لیزرهای فایبر در همه جای جهان مدرن وجود دارند. با توجه به طول موج های مختلفی که این دستگاه ها می توانند تولید کنند، به طور گسترده ای در محیط های صنعتی برای انجام برش، علامت گذاری، جوشکاری، تمیز کردن، بافت، حفاری و موارد دیگر استفاده می شوند. آنها همچنین در زمینه های دیگر مانند مخابرات و پزشکی نیز کاربرد دارند.

فناوری لیزر فایبر


لیزرهای فایبر از یک کابل فایبر نوری ساخته شده از شیشه سیلیس برای هدایت نور استفاده می کنند. پرتو لیزر به دست آمده در این روش از سایر لیزرها دقیق تر است، زیرا صاف تر و کوچکتر می باشد. آنها همچنین دارای یک ردپای کوچک، راندمان الکتریکی خوب، تعمیر و نگهداری کم و هزینه های عملیاتی پایین هستند.

چه زمانی لیزر فایبر اختراع شد؟

الیاس اسنیتزر لیزر فایبر را در سال 1961 اختراع کرد و استفاده از آن را در 1963 به عموم نشان داد. با این حال، برنامه های تجاری جدی فقط در دهه 1990 ظاهر شد.
دلیل اصلی مدت زمان طولانی بین اختراع و استفاده تجاری از این لیزر اینست که فناوری لیزر فایبر هنوز در مراحل اولیه خود بود. به عنوان مثال، لیزرهای فایبر فقط می توانستند چند ده میلی وات ساطع کنند، در حالی که اکثر برنامه ها حداقل به 20 وات انرژی نیاز دارند. همچنین هیچ وسیله ای برای تولید نور پمپ با کیفیت بالا وجود نداشت، زیرا دیودهای لیزری به خوبی امروز عمل نمی کردند.
امروزه هنوز پیشرفت های مهمی در زمینه فناوری لیزر فایبر در حال انجام است و آن را کارآمدتر، قدرتمندتر و در دسترس تر می کند. برخی از جدیدترین کاربردها شامل تمیز کردن لیزر و بافت لیزری است که می تواند جایگزین فناوری های آلاینده شود و به سبزتر شدن جهان کمک کند.

تاریخچه لیزر فایبر
نسل قدیم لیزر فایبر

ماشین لیزر فایبر

هنگامی که یک سیستم لیزر فایبر به عنوان یک ترکیب آماده استفاده می شود، آن ترکیب را دستگاه لیزر فایبر می نامند. در حالی که سیستم لیزری OEM ابزاری است که عملیات را انجام می دهد، دستگاه لیزر چارچوبی است که ابزار مذکور در آن ادغام شده اند.
در دستگاه های لیزر فایبر می توان مطمئن شد که:
• کارگران با ایمنی لیزری و خروج دود 100٪ مواجه هستند.
• اجزای مکانیکی برای خودکارسازی عملیات یا تسهیل کار اپراتور گنجانده شده است.
• فرآیند لیزر برای یک عمل خاص دقیق تنظیم شده است.

ماشین برش لیزری فایبر
ماشین برش لیزری فایبر

انواع لیزر های فایبر

به طور کلی ، لیزرهای فایبر را می توان با استفاده از معیارهای زیر طبقه بندی کرد:

منبع لیزر:

لیزرهای فایبر با توجه به موادی که منبع لیزر با آنها مخلوط شده است، متفاوت هستند. برخی از نمونه ها شامل لیزرهای الیافی داپ شده با ایتربیوم، لیزرهای الیافی داپ شده با تولیوم و لیزرهای فایبر داپ شده با اربیوم می باشند. همه این نوع لیزرها برای کاربردهای مختلف استفاده می شوند، زیرا طول موج های متفاوتی تولید می کنند.

