現在、多くのレーザーが市場に出回っており、それぞれに独自の機能、仕様、統合レベルがあるため、選択プロセスが困難になっています。 材料加工用のレーザーを選択する場合、各オプションの違いと利点を理解することが重要です。
この記事では、レーザー システム、一般的な種類のレーザー、および材料加工に適した産業用レーザー光源の選択方法について読者に説明します。
目次
世界の産業用レーザー市場
産業用レーザー光源とは何ですか?
レーザー光源を選択する際に考慮すべき機能
ボトムライン
世界の産業用レーザー市場
産業用レーザー市場は米ドルで評価されました 17.3 2021 年には年間平均成長率 (CAGR) 7.2% で成長し、34.8 年までに 2030 億米ドルに達すると予想されています。光ビームは、エレクトロニクス、自動車、医療などのさまざまな目的で誘導放出を使用する産業用レーザー システムによって生成されます。 、その他の業界。 レーザーは主に、ろう付け、ラベル付け、彫刻、切断、溶接、マーキングに使用されます。
効率、生産性、精度の向上に対する需要の高まりにより、産業分野の成長がもたらされました。 レーザー。 さらに、さまざまな分野での材料加工の需要の高まりと自動車産業の電気自動車への移行が、将来の売上を押し上げると予想されます。
産業用レーザー光源とは何ですか?
レーザーには、光増幅プロセスを通じて強力でコヒーレントな光ビームを生成するさまざまなコンポーネントと機能があります。 レーザーには多数の種類があり、それぞれの統合度が異なります。 これらすべて レーザーただし、コンポーネントの基本セットは共有されています。
各レーザーのエネルギー源は光を利得媒体に向けます。 この利得媒体は特定の波長の光を放射し、共振器はミラーを介してこの光利得を増幅します。
レーザー光源の詳細に入る前に、最も一般的なレーザーのいくつかを見てみましょう。
固体レーザー: これらのレーザーは、光利得の主な源として、他の地球元素と混合された固体ガラスまたは結晶に依存しています。 通常、これらの混合元素はエルビウム、ツリウム、クロム、またはイッテルビウムです。 最も一般的なソリッドステート レーザー 工業処理用途では、ルビーと Nd:YAG が使用されます。
ガスレーザー: 反転分布として知られる技術を使用して、これらのレーザーのガスに電流を流して光を生成します。 二酸化炭素 (CO2)、アルゴン、クリプトン、ヘリウム ネオンが最も人気のあるガス レーザーです。 CO2 レーザー は最も人気のあるオプションで、レーザー溶接、切断、マーキングに広く使用されています。
ファイバーレーザー: ファイバーレーザーはより細く、より小さくなります レーザー 他のレーザーよりもビームが優れているため、材料加工用途においてより正確になります。 設置面積が小さく、エネルギー効率が高く、運用コストとメンテナンスコストが低くなります。 ファイバーレーザー 洗浄、溶接、切断、マーキングなどの用途に広く使用されています。
レーザー光源を選択する際に考慮すべき機能
最初のステップは、レーザーの用途に応じてレーザーの種類を特定することです。 レーザーの種類を決定したら、ビームのパワー、サイズ、波長、メンテナンスコストなどのパラメーターを指定する必要があります。
レーザー光の波長
材料が異なれば、波長ごとに吸収率も異なるため、材料加工のレーザービームの波長を調べることが重要です。 広く受け入れられている規則の 1064 つは、Nd:YAG レーザーの 10600 nm 波長のレーザー ビームは鋼とアルミニウムによく吸収されるのに対し、XNUMX nm の波長はよく吸収されるということです。 レーザー 二酸化炭素 (CO2) レーザーのビームは、布、プラスチック、革、木、紙によく吸収されます。
現在利用可能な 2 つの最も一般的なレーザー源は、CO2 とファイバーです。 繊維に混合されている元素によって異なります。 CO10600 レーザーは、ガス組成に応じて 10300、930、または XNUMX nm のレーザー ビームを生成できます。 効果的なレーザー操作を確保するには、レーザー源の波長を加工する材料に合わせることが重要です。
維持費
