Как работают лазерные трубки CO2

Наиболее популярными во всем мире считаются  лазерные станки с ЧПУ , оснащенные лазерной трубкой CO2, которые подходят для работы практически со всеми типами материалов. Первый такой станок был разработан инженером — электриком Чандра Кумар Наранбхай Патель в 1964 году. Газовые лазерные станки на сегодняшний день занимают лидирующую позицию в рейтинге высокомощных лазеров непрерывного действия.

• Лазерная трубка CO2
• Конструкция
• Принцип работы
• Преимущества и недостатки
• На что обратить внимание при покупке?

Лазерная трубка CO2

Ключевым элементом всех лазерных станков является  лазерная трубка CO2 . Она представляет собой стеклянную колбу, в которой запаяна газовая смесь, состоящая из трех элементов – азота, гелия и углерода. Реакция обеспечивается за счет воздействия электрического импульса, а итогом становится возникновение лазерного пучка, он представляет собой поток лазерного излучения, который, в свою очередь, преобразуется в луч и может быть отрегулирован оператором станка с ЧПУ.

Лазерная трубка CO2 позволяет осуществлять следующие действия:

• С помощью создания лазерного луча разрезать материал.
• С помощью низкопоточного излучения – наносить гравировку на поверхность изделий.

Мощность трубки определяется моделью и типом станка, а их эксплуатационный срок зависит от мощности и соблюдения правил эксплуатации.

Модели станков, оснащенные лазерными трубками CO2, не могут быть использованы для работы с металлами. Это обусловлено длиной лазерной волны, которая из-за своих параметров отражается поверхностью металла.

Все прочие материалы газовые станки способны обработать максимально быстро и качественно. В качестве сырья подходят:

• бумага;
• картон;
• древесина;
• резина;
• пластмассы (кроме ПВХ);
• камень;
• искусственная и натуральная кожа;
• ткани и меха.

Конструкция

Формирование лазерного луча CO2 начинается в колбе из стекла, имеющей несколько автономных контуров, которые герметично запаяны. В одном из изолированных отделений находится газовая смесь, которая при определенном воздействии способна создавать фотоны.

Источником воздействия при этом служат электроды, которые располагаются внутри отсека. Также в контуре с газовой смесью находятся оптические резонаторы (несколько зеркал, которые предназначены для придания фотонам, образовавшимся под воздействием электрического импульса, скорости и направления).

Зеркало, имеющее частичную прозрачность, служит точкой выхода для светового потока из трубки, после чего он попадает на специальную линзу, которая фокусирует его в тонкий луч. Чтобы обеспечить дополнительную мощность и ускорить движение фотонов, на внутреннюю поверхность отсека с газовой смесью нанесен катализатор из серебра. Мощность излучения при этом регулируется встроенными резонаторами.

Создание лазерного луча представляет собой процесс, сопровождаемый высокими температурами и интенсивным выделением тепла. Чрезмерный перегрев негативно влияет на газы, которые под воздействием тепла разлагаются, обедняя смесь. Поэтому конструкция оснащена охлаждающей системой – во время работы лазерной трубки для охлаждения отсека с газовой смесью вокруг него циркулирует вода. Охлаждение жидкости происходит в емкости, которая входит в терморегулирующую систему станка с ЧПУ.

Станки с лазерными трубками CO2 могут быть:

• Непроточными. Их конструктивной особенностью является наличие запечатанных трубок – газ и весь оптический путь находится в трубке, запаянной с двух сторон.
• Диффузно-охлаждающими. Отсек с газовой смесью в этом случае располагается между двумя плоскими электродами, которые охлаждаются водой.
• Имеющими быстрое осевое и поперечное потоковое сечение. Тепло, которые выделяется сверх нормы, поглощается при быстром течении газовой смеси, переходящей через внешний охлаждающий контур.
• Имеющими поперечно-возбуждающую среду. Конструктивной особенностью при этом является наличие крайне высокого газового давления.

Лазерные трубки CO2 отличаются по нескольким основным параметрам:

1. Мощность. Это основной фактор, от которого зависят способности станка в отношении скорости и качества обработки материалов. Самые слабые излучатели имеют заявленную мощность в 35–40 Вт, излучатели со средней мощностью – 70–100 Вт и высокомощные трубки – до 200 Вт.

2. Длительность периода эксплуатации. Эта характеристика влияет на продолжительность работы трубки. Минимальное значение параметра составляет 3000 часов, максимальное значение, гарантированное производителем, составляет до 10 000 часов. При бережной эксплуатации срок службы трубки может превысить заявленный в несколько раз.