منبع لیزر
منبع لیزر

نحوه عملکرد:

انواع مختلف لیزرها، پرتوهای لیزر را به شکل متفاوتی آزاد می کنند. پرتوهای لیزر را می توان با سرعت تکرار معین برای رسیدن به قدرت های اوج (لیزرهای پالس فایبر) پالس کرد، همانطور که در مورد لیزرهای “سوئیچ q”، “افزایش سود” و “حالت قفل” وجود دارد. یا می توانند پیوسته باشند، به این معنی که آنها به طور مداوم همان مقدار انرژی (لیزرهای فیبر موج پیوسته) را ارسال می کنند.

قدرت لیزر:

توان لیزر بر حسب وات بیان می شود و نشان دهنده قدرت متوسط پرتو لیزر است. به عنوان مثال، می توانید لیزر فایبر 20W ، لیزر فایبر 50W و غیره داشته باشید. لیزرهای پرقدرت سریعتر از لیزرهای کم مصرف انرژی تولید می کنند.

سبک:

سبک به اندازه هسته (جایی که نور در آن حرکت می کند) در فیبر نوری بستگی دارد. دو نوع سبک وجود دارد: لیزرهای فایبر تک حالته و لیزرهای فایبر چند حالته. قطر هسته برای لیزرهای تک حالته کوچکتر است. معمولاً بین 8 تا 9 میکرومتر، در حالی که برای لیزرهای چند حالته، معمولاً بین 50 تا 100 میکرومتر است. به عنوان یک قاعده کلی، لیزرهای تک حالته نور لیزر را به طور مؤثرتری منتقل می کنند و کیفیت پرتو بهتری دارند.

لیزرهای فایبر را می توان به روش های دیگر دسته بندی کرد، اما دسته هایی که در اینجا ذکر شد رایج ترین آنها هستند. اگر می خواهید نمونه هایی از لیزرهای فایبر ادغام شده در محصولات را ببینید، این پیوندها را دنبال کنید:
• سیستم های علامت گذاری لیزری فایبر
• سیستم های علامت گذاری لیزری فایبر با قدرت بالا
• دستگاه های علامت گذاری لیزری فایبر
• دستگاه های لیزر تمیز کننده فایبر

سبک لیزر فایبر
سبک لیزر فایبر

عمر لیزر فایبر

اکثر منابع ادعا می کنند که لیزرهای فایبر 100000 ساعت و لیزرهای CO2 حدود 30.000 ساعت عمر مفید دارند. این ادعا کاملاً درست نیست. این اعداد تا حدی به نام “میانگین زمان بین خرابی” (MTBF) اشاره دارند که برای همه لیزرهای فایبر یکسان نمی باشد. در حقیقت، شما اعداد متفاوتی را برای انواع مختلف لیزرهای فایبر مشاهده خواهید کرد.
MTBF معیار قابلیت اطمینان لیزر را با نشان دادن اینکه دستگاه چند ساعت تا خرابی عمر مفید دارد، اندازه گیری می کند. این معیار با آزمایش چند واحد لیزری و سپس تقسیم کل ساعت های عملیاتی بر تعداد کل خرابی ها بدست می آید.
اگرچه این مقدار دقیقاً به شما نمی گوید که یک لیزر فایبر چقدر می تواند دوام بیاورد، اما ایده خوبی از قابلیت اطمینان لیزر ارائه می کند.

