Demokratizace světla

Laserová technologie stojí na prahu transformace: demokratizace světla. To, co bylo dříve nástrojem pro specialisty, se stává stále dostupnějším širšímu okruhu uživatelů. Snadné použití, výkon a přizpůsobivost otevírají možnost tvarovat světlo podle individuálních potřeb a využívat jej rozmanitými způsoby. V tomto blogovém příspěvku ukážeme, jak můžete díky inteligentním optickým systémům získat více ze svých laserových aplikací.

Vývoj laserové technologie

Laserová technologie urazila od svého objevu dlouhou cestu. Z historického pohledu lze dnešní pokroky ve fotonice přirovnat k zavedení elektromotoru do kovoobrábění před více než 100 lety. Inovace v laserové technologii zásadně změnily způsob, jakým používáme optické systémy: z okrajového průmyslu se laserová technologie stala nedílnou součástí široké škály aplikací.

Aplikace

Aby bylo světlo dostupné co největšímu počtu lidí, musí optické systémy nabízet řešení, která lze používat i bez znalostí fyziky nebo optického designu. Klíčovými aspekty těchto produktů jsou

• rychlé a snadné použití,
• dobrá kompatibilita s existujícími optickými a laserovými systémy a
• vysoký výkon pro špičkové výsledky.

Optické systémy, jako jsou expandéry a tvarovače paprsků, umožňují přizpůsobit rozložení intenzity laserového paprsku pro aplikace, jako je

• přesné řezné hrany při laserovém řezání,
• čisté svary při laserovém svařování a
• předvídatelná přesnost odebírání materiálu při strukturování povrchů.

Podívejme se na tyto aplikace podrobněji.

Laserové řezání

Laserové řezání je jedním z nejúčinnějších tepelných dělicích procesů v průmyslové výrobě. Ať už jde o kov, dřevo, sklo nebo plast – vysoká koncentrace energie laseru umožňuje rychlé a přesné řezy s čistými hranami. V minulosti se pro tento typ odebírání materiálu často používaly Gaussovy profily paprsku. Ty však mají slabiny z hlediska hloubky a kvality ablace. Kvůli charakteristickému tvaru intenzita směrem k okraji paprsku klesá, takže materiál není zasažen rovnoměrně. Výsledek: nečisté řezné hrany (viz obr. 1a), doprovázené ztrátou materiálu a/nebo delšími časy zpracování kvůli dodatečným operacím.

Obrázek 1: Různé profily paprsků na nerezové oceli. a/d vytvořené Gaussovým paprskem, b/e a e/c s a|AiryShape od asphericon. Profily vytvořené tvarovačem paprsku vykazují mnohem homogennější rychlost odebírání materiálu.

Obrázek 1 ukazuje různé profily paprsků na nerezové oceli vytvořené Gaussovým (a a d), Donut (b a e) a Top-Hat (c a f) profilem. Tvarovač paprsku Top-Hat a|AiryShape výrazně zlepšuje homogenitu a přesnost odebírání materiálu ve srovnání s Gaussovým profilem. Rovnoměrné hloubky ablace (v tomto příkladu v rozmezí 5–10 µm) vytvářejí čisté řezné hrany (viz obr. 1 b a c). Díky modulární konstrukci lze výrobek snadno našroubovat na jiné optické prvky. Není nutné žádné manuální přeseřizování dráhy paprsku.

Laserové svařování

Další přesnou metodou spojování materiálů, jako jsou kovy nebo plasty, je laserové svařování. Laser zahřívá obrobek na teplotu tání a umožňuje flexibilní vedení svaru. Tradičně se i zde používaly Gaussovy profily paprsků. Nerovnoměrný tvar profilu však vede k nehomogenním svarům.

Integrace expandérů a tvarovačů paprsků může zlepšit stabilitu procesu a snížit tvorbu rozstřiku, což vede k plynotěsným svarům (viz obr. 3). Komponenty od asphericon, jako a|BeamExpander a a|AiryShape, lze díky metrickému jemnému závitu snadno integrovat do stávajících sestav a díky širokému spektru vlnových délek (355–1600 nm) zajistit flexibilní použití.

Obrázek 2: Svar vytvořený Gaussovým profilem s póry (nahoře), svar bez pórů vytvořený Top-Hat profilem s a|AiryShape (dole).

Strukturování povrchů

Laserové strukturování povrchů se používá k vytváření specifických struktur na materiálech, jako jsou plasty a kovy, např. k optimalizaci drsnosti, která může hrát roli při adhezi a lepení. Proces umožňuje přesné odebírání materiálu a lze jej flexibilně využít jak při kusové, tak při sériové výrobě. Aplikace sahají od trhacích pomůcek na obalech po odstraňování speciálních vrstev s cílem optimalizace povrchu obrobku.

Refrakční tvarovače paprsků lze použít k vytváření různých kruhových a čtvercových rozložení intenzity ve fokusu laserového paprsku. Tato adaptivita optimalizuje dobu zpracování a řízení procesu. Tvarovač paprsku a|SqAiryShape použitý pro výsledky zobrazené na obrázku 4 byl úspěšně testován pro generování vlastních čtvercových intenzitních profilů. Systém nabízí flexibilitu při strukturování a umožňuje generovat různé povrchové struktury změnou profilu paprsku a pracovní vzdálenosti k povrchu vzorku. Tento tvarovač paprsku od asphericon je rovněž vysoce adaptivní, lze jej snadno integrovat do existujících laserových sestav a použít v širokém rozsahu vlnových délek.

Obrázek 3: SEM snímky vzorků z nerezové oceli po ozáření lineárně polarizovanými fs jednotlivými pulzy při konstantní energii pulzu. a|SqAiryShape umožňuje vysokou flexibilitu při generování různých čtvercových profilů změnou pracovní vzdálenosti.

Řešení od asphericon

Série BeamTuning od společnosti asphericon nabízí kompletní produktovou řadu, která podporuje použití laserů uživatelsky přívětivými, přizpůsobitelnými a výkonnými (laserovými) řešeními. Komponenty se snadno integrují, generují absolutně homogenní a difrakčně omezený laserový paprsek a pokrývají široké spektrum vlnových délek. Díky tomu se složité laserové technologie výrazně zjednodušují, aniž by došlo ke ztrátě výkonu, a poskytují individuální optická řešení pro širokou škálu aplikací.

Obrázek 4: Ilustrace příkladného systému pro tvarování paprsku sestávajícího z vláknového spojky a|AspheriColl, a|BeamExpanderů a tvarovače paprsku a|TopShape.

Budoucnost laserové technologie

Optické systémy, které umožňují bezproblémovou optimalizaci laserového paprsku, formují budoucnost laserové technologie. Produkty, které se snadno integrují, jsou přizpůsobivé a výkonné, zpřístupní laserovou technologii širšímu okruhu uživatelů. Uvedené příklady aplikací ukazují, jak se tyto principy již dnes uvádějí do praxe a jak přispívají k dalšímu rozvoji laserové technologie.

Chcete se dozvědět více o tom, jak připravit vaši laserovou aplikaci na budoucnost? Kontaktujte náš tým – společně vyvineme nápady pro vaše řešení! Celý článek o demokratizaci světla si můžete přečíst také v LASER Magazin.