłopotliwe w użytkowaniu i serwisowaniu. Tuby szklanych laserów nie podlegają regeneracji.
•    Profesjonalne lasery z tubą metalową w technologii RF o doskonałych parametrach, stosowane w urządzeniach na całym świecie. Generują wiązkę laserową o bardzo dobrych właściwościach optycznych. Laser RF generuje wiązkę o dużej spójności (koherentności) oraz małej rozbieżności, dzięki czemu możliwe uzyskanie dużej gęstości mocy. Skutkuje to otrzymaniem idealnej krawędzi cięcia obrabianego materiału oraz niewielkiej szczeliny cięcia ( możliwe jest wycinanie bardzo drobnych elementów). Lasery RF posiadają bardzo długi czas eksploatacji wynoszący 15 000- 20 000 godzin. Ważną zaletą laserów RF jest możliwość regeneracji. Moc laserów wynosi 180W lub 300W. Napięcie zasilania wynosi 48V DC

Połączenie lasera RF wykonanego w technologii tuby metalowej oraz modułu odchylania wiązki lasera trzy osiowego 3D tworzy serce urządzenia do obróbki ( cięcia, grawerowania, bigowania).

Przykładowa zabudowa dwóch modułów laserowych 3D w urządzeniu do cięcia model LC600 SF

Wszelkie prawa zastrzeżone. Copyright © Poligrafia Mercator realizacja : Intellect.pl