l a s r a m engineering ▪ laser ▪ technology
Post on 30-Dec-2015
34 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
L A S R A Mengineering ▪ laser ▪ technology
Szállézer /Fiber Laser/,
finommegmunkálás szállézerrel
L A S R A Mengineering ▪ laser ▪ technology
Szállézer /Fiber Laser/,finommegmunkálás szállézerrel
Szállézer - előzmények
• A Nd:YAG lézer sokáig egyeduralkodó a finommegmunkálásban Oka:
A 1064 nm szinte minden fémre és a legtöbb anyagra jó abszorpciót mutat A 1064 nm jól vezethető száloptikán – a hagyományos tükrös nyalábvezetés leegyszerűsödött A 1064 nm kis foltba fókuszálható, nagy a teljesítménysűrűség Viszonylag egyszerű felépítés kis befoglaló méretekkel A rubinlézer (1960) óta a kristálytechnológia sokat fejlődött A gerjesztőlámpa és más kopó alkatrészek kicserélése – új, praktikus konstrukcióknak köszönhetően –
rutinfeladattá vált
• Korszakalkotó változás: gerjesztőlámpa kiváltása pumpálódióda használatával (’80-as évek vége)Oka:
A félvezetőlézer előretörése, modulkialakítások, nagyobb teljesítmények, elektronika, hűtéstechnika fejlődése A gyakori karbantartás (lámpacsere) nem felhasználóbarát Az eddigi lámpás rezonátorok alacsony hatásfoka Jobb modulációs képesség
• Új kutatások a közeli infratartományban(’90-es évek eleje)Oka:
Új kristályok, anyagok, az adalékolás, a száloptika gyártástechnológiájának előrehaladás A hatásfok további javítása, a stabilitás, az üzembiztonság fokozása (diódalézerek hőérzékenysége)
• Két Nd:YAG rokon születése
A tárcsalézer – ötlet: kicsi stabil rezonátor, kompakt koncentrikus felépítés (az aktív kristály maga a zárótükör is, koncentrált körkörös gerjesztés) kiváló nyalábtulajdonságot és hatásfokot eredményezett
A szállézer –
Szállézer
Rezonátor konstrukció Sugárvezetés Ötlet: szál legyen a rezonátor Technológiai realitás: telekommunikációs ipar
szálgyártási és szálcsatolási megoldásai Pumpálás dióda lézerrel szálon keresztül,
hosszanti csatolás Szál rezonátor = szállézer: kellemes konstrukció,
jó hatásfok, minimális optikai elemkészlet, moduláris felépítés, ideális nyalábtulajdonságok
Szállézer felépítése I.
GTWave konstrukció jellemzői és előnyei
Pumpáló szálak(szilíciumdioxid)
Lézeraktív (jel) szál(Yb/YB+Er/Er adalékolt)
Kis törésmutatójú közös köpeny(polimer) Felhasználói előnyök
egyszerű gerjesztés a közös köpeny segítségével független pumpáló és aktív szál hosszanti becsatolású gerjesztési technika megnövelt abszorpciójú pumpálás
Szállézer felépítése II.
GTWave kétirányú gerjesztés = fokozottan flexibilis pumpálás
megnövelt belépési felületek nagyobb teljesítmények gerjesztéséhez megnövelt teljesítmény
igen alacsony jelbecsatolási veszteség kétirányú gerjesztés jelmegszakítás nélkül
megnövelt megbízhatóság folyamatos bevonat a szál hossza mentén a visszaverődő jel elvezetése a pumpáló diódákról
Szállézer felépítése III.
GTWave CW szállézer rezonátor kialakítás
Szál illesztés
Nagy fényerejű pumpáló diódamodulok915 nm/977 nm
Kicsatoló optika(~ 5% reflexió)
Záró optika( 99% reflexió)
GTWave egységLézeraktív közeg
Megcsapolások+
érzékelő diódák
Kimenő szál/nyalábvezető optika
Szállézer felépítése IV.
