Muitos lasers estão no mercado hoje, cada um com seus próprios recursos, especificações e níveis de integração, dificultando o processo de seleção. Ao escolher um laser para processamento de materiais, é fundamental entender as diferenças e benefícios de cada opção.
Este artigo fornece aos leitores uma compreensão dos sistemas de laser, tipos comuns de lasers e como escolher uma fonte de laser industrial adequada para o processamento de materiais.
Conteúdo
O mercado global de laser industrial
O que é uma fonte de laser industrial?
Recursos a serem considerados ao escolher uma fonte de laser
A linha inferior
O mercado global de laser industrial
O mercado de laser industrial foi avaliado em USD 17.3 bilhões em 2021 e deve crescer a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 7.2% para atingir US$ 34.8 bilhões até 2030. Um feixe de luz é produzido por um sistema de laser industrial usando emissões estimuladas para vários fins em eletrônicos, automotivos, médicos , e outras indústrias. Os lasers são usados principalmente para brasagem, rotulagem, gravação, corte, soldagem e marcação.
A crescente demanda por maior eficiência, produtividade e precisão resultou no crescimento da indústria lasers. Além disso, o aumento da demanda por processamento de materiais em vários setores e a transição da indústria automotiva para veículos elétricos impulsionarão as vendas no futuro.
O que é uma fonte de laser industrial?
Um laser tem vários componentes e recursos que produzem um feixe de luz intenso e coerente por meio de um processo de amplificação óptica. Existem vários tipos de lasers, cada um com diferentes graus de integração. Todos esses lasers, no entanto, compartilham um conjunto básico de componentes.
A fonte de energia para cada laser direciona a luz para um meio de ganho. Esse meio de ganho emite um comprimento de onda específico de luz e um ressonador amplifica esse ganho óptico por meio de espelhos.
Antes de entrar nas especificações de uma fonte de laser, vamos dar uma olhada em alguns dos lasers mais comuns:
Lasers de estado sólido: Como fonte primária de ganho óptico, esses lasers dependem de vidros sólidos ou cristais misturados com outros elementos terrestres. Normalmente, esses elementos mistos são érbio, túlio, cromo ou itérbio. O estado sólido mais comum laser em aplicações de processamento industrial são rubi e Nd:YAG.
Lasers a Gás: Usando uma técnica conhecida como inversão de população, a corrente elétrica é passada através de um gás nesses lasers para produzir luz. Dióxido de carbono (CO2), argônio, criptônio e hélio-neônio são os lasers a gás mais populares. CO2 lasers são a opção mais popular e são amplamente utilizados para soldagem, corte e marcação a laser.
Lasers de fibra: Os lasers de fibra são mais estreitos e menores laser feixes do que outros lasers, tornando-os mais precisos em aplicações de processamento de materiais. Eles ocupam um espaço pequeno, são energeticamente eficientes e têm baixos custos operacionais e de manutenção. Lasers de fibra são amplamente utilizados em aplicações de limpeza, soldagem, corte e marcação.
Recursos a serem considerados ao escolher uma fonte de laser
O primeiro passo é identificar o tipo de laser dependendo da aplicação do laser. Após decidir o tipo de laser, deve-se especificar seus parâmetros, incluindo potência, tamanho, comprimento de onda do feixe e custo de manutenção.
Comprimento de onda do feixe de laser
É fundamental examinar o comprimento de onda do feixe de laser para processamento de material porque diferentes materiais têm diferentes taxas de absorção em diferentes comprimentos de onda. Uma regra amplamente aceita é que o feixe de laser de comprimento de onda de 1064 nm de um laser Nd:YAG é bem absorvido por aço e alumínio, enquanto o comprimento de onda de 10600 nm laser O feixe de um laser de dióxido de carbono (CO2) é bem absorvido por tecido, plástico, couro, madeira e papel.
As duas fontes de laser mais comuns disponíveis atualmente são CO2 e fibra. dependendo dos elementos misturados na fibra. Um laser de CO2 pode produzir um feixe de laser em 10600, 10300 ou 930 nm, dependendo da composição do gás. É importante combinar o comprimento de onda da fonte de laser com o material a ser processado para garantir operações de laser eficazes.