以前は、ガラス管 CO2 レーザーやランプ励起 Nd:YAG レーザーが普及していましたが、それらの励起源、つまりアークランプやガスが充填されたガラス管を定期的に交換する必要がありました。 500 ～ 1000 時間の作業時間ごとに、ユーザーは機械を停止し、管やランプを交換する必要がありました。 さらに、旧世代のCO2 レーザー 共振器を通るガスの連続的な流れが必要であり、その結果、運用コストが高くなります。
しかし、先進技術のおかげで、繊維は レーザーは、現在最も人気のある選択肢であり、市場シェアの 80% を占めており、完全にメンテナンスフリーです。 これらは長い耐用年数と、すべての光学部品が効率的な連続光ファイバー ケーブルの一部となっている独自のレーザー共振器設計を備えています。
パワーとフォーカスサイズ
レーザービームは、さまざまな長さでパルスされながら、集束光学系を介して送信できます。 ビームがワークピースに接触すると、ビームのサイズが縮小し、大量のエネルギーが小さな領域に効果的に集中します。 ただし、レーザーの出力をその波長よりも小さいサイズに減らすことはできません。また、低品質の出力で高品質の焦点を生成することもできません。 たとえば、CO2 レーザー 焦点スポットを 10600 nm 未満に縮小することはできないため、タスクを完了するにはほぼ完璧なビームと光学系が必要です。
したがって、スポット サイズは重要な考慮事項ですが、レーザー表面のクリーニングなど、すべての用途に必要なわけではありません。 レーザー溶接、およびラダー焼結では、性能を確保するためにより大きなスポット サイズが必要です。
レーザー加工材料
材料が異なれば加工速度も異なるため、適切なレーザー光源を選択する際には材料の特性を考慮する必要があります。 CO2 レーザーのマーキング、彫刻、切断に最も適した材料には、プラスチック、発泡体、布地、ゴム、紙、ガラス、セラミック石、スチール、チタン、木材、複合材料などがあります。 融点が非常に高い材料は、2 W 未満の CO200 レーザーには理想的には適していません。
ファイバーレーザーは、ブラックアセタール、アクリル、PTFE、充填剤、顔料、レーザー受容性添加剤を含むプラスチックなど、さまざまな素材に適しています。
動作モード
CW（連続波）レーザー
レーザーが連続的であるかパルス状であるかを知ることが重要です。 CW レーザーの平均パワーは kW または nW で測定されます。 CW用センサーを選ぶ前に レーザー、平均パワー範囲を決定する必要があります。 この範囲によって、センサーの適切な選択が決まります。 たとえば、範囲が広すぎる場合は、XNUMX つ目のセンサーが必要になります。 したがって、必要な範囲に近い範囲（上限または下限ではなく中間）のセンサーを選択すると、範囲がいずれかの方向に超過した場合に誤った読み取り値が発生する可能性があります。
適切なセンサーを選択するには、CW レーザーのレーザー光の露光時間を考慮する必要があります。 定期的な測定のみが必要な場合は、安定した読み取り値を取得するのに十分な長さの露光時間 (数十秒) を備えたセンサーで十分です。できれば小型で安価なセンサーが望ましいです。 ただし、 レーザー パワーセンサーを長時間さらす必要がある場合、測定に影響を与える可能性のある熱の蓄積を放散するには、より大きなセンサーが必要です。
パルスレーザー
CW レーザーと同様に、センサーのエネルギー範囲要件を決定する必要があります。 ユーザーは、レーザーのパルス/秒 (PPS) またはパルス レートを特定して、エネルギー センサーを特定の用途に使用できるかどうかを判断する必要があります。 ほとんどのエネルギー センサーは 1hz ～ 5 kHz の範囲の周波数で動作し、高度なセンサーは最大 25 kHz で動作します。
脈ありの場合に考慮すべきもう XNUMX つの要素 レーザー はパルス幅です。 この仕様は、選択したセンサーの損傷しきい値に大きな影響を与えます。 たとえば、パルス幅が短すぎる場合、エネルギー密度がセンサーの定格を超える可能性があります。 長すぎると、センサーの回路が十分な積分時間を確保できなくなり、誤った動作が発生する可能性があります。
ボトムライン
生産性を最大化し、精度を高めるには、適切なレーザー光源を選択することが不可欠です。 この記事では、レーザーの光源と機能についていくつかの洞察を提供します。 訪問 Alibaba.com 産業用途向けの最新のレーザー機器をチェックしてください。