GTWave CW szállézer teljesítmény növelés
Lézeraktív tekercsegységek sorbakapcsolása moduláris elv gerjesztés belépő felületeinek száma nő, pumpáló blokkok használata fokozatos teljesítménynövelés lehetősége
Szállézer jellemzői I.
GTWave egység tulajdonságai 1. Pumpáló teljesítmény eloszlása a szál mentén
Teljesítmény a pumpáló szálban
Teljesítmény a jelszál köpenyében
Szál hossz cm
Becsato
lási ará
ny %
Szállézer jellemzői II.
GTWave egység tulajdonságai 2. Kimeneti teljesítmény reprodukálási képesség
Pumpáló teljesítmény/névleges pumpáló teljesítmény
Kim
en
ő t
eljesít
mén
y/n
évle
ges t
eljesít
mén
y
(több, mint 30 egységnél vizsgálva)
Szállézer jellemzői III.
GTWave egység tulajdonságai 3. Teljesítménynövekedés a pumpáló teljesítmény függvényében
Bemenő pumpáló teljesítmény @915 nm (W)
Kim
en
ő t
eljesít
mén
y (
W)
Szállézer jellemzői IV.
Kimeneti teljesítmény stabilitása
CW kimenő teljesítmény 100 W névleges teljesítménynél
Kim
en
ő t
eljesít
mén
y (
W)
Eltelt idő (h)
Kimenő teljesítmény (W)
Szállézer jellemzői V.
Élettartam – megbízhatóság: a szállézerek egyik kulcskérdése 1.
Minőségi alkatrészek beszerzése, kvalifikált gyártás Megbízhatóság-orientált fejlesztési feladatok Kritikus elemek hőmérsékletfigyelése
Fennmaradó probléma:A diódapumpált szilárdtest- és szállézer legvalószínűbb meghibásodási pontja: a pumpáló diódalézer élettartama
Lehetőség:Mivel a szükséges pumpáló teljesítményt sok (akár 20-30) diódamodul állítja elő, ha valamelyik tönkremegy, a többi nagyobb árammal meghajtva helyettesíti
Fennmaradó probléma:
Működő diódák terhelése nő + átlagos élettartam csökken lézer tönkremeneteli valószínűsége nő
Végzetes meghibásodási határ
Átlagos élettartam a meghibásodásig / h
Dió
daár
am /
A
Dió
date
ljesí
tmén
y /
W
Idő / h
Szállézer jellemzői VI.
Élettartam – megbízhatóság: a szállézerek egyik kulcskérdése 2.
Megoldás:
redundáns struktúra még több pumpálómodullal végig alacsonyabb meghajtó áram a névleges diódateljesítményt a lézer élettartam végére éri el a modulok kitolódik a meghibásodási határ
Következmény:Az előírt élettartam alatt nincs teljesítményesés, a de működés is végig stabil, mert a pumpáló áram maximum a névleges (előírt) értékig emelkedik
Az üzembiztosság a 3 műszakos, adott paraméterekre beállított technológiáknak alapfeltétele
Dió
daár
am /
A
Idő / h
Névleges diódaáram
Szállézer jellemzői VII.
Nyalábminőség
egymódusos nyalábvezető szál a működési hullámhosszra diffrakció-határolt nyalábminőségM2 ~ 1.1
Szállézer jellemzői VIII.
Nyalábvezető és fókuszáló optika
ipari kivitel – megbízható működés mozgó tengelyen is kis méret, kis tömeg száltörés érzékelés érzékeny hőmegfutás védelem M2 < 1.1 reflexióálló tokozás a fókuszáló fej figyeli a szálbevezetés sértetlenségét
Szállézer jellemzői IX.