Custos de manutenção
No passado, os lasers de CO2 de tubo de vidro e os lasers de Nd:YAG com bomba de lâmpada eram populares, mas suas fontes de bomba, ou seja, a lâmpada de arco ou o tubo de vidro cheio de gás tinham que ser substituídos periodicamente. A cada 500 a 1000 horas de trabalho, os usuários tinham que parar a máquina e substituir o tubo ou a lâmpada. Além disso, a geração mais antiga de CO2 lasers requerem um fluxo contínuo de gases através do ressonador, resultando em altos custos operacionais.
No entanto, graças à tecnologia avançada, a fibra lasers, a escolha mais popular atualmente, respondendo por 80% da participação de mercado, são totalmente livres de manutenção. Eles têm uma longa vida útil e um design exclusivo de ressonador a laser no qual todas as ópticas fazem parte de um eficiente cabo de fibra óptica contínua.
Potência e tamanho do foco
O feixe de laser pode ser enviado através de uma óptica de foco enquanto é pulsado em diferentes comprimentos. Quando o feixe entra em contato com a peça de trabalho, ele diminui de tamanho, concentrando efetivamente uma grande quantidade de energia em uma pequena área. No entanto, a saída do laser não pode ser reduzida a um tamanho menor que seu comprimento de onda, nem uma saída de baixa qualidade pode gerar um ponto de foco de alta qualidade. Por exemplo, um CO2 laser não pode reduzir o ponto de foco para menos de 10600 nm, exigindo um feixe quase perfeito e ótica para completar a tarefa.
Assim, embora o tamanho do ponto seja uma consideração importante, não é necessário para todas as aplicações, como limpeza de superfície a laser, soldagem a laser, e sinterização ladder, que requerem um tamanho de ponto maior para garantir o desempenho.
Material de processamento a laser
Como materiais diferentes têm taxas de processamento diferentes, as propriedades do material devem ser consideradas ao escolher a fonte de laser correta. Os materiais mais adequados para marcação, gravação e corte a laser de CO2 incluem plásticos, espumas, tecidos, borrachas, papéis, vidro, pedra cerâmica, aço, titânio, madeira e compósitos. Materiais com pontos de fusão extremamente altos são idealmente inadequados para lasers de CO2 abaixo de 200 W.
Os lasers de fibra são adequados para uma variedade de materiais, incluindo acetal preto, acrílico, PTFE e plásticos contendo cargas, pigmentos ou aditivos receptivos a laser.
Modo de operação
Laser CW (onda contínua)
É fundamental saber se o laser é contínuo ou pulsado. A potência média dos lasers CW é medida em kW ou nW. Antes de selecionar um sensor para CW lasers, a faixa de potência média deve ser determinada. Essa faixa determinará a escolha certa do sensor. Por exemplo, se o alcance for muito amplo, será necessário um segundo sensor. Assim, escolher um sensor com uma faixa próxima à faixa necessária – não na extremidade alta ou baixa, mas no meio – pode resultar em leituras incorretas se a faixa exceder em qualquer direção.
Para selecionar o sensor apropriado, o tempo de exposição do feixe de laser CW deve ser considerado. Se forem necessárias apenas medições periódicas, um sensor com um tempo de exposição longo o suficiente para obter uma leitura estável, ou seja, dezenas de segundos, é suficiente - de preferência um sensor menor e mais barato. No entanto, se o laser deve ser exposto ao sensor de potência por longos períodos, um sensor maior é necessário para dissipar qualquer acúmulo de calor que possa afetar as medições.
Lasers pulsados
Assim como os lasers CW, os requisitos de faixa de energia para os sensores devem ser determinados. Os usuários devem identificar os pulsos por segundo (PPS) ou taxa de pulso do laser para determinar se um sensor de energia pode ser usado para uma aplicação específica. A maioria dos sensores de energia opera em frequências que variam de 1 Hz a 5 kHz, com sensores avançados operando em até 25 kHz.
Outro fator a considerar com pulsação lasers é a largura de pulso. Esta especificação tem um impacto significativo no limite de dano do sensor selecionado. Por exemplo, se a largura do pulso for muito curta, a densidade de energia pode exceder a classificação do sensor. Se for muito longo, o circuito do sensor pode não ter tempo de integração suficiente, resultando em operações defeituosas.
A linha inferior
Escolher a fonte de laser certa é essencial para maximizar a produtividade e aumentar a precisão. Este artigo fornece algumas informações sobre fontes e recursos de laser. Visita Alibaba.com para verificar os mais recentes equipamentos a laser para aplicações industriais.