اگر واقعاً می خواهید طول عمر دقیق لیزر فایبر را بدانید، ناامید خواهید شد، زیرا پاسخ واقعی وجود ندارد. در حقیقت، لیزرهای فایبر در طول عمر خود دارای نقاط بحرانی هستند که می توانند خراب شوند.
در صورتی که لیزر شما در هر یک از این لحظات دچار خرابی شود، باید موارد زیر را بدانید:
• عمر اولیه: اگر لیزر فایبر دارای خطاهای ساختی باشد، احتمالاً در مراحل اولیه دچار خرابی می شود. شما باید اطمینان حاصل کنید که ضمانت خرید دارید که خطاهای ساخت را پوشش می دهد تا لیزر بدون هیچگونه هزینه ای تعویض گردد.
• عمر متوسط: پس از گذراندن اولین دوره بحرانی عمر اولیه، مقدار MTBF ایده خوبی را در مورد احتمال شکست لیزر به شما ارائه می دهد. MTBF بالا اطمینان خوبی است که همه چیز بدون مشکل پیش می رود، اما تضمینی نیست. شما می توانید به طرق مختلف خود را برای خرابی ها در طول عمر متوسط آماده کنید. بدین صورت که یک لیزر اضافی به راحتی در دسترس داشته باشید؛ در هنگامی که لیزر شما در حال تعمیر است یک لیزر اجاره کنید و یا یک ضمانت خرید طولانی مدت داشته باشید.
• عمر پایانی: وقتی لیزرهای فایبری به پایان عمر خود نزدیک می شوند، احتمال خرابی به شدت افزایش می یابد. حتی در آن صورت، یک لیزر صنعتی با کیفیت بالا اغلب می تواند از میزان MTBF خود عبور کند.

عمر مفید لیزر فایبر
عمر مفید لیزر فایبر

لیزر فایبر چگونه کار می کند و اجزای آن چیست؟

لیزرهای فایبر از نور پمپ ساطع شده از دیودهای لیزری استفاده می کنند. این دیودها نوری را منتشر می کنند که به کابل فیبر نوری ارسال می شود. سپس اجزای نوری واقع در کابل برای تولید طول موج خاص و تقویت آن استفاده می شوند. در نهایت، پرتو لیزر حاصل شکل گرفته و آزاد می گردد. در اینجا نحوه استفاده از هر جزء برای انجام این عملیات آمده است:

مرحله 1. نور در دیودهای لیزری ایجاد می شود

دیودهای لیزری برق را به فوتون-یا نور-تبدیل می کنند تا به کابل فیبر نوری پمپ شود. به همین دلیل، آنها به عنوان “منبع پمپ” نیز شناخته می شوند. برای تولید نور، دیودها از دو نیمه هادی متفاوت شارژ می شوند:
• نیمه هادی اول مثبت است، به این معنی که به یک الکترون اضافی نیاز دارد.
• نیمه هادی دوم منفی است، به این معنی که دارای یک الکترون اضافی یا یک الکترون آزاد است.

وقتی بارهای مثبت و منفی به هم می رسند، سعی می کنند ترکیب شوند. اما برای انجام این کار، الکترون آزاد باید به عنوان فوتون آزاد شود. با عبور جریان از نیمه هادی ها، مقدار فوتون ها به سرعت افزایش می یابد.
نور حاصل در کابل فیبر نوری پمپ می شود و برای تولید پرتو لیزر مورد استفاده قرار می گیرد.

عملکرد لیزر فایبر
عملکرد لیزر فایبر

مرحله 2. چراغ پمپ در کابل فیبر نوری هدایت می شود

در طبیعت، نور به تمام جهات می رود. برای متمرکز کردن نور در یک جهت و به دست آوردن پرتو لیزر، کابل های فیبر نوری از دو جزء اصلی استفاده می کنند: هسته فیبر و روکش.
• هسته جایی است که نور در آن حرکت می کند. از شیشه سیلیس ساخته شده است و تنها بخشی از کابل است که شامل یک عنصر خاک کمیاب می باشد.
• روکش فلزی ماده ای است که هسته را احاطه کرده است. هنگامی که نور به روکش می خورد، دوباره به هسته باز می گردد. این امر به این دلیل رخ می دهد که روکش بازتاب داخلی کامل را فراهم می کند.
بازتاب کلی داخلی به این دلیل رخ می دهد که روکش فلزی ضریب شکست کمتری نسبت به هسته دارد. شما می توانید اثرات مشابهی را در طبیعت مشاهده کنید. به عنوان مثال، اگر به اجسام غوطه ور نگاه کنید، آنها تغییر شکل یافته به نظر می رسند. این امر به این دلیل است که وقتی نور از هوا به آب می رود، به ضریب شکست متفاوتی برخورد کرده و جهت خود را تغییر می دهد. همین امر در مورد حرکت نور از هسته به روکش نیز صادق است، با این تفاوت که تغییر جهت بازتاب ایجاد می کند.
بدون وجود روکش، نور به تمام جهات می رود و از هسته خارج می شود. اما به لطف ضریب شکست روکش، نور در هسته باقی می ماند و مسیر خود را ادامه می دهد.