3. Длина трубки. Может составлять от 700 до 2050 мм. Диаметр самых маленьких трубок составляет от 50 до 60 мм, стандартным значением является диаметр, равный 80 мм.

Принцип работы

Световой поток образуется за счет передачи энергии с помощью молекул азота к молекулам углекислого газа. Активной средой при этом является газовая смесь, состоящая из углекислого газа, азота и гелия, а в некоторых случаях – водорода или ксенона.

GCC LaserPro SmartCut III X500 100 W

• Размеры, мм 1900 x 1400 x 1200

• Дисплей 4-строчная ЖК-панель
• Макс. скорость двигателей 1000 мм/с
• Максимальный размер загружаемого материала 1346 x 914 x 50 мм
• Мощность трубки лазера 100 Вт
• Объем памяти 32 МБ (макс. 64 МБ)
• Осей 3
• Потребляемая мощность 1250 Вт
• Рабочее поле 1300 мм x 916 мм
• Тип лазера отпаянный СО2 лазер
• Тип охлаждения лазерной трубки водяное
• Точность повторения +/-0,254 мм или 0,1 % от величины хода

Перейти к товару

При воздействии электрического импульса молекулы азота переходят в состояние возбуждения и передают свою энергию молекулам CO2. Углерод также переходит в метастабильное состояние и на атомном уровне испускает один фотон, который при столкновении с атомами другой возбужденной молекулы углекислого газа испускает уже два фотона.

Другие газы необходимы при этом для релаксации молекул и снижения объема выделяемого тепла.

Далее в процесс вступают два зеркала, находящиеся в трубке. Одно из них – непрозрачное, изготавливается из меди, а второе, служащее выходом для светового потока и имеющее повышенные показатели прозрачности, из алмаза. Оно частично пропускает поток фотонов, оставляя часть внутри трубки для воспроизводства подобных частиц. Выходя из полупрозрачного зеркала, фотоны попадают в пространственный фильтр, предназначенный для очистки лазера от боковых мод, а затем на фокусирующую линзу.

Так как фотоны имеют одинаковую длину волны, луч лазера не рассеивается, как обычный свет. Излучение лазерной трубкой CO2 производится на волне с длиной 10,6 мкм, а средняя мощность излучения составляет от 20 Вт до нескольких кВт.

Преимущества и недостатки

Лазерные трубки CO2 имеют свои достоинства и недостатки. Преимуществами являются:

• Повышенное качество резки и точность воздействия.
• Высокая скорость обработки материала.
• Высокая производительность.
• Низкие показатели вибрации и шума.
• Возможность обработки практически всех материалов.
• Низкие затраты электроэнергии.
• Минимально возможные показатели брака.
• Универсальность и взаимозаменяемость элементов.
• Компактность.

LaserSolid 690 Lite

• Вес с упаковкой 120
• Гарантия 12 месяцев на станок, 3 месяца на трубку, зеркала и линзы
• Размеры с упаковкой 1100х1650х700 мм
• Электропитание AC110V/ 220V±10% / 50~60Hz
• Размеры, мм 1310x1000x560
• Программное обеспечение Coreldraw, АutoCAD, Рhotoshop

• Мощность лазера 60 Вт

• Вес, кг 110

• Энергопотребление <450 Вт

• Минимальная величина знака, мм 0.8х0.8
• Рабочее поле 600x900х450
• Разрешение, DPI 1000
• Скорость гравировки 350 мм/сек
• Скорость перемещения 600 мм/сек
• Тип лазерного излучения СО2
• Точность гравирования <0.01 мм

Перейти к товару

К недостаткам можно отнести:

• Ограниченное время эксплуатации лазерной трубки.
• Хрупкость конструкции.
• Необходимость постоянного охлаждения устройства во время работы.
• Необходимость настройки мощности лазера для разных типов материала.
• Возможные сбои при низкочастотном воздействии.
• Невозможность работы с металлами.

На что обратить внимание при покупке?

При покупке лазерной трубки в первую очередь следует обратить внимание на мощность и срок эксплуатации в часах, которые заявлены производителем. Также рекомендуется осмотреть устройство на предмет наличия сколов и трещин, а также попросить проверить его работоспособность, включив на максимальной и минимальной мощности.

На сегодняшний день станки с ЧПУ, оснащенные лазерными трубками CO2, являются самыми мощными установками, предназначенными для резки, гравировки и прочих видов обработки материалов самого разного типа. Производительность станка и качество изделий при этом напрямую зависит от того, какая лазерная трубка установлена в приборе. От ее мощности и качества зависит точность и скорость обработки изделий.