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            二氧化碳激光器在工業打標上的優勢簡析

            二氧化碳激光器在工業打標上的優勢簡析

            Access Laser(美國大通激光)研發并的中小功率射頻激勵二氧化碳激光器主要分為連續型(CW)和超脈沖(SP)兩種。目前連續型二氧化碳激光器在技術上已經比較成熟了,在工業領域應用廣泛,而中小功率超脈沖型二氧化碳激光器對于二氧化碳激光領域來說還是一項新技術。

            超脈沖技術是一項將原本平均輸出的激光能量集中在很短的時間內輸出的激光技術。超脈沖型二氧化碳激光器與相應的連續型激光器相比,主要具有打標加工效果更明顯、取得相同加工效果時能耗更低以及價格更低的優勢。 首先我們來簡單看一下超脈沖型二氧化碳激光器的技術優勢。在工業打標領域,由于超脈沖功率高、脈寬短,且光斑質量更佳,因此激光的熱傳導效應在材料表面產生的應力很低,尤其在高破壞閾值或者易炸裂的材料加工中有很好的效果,例如普通玻璃、陶瓷等。

            (Access Laser超脈沖激光器用激光陶瓷打標專用涂料進行陶瓷打標)

            (Access Laser超脈沖型激光器應用在塑膠瓶打標

            接下來我們主要分析一下超脈沖型二氧化碳激光器在能耗方面的優勢:

                  1、在射頻電源的輸入功率上超脈沖型激光器具有節能的優勢。以25-30W功率段為例,傳統的連續型激光器的輸入功率為400-500W之間。而相應的Access Laser的SP30型超脈沖激光器的輸入功率僅有250W,相比之下能量節省了40%-50%。若按線每天激光器工作12小時、工業用電每度1.5元計算,每年每臺超脈沖型激光器可比相應的連續型激光器節省約1500元的電費。

                  2、在材料加工的能量消耗上,超脈沖型激光器可以大幅降低不必要的能量損耗。以飛行打標為例,根據其短時間內能量集中輸出的特點,超脈沖激光在材料上的作用為圓錐形的坑,因此一系列超脈沖激光產生的效果就是一排圓錐形的坑。而連續型激光由于激光輸出模式的局限性,其作用效果相當于在材料表面挖了一條溝,因此在取得同樣的打標字跡清晰可辨的效果時,所需要加工的材料體積遠遠大于超脈沖激光,激光能量自然也相應要求得更多,因而在飛行打標所要求的速度方面也就不如超脈沖激光。

                  我們可以用簡單的數學推導來證明這一結論:

                  一般的飛打基本都要求打點陣。以此為例,我們假設激光作用在材料上的光斑直徑 ,兩個作用點之間的距離 ,打出的坑/溝深度為 。若超脈沖激光打每個字符需要打 個圓錐形坑,則連續型激光打每個字符需要的長度 (非閉合型字符)或 (閉合型字符),為計算方便統一取 。

                  因此,超脈沖激光每打一個圓錐形坑的體積為:

                  打一個字符所處理材料的體積為: 。

                  對于連續型激光器,打一個字符所處理材料的體積為:。

                  由此可以得出,在能夠滿足同樣要求的情況下,超脈沖型激光器所需要的激光能量僅為連續型激光器的1/3。

                  現在我們再考慮打標速度的因素。

                  一般流水線的飛行打標的平均速度 假設為每小時 個包裝,換算下來為每分鐘 個或每秒 個。

                  如果每個包裝上需要打 個字符,并且需要打標的區域和線總長比例為 ,則實際打標過程的速度應為平均速度的 倍。我們可以推算出所需要的超脈沖頻率為: 。

                  也就是說,超脈沖型激光器在 頻率的情況下能夠滿足每小時打 個包裝的要求。而超脈沖打標所需的激光能量僅為連續型激光器的1/3,因此超脈沖激光器完全可以滿足更高的飛打速度。

                  由此可以看出,超脈沖型激光器在能耗方面大大優于連續型激光器。對于倡導低碳、低能耗生活的今天,超脈沖激光技術無疑具有積極的意義。

                  ,超脈沖型二氧化碳激光器還具有極大的價格優勢。如前所述,設備商及終端用戶在需要同樣的打標效果時不一定要選用連續型激光器。如果選擇能達到相應功率的超脈沖型激光器,其價格不僅比連續型激光器便宜1/3,考慮到長期使用的能耗因素,超脈沖型激光器在打標領域的優勢便不言而喻了。


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