مرحله 3. نور در حفره لیزر تقویت می شود

همانطور که نور پمپ از طریق فیبر نوری عبور می کند، در نهایت وارد حفره لیزر می شود، که ناحیه کوچکی از کابل است که در آن تنها نور طول موج مشخص تولید می گردد. مهندسان فیزیک می گویند که فیبر در این منطقه “داپ شده” است، زیرا با یک عنصر خاکی کمیاب مخلوط می شود.
همانطور که ذرات فیبر داپ شده با نور تعامل می کنند، الکترون های آنها به سطح انرژی بالاتری می رسند. وقتی به حالت اولیه خود برمی گردند، انرژی را به شکل فوتون یا نور آزاد می کنند. مهندسان فیزیک از این پدیده ها به عنوان “تحریک الکترون” و “آرامش الکترون” یاد می کنند.
حفره لیزر همچنین به عنوان یک تشدید کننده عمل می کند که در آن نور بین آنچه “گریتینگ فیبر براگ” نامیده می شود، به عقب و جلو می رود. این فرایند منجر به “تقویت نور توسط انتشار تحریک تابش” یا LASER می شود. به بیان ساده، اینجا محل تشکیل پرتو لیزر است.
دو نوع گریتینگ براگ وجود دارد:
• اولی به عنوان یک آینه عمل می کند و نور را به داخل حفره باز می گرداند.
• دومی به عنوان یک آینه انتخابی عمل می کند و اجازه می دهد بخشی از نور از حفره خارج شود، اما بقیه را به داخل حفره باز می گرداند.

اکنون نحوه تقویت پرتو را بیان می کنیم: وقتی فوتون ها به ذرات برانگیخته دیگر برخورد می کنند، این ذرات نیز فوتون ها را آزاد می نمایند. از آنجا که توری های براگ فوتون ها را به داخل حفره منعکس می کنند و نور پمپ بیشتری به داخل حفره ارسال می شود، تعداد فوتون ها به صورت نمایی آزاد می گردد. در نتیجه این انتشار تابش تحریک شده، نور لیزر ایجاد می شود.

مرحله 4. نور لیزر با طول موج خاص ایجاد می شود

طول موج تولید شده توسط فیبر داپینگ با توجه به عنصر دوپینگ حفره لیزر متفاوت است. این نکته بسیار مهم است، زیرا طول موج های مختلف برای کاربردهای مختلف استفاده می شوند. عنصر داپینگ می تواند اربیوم، ایتربیوم، نئودیمیوم، تولیوم و غیره می باشد. به عنوان مثال، لیزرهای الیافی داپ شده با اتربیوم طول موج 1064 نانومتر تولید می کنند و برای کاربردهایی مانند علامت گذاری لیزری و تمیز کردن لیزر استفاده می شوند.
عناصر داپینگ مختلف طول موج های متفاوتی تولید می کنند، زیرا ذرات خاص فوتون های خاصی را آزاد می نمایند. به این ترتیب، فوتون های تولید شده در حفره لیزر همگی دارای طول موج یکسانی هستند. این امر توضیح می دهد که چرا هر نوع لیزر فایبر طول موج خاصی را تولید می کند.