100 W-os szállézer felépítése és paraméterei
OEM modulrendszer teljesítményarányos bővíthetőség költségérzékeny alkalmazásokhoz
CW és modulált üzemmód Teljesítmény CW 100 W Teljesítményingadozás (12 ó) 1% Max. frekvencia 10 kHz Max. csúcsteljesítmény 20 x CW Lassú és gyors felfutású moduláció Visszacsatolt és nyílthurkú működés Nyalábméret 5 mm Divergencia (FA) < 0.4 mrad M2 1.1 Belső és külső vezérelhetőség Nyalábvezető szál hossz 6 m Visszaverődés blokkolása Diódaáram és kimenő teljesítmény kijelzés Analóg és digitális interface Távkapcsolás és távvisszajelzés Vízhűtés Élettartam ≥ 30.000 ó Méret: 19”6HU, súly 40 kg
GTWave egységLézeraktív közeg
Pumpáló modul
Integrált CW lézer
A szállézer előnyei
Csekély éves karbatartásigény : nincs eldobható alkatrész, nincs szükség beállításra, kalibrálásra
TEM 00 - Nyalábminőség - Nyalábsűrűség /foltméret Elmarad a sok külső nyalábvezető optika és optikatartó, nem kell állítani (CO2
lézer!) A rendszer stabilitása jobb, mint a Nd:YAG lézeré (ez főképp az orvosi
alkalmazásokban kulcsfontosságú) Tisztán szilárd test lézer felépítés Nincs ún. termikus lencse probléma A teljesítménysűrűségnek és a foltméretnek köszönhetően igen kis méretű
alkatrészek is megmunkálhatók 3-10 –szer jobb hatásfok, mint a Nd:YAG lézer esetében A befoglaló méretek alkalmassá teszik bonyolult, összetett rendszerekbe való
integrálásra
Alkalmazási területek teljesítmény és nyalábjellemzők szerint
Vágás
Kemény-forrasztás
Edzés
Vastag-lemezvágás
Visszaolvasztás
Bevonatolás
Polimerhegesztés
Hegesztés
Szinterezés
Nemfémesvágás
Forrasztás
Nyomdaipar
Mikroforrasztás
Mikrohajlítás
3D gyors prototípusgyártás
Fúrás Markírozás
Nyalá
b p
ara
méte
r szorz
at
Űrtechnika
Lézer teljesítmény
(1090
nm
-en
)
Vágás I. Jobb nyalábminőség, mélyebb penetráció, nagyobb stabilitás
Nd:YAG lézer kiváltása
Stent (érfalmerevítő katéter rozsdamentes acélból) vágása finomabb részletek
Stencillapok vágása (NYÁK gyártás) simább vágatfal, sorjamentes szélek
Precíziós lemezalkatrész gyártás nagyobb megmunkálási sebesség
Vágás II. Jobb nyalábminőség, mélyebb penetráció, nagyobb stabilitás
Nd:YAG lézer kiváltása
Vágás III. Jobb nyalábminőség, mélyebb penetráció, nagyobb stabilitás
Nd:YAG lézer kiváltása
Vágás IV. Jobb nyalábminőség, mélyebb penetráció, nagyobb stabilitás
Nd:YAG lézer kiváltása
Vágás V. Jobb nyalábminőség, mélyebb penetráció, nagyobb stabilitás
Nd:YAG lézer kiváltása
Hegesztés I. Pace maker Jobb nyalábminőség, nagyobb stabilitás, nincs karbantartás
Nd:YAG lézer kiváltása
Kapszula körbehegesztése finom varratképzés azonnali hermetikus lezárás minimális hőhatás a befoglalt elemekre
Kondenzátor-, elemtok zárósapkájának hegesztéseCsatlakozó vezetékek ráhegesztése a nyalábparaméterek nagyfokú állandósága növeli a technológiai megbízhatóságot és egyenletes varratminőséget eredményez gyorsabb megmunkálás
Hegesztés II. KO304-0,5mm Jobb nyalábminőség, nagyobb stabilitás, nincs karbantartás
Nd:YAG lézer kiváltása
v = 1,5 m/p
v = 1,0 m/p
v = 0,5 m/p