پرتو لیزر
پرتو لیزر

مرحله 5. پرتو لیزر شکل گرفته و آزاد می شود

فوتون هایی که از حفره تشدید خارج می شوند، یک پرتو لیزر را تشکیل می دهند که به دلیل خواص هدایت کننده نور فایبر بسیار خوب (یا مستقیم) به هم متصل هستند. در حقیقت، برای اکثر کاربردهای لیزر بسیار همسان می باشند.
برای دادن شکل مطلوب به پرتو لیزر، می توان از اجزای مختلفی مانند لنزها و بسط دهنده های پرتو استفاده کرد. به عنوان مثال، لیزرهای فایبر مجهز به یک لنز 254 میلی متری با فاصله کانونی برای کاربردهای لیزری هستند که به مواد نفوذ می کنند (یعنی حکاکی لیزری و بافت لیزری). این ویژگی به این دلیل است که فاصله کانونی کوتاه آنها به دستگاه اجازه می دهد تا انرژی بیشتری را روی ناحیه ای برای شکل تهاجمی تر فرسایش لیزری متمرکز کند.
انواع دیگر لنزها مزایای متفاوتی را ارائه می دهند. به همین دلیل متخصصان هنگام بهینه سازی لیزر برای یک برنامه خاص، آنها را با دقّت انتخاب می کنند.

تفاوت بین لیزرهای فایبر و لیزرهای CO2 چیست؟

تفاوت اصلی بین لیزرهای فایبر و CO2 منبعی است که پرتو لیزر در آن ایجاد می شود. در لیزرهای فایبر، منبع لیزر شیشه سیلیس است که با یک عنصر خاکی کمیاب مخلوط شده است. در لیزرهای CO2، منبع لیزر ترکیبی از گازهاست که شامل دی اکسید کربن است.
لیزرهای فایبر به دلیل وضعیت منبع، لیزرهای حالت جامد و لیزرهای CO2 به عنوان لیزرهای حالت گاز در نظر گرفته می شوند. این منابع لیزری نیز طول موج های متفاوتی تولید می کنند. به عنوان مثال، لیزرهای فایبر، طول موج های کوتاه تری تولید می کنند که برخی از آنها بین 780 نانومتر تا 2200 نانومتر متغیر است.

از طرف دیگر، لیزرهای CO2 طول موجهای طولانی تری تولید می کنند، که معمولاً بین 9600 نانومتر تا 10600 نانومتر متغیر است.

لیزرهای فایبر به دلیل طول موج متفاوت برای کاربردهای مختلف استفاده می شوند. به عنوان مثال، لیزرهای فایبر 1064 نانومتر، معمولاً برای کاربردهای پردازش فلز ترجیح داده می شوند. برش لیزری یک استثناء قابل توجه است، جایی که لیزرهای CO2 اغلب برای برش فلزات ترجیح داده می شوند. لیزرهای CO2 نیز به خوبی با مواد آلی واکنش نشان می دهند.

لیزر CO2
لیزر CO2

مزایای فناوری برش لیزری فایبر

مزایای اولیه برش ورق های فلزی با تکنولوژی لیزر فایبر از پیکربندی یکپارچه، فیبر به فیبر بودن و حالت جامد فشرده آن ناشی شده است. این فناوری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری و داشتن هزینه عملکرد کمتر نسبت به لیزرهای CO2 قابل مقایسه می باشد. همچنین پرتو لیزر فایبر سرعت برش بسیار بیشتری را نسبت به CO2 ارائه می دهند.
پرتو متمرکز یک لیزر فایبر 2 کیلووات در مقایسه با یک لیزر 4 کیلووات CO2 چگالی قدرت بیشتری را در نقطه کانونی نشان می دهد. همچنین لیزر فایبر به دلیل طول موج کوتاهتری که دارد، دارای ویژگی جذب 2.5 برابر است.