Hegesztés III. Elektronika Jobb nyalábminőség, nagyobb stabilitás, nincs karbantartásNd:YAG, CO2 lézer kiváltása
Mikrohuzalozás (pl. mobiltelefon gyártás) szelektív hegesztés: csekély hőhatás a környező alkatrészekre a kis készülékméret ideális integrációs lehetőséget nyújt
HD gyártás pórusmentes hermetikus lezárás a jobb minőségű és megbízhatóságú varrat kevesebb utómunkát jelent
Elektronikus egységek ponthegesztése nagyobb termelékenység minimális helyigényű, maximális flexibilitású nyalábvezetés
Hegesztés IV. Jobb nyalábminőség, csökkentett ciklusidők - nagyobb darabszámokNd:YAG lézer kiváltása
Eldobható borotva pengéjének rögzítése 75 m-es anyag hegesztése: ideális jellemzők rozsdamentes vékonylemez megmunkálásához kombinálható lézeres vágással, jelöléssel összeszerelés utáni megmunkálás
Gravírozás - markírozás Jobb nyalábminőség, nagyobb megmunkálási sebességNd:YAG, CO2 lézer kiváltása
Kontakt kerámiahenger (Anilox) gravírozása részletesebb, folyamatosabb cellarajzolat gyorsabb megmunkálás jobb tintaeleresztő képesség
Réz nyomóhenger gravírozása kedvező felületi behatolás magas reflexiójú anyagoknál is élesebb kontúr, jobb felbontás
Alkatrészek markírozása cizelláltabb kép nagyobb írássebesség mellett a kompakt kivitel és a száloptika révén egyszerű beépíthetőség hagyományos jelöléstechnikák leváltásakor
Mikrohajlítás HD gyártás Jobb nyalábminőség, nagyobb megmunkálási sebességNd:YAG lézer kiváltása
Winchester armatúrák hajlítása kész alkatrészek „csavarása” (post processing) jól kézben tartható folyamat a stabilitás miatt nagy sorozatok legyárthatók karbantartást alig igényel
Prototípus gyártás Jobb nyalábminőségNd:YAG lézer kiváltása
Szelektív lézeres szinterezés a 1090 nm különösen előnyös rozsdamentes acél- és titánpor szinterezéséhez finomabb felbontás: könnyebb struktúrák
Méréstechnika, űrtechnika Jobb nyalábminőségDiódalézer kiváltása
Lézeres terepmérés nagyobb teljesítmény megbízható jobb nyalábminőség – jobb célmegkülönböztetés szemre biztonságos hullámhossz egyéb szabadtéri alkalmazás (távközlés)
1550 nm, 2-5 W, ill.kW
Szállézer alkalmazási irányai - piaci lehetőségek
• A Nd:YAG lézerrel szemben nagyobb behatolási mélység• Terjedelmesebb munkadarabok és megnövekedett
munkatávolságok• Megmunkálás nagyobb távolságról• Vastagabb anyagok• Kedvezőbb jellemző méretek• Jobb vágatminőség és kisebb résméret• Rövidebb ciklusidők• Nagyobb termelékenység• Fokozott flexibilitás• Kedvező rendszerépítési lehetőség
LASRAM FL100
Lézer típus: SZÁLLÉZERLézer hullh.: 1090 nm +/-5nmNévl.átlagtelj.: 10-100 WM2: 1.1Sugár minőség: 0.38 mm.mradMegmunk.fej: FLH 100Fókusztávolság: 50 mmFókuszfolt: 10 µmSegédgáz: G1/8’’, 18 bar
LASRAM FL100
Tengelyek: X,Y,Z,AMdb. max: 300 x 300 x 100 mmSebesség: 250 mm/s, 1080°/sLépéshossz: 0,1µmTengelypont.: 1µm/100mmIsmétlési pont.: +/- 0,5 µmPozícionálási p.: 0,1µmForg./A/ teng.lép.:0,0002°Ismétlési p./A/: +/-0,0003°Tengelypont.: 0,0006°Axiális merevség: 0.0004 µm/kgVezérlő: Fanuc komp. NCT CNC
top related