جذب بیشتر طول موج فایبر و چگالی توان بیشتر ایجاد شده توسط پرتو متمرکز در کنار یکدیگر باعث می شوند تا سرعت برش در موادی که ضخامت آنها کمتر از 1/2 اینچ است، تا پنج برابر افزایش یابد.
سیستم های برش لیزری فایبر مطمئناً می توانند بیش از یک اینچ ضخامت با قدرت لیزر بیشتر داشته باشند و حتی در صورت استفاده از نیتروژن به عنوان گاز کمکی، سریعتر برش دهند. اما “نقطه شیرین” که در آن مهمترین مزایا به دست آمده است، در مقایسه با سیستم های CO2، در اندازه 1/2 اینچ و محدوده پایین تر برای فولاد می باشد. مطمئناً اگر در حال پردازش فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، برنج یا مس هستید، صرف نظر از ضخامت، فناوری لیزر فایبر سریع ترین و اقتصادی ترین روش است.

وقتی از نیتروژن به عنوان گاز کمکی استفاده می شود، مزایای سرعت بسیار زیاد خواهد بود، زیرا مواد مذاب توسط نیتروژن به همان سرعت که از ذوب خارج می شود، از کف قطعه کار نیز خارج می گردد. هرچه چگالی قدرت پرتو لیزر بیشتر باشد، ماده سریعتر به حالت مذابدر می آید، و در نتیجه سرعت تغذیه سریعتر خواهد بود.

مزیّت لیزر فایبر
مزیّت لیزر فایبر

استفاده مؤثر از مزایای سرعت لیزرهای فایبر با قدرت بالا، برنامه ریزی و مدیریت دقیق همه فرایندها را می طلبد. با سه تا چهار برابر توان بیشتر و هزینه عملیات که نیمی از لیزر CO2 است، سود مالی شما می تواند تغییر چشمگیری داشته باشد. نتایج عبارتند از هزینه کمتر برای هر بخش، حاشیه سود بالقوه بیشتر و بازگشت سرمایه کوتاهتر. البته باید مزایای اضافی افزایش ظرفیت دستگاه را نیز در نظر داشته باشیم. به طوریکه شما میزان حجم قطعات معمولی را بسیار سریعتر پردازش می کنید و این فرصت را برای انجام کارهای بیشتر برای افزایش بیشتر درآمد و سود فراهم می آورد.

لیزر فایبر می تواند مس، برنج و آلومینیوم را بسیار بهتر و ایمن تر از CO2 برش دهد، زیرا پرتو به راحتی جذب می شود و منعکس نمی گردد. هزینه های عملکرد لیزر فایبر به طور معمول نصف هزینه ای است که یک سیستم CO2 دارد. دلیل آن نیز مصرف کم برق و راندمان الکتریکی بالای لیزرهای فایبر می باشد.
یکی از آخرین پیشرفت ها در برش لیزری فایبر، افزودن فناوری “Beam Shaping” است که مشخصات پرتو را برای برش ورق ضخیم با اکسیژن تغییر می دهد. از آنجا که لیزر فایبر از طریق فیبر نوری منتقل می شود، مشخصات پرتو ذاتاً کوچک است و با متمرکز شدن روی مواد، یک کانال باریک ایجاد می کند. در حالی که این ویژگی برای چگالی توان برای برش با نیتروژن به عنوان گاز کمکی سودمند است، در مورد استفاده از گاز کمکی اکسیژن صادق نمی باشد. هنگام برش با اکسیژن، یک پروفیل پرتو گسترده تر با چگالی قدرت کمتر ترجیح داده می شود، زیرا یک کانال گسترده تر در مواد ایجاد می کند که توسط آن فولاد مذاب را بیرون می کشد. پروفیل پرتو گسترده تر، سرعت برش سریع تری را ایجاد می نماید و کیفیت لبه برش را در فولادهای ضخیم تر افزایش می دهد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed

فهرست
×

سلام.

جهت برقراری ارتباط می توانید با شماره تلفن 02166155094 تماس حاصل فرمایید.

یا بر روی پشتیبانی کلیک فرمایید.

×