尽管我们没有在每个角落看到他们，但他们的工作成果无处不在。 在许多行业中，激光机所提供的操作质量和速度仍然是传统加工方法无法实现的。 激光打标机，雕刻机，金属焊接和切割机等 这份清单确实非常庞大，并且激光继续占领着世界。
但是，佩特卡有一个细微差别。 像所有高科技故事一样，激光技术已经成功地散发出有关其无限可能性的谣言和神话。 那里的可能性确实是一辆（或两辆）汽车，但没人取消物理。
由于渴望了解所有工作原理，因此决定向Laser Center公司的圣彼得堡办事处征求意见。 他们从事激光雕刻机和标记器的开发已有15年了，他们可能对它们有所了解。
很多照片被剪掉了。
见根
我们必须立即记住所有雕刻和标记历史中最重要的事情：只有光纤激光器才能为我们提供用于金属加工工业应用的必要参数。 他们还没有真正的选择。 气体，固态激光器和其他激光器都可以正常工作，但是可以用于其他应用。
问题来了：为什么光纤激光器如此出色？ 首先，这是优良的光辐射质量。 在运行100,000小时后，激光性能的变化将可忽略不计或根本不会变化。 虽然这并不意味着您根本无法跟随他。
Mini Marker2。最受欢迎的激光中心机。 激光隐藏在下面的红色框中。
但是最主要的是产生的辐射的波长以及它与材料的相互作用方式。 规范的二氧化碳激光器在9.6-10.6微米的波长下工作。 这种辐射完全被有机物吸收，因此它们比工作于大约1-1.5微米的光纤激光器更适合医疗用途。 严格来说，波长就像护照一样，是带有激光的身份证件。 取决于波长，材料与辐射的相互作用不同。 只有三种选择：辐射可以被吸收，反射或跳过。 一个教科书的例子是玻璃，它吸收紫外线，但可以完美地透射可见光谱。 我们感兴趣的变体是：波长为1.064μm的辐射几乎被钢完全吸收，而波长为10.6μm的辐射被反射。 如果采用有机玻璃，一切都会完全相反（10.6-被吸收，1.064-通过）。
机器的演示板迷你标记器2。此类标牌旨在显示机器的最大功能（图像质量，使用彩色等），并且随您而造。
第三重要参数是照射焦点处的光斑直径。 在相同的辐射功率和焦距的情况下，光纤激光器的光斑较小，因此吸收能量的密度大约高100倍（圆形区域）。 ）比 -激光。 因此，使用金属的更大便利。
好吧，最后-辐射体的小尺寸。 特别是与气体激光器相比。
为了使介绍引人注目，并为我们的同胞感到自豪：光纤激光器开发和生产行业的领导者是由博士创建的IPG Photonics Corporation。 加蓬采夫。 通常，您可以默认接受：看到激光，寻找俄罗斯物理学家的踪迹=）
上一张照片的印版雕刻过程。 只需几分钟即可完成。
顺便说一下，光纤激光器的市场现在估计约为20亿美元，其中有1.5是IPG。 NTO“ IRE-Polyus”公司的一小部分，从那里开始使用光纤激光器，在俄罗斯的非资源出口商中排名第十。 第九位-Rosoboronexport。 得出自己的结论。
物资
现在让我们了解什么是光纤激光器。
说到 红宝石，纤维或任何其他激光是指产生激光辐射的活性介质。 关于激光本身是三分钟。
您可以用激光从木头和塑料上切割出如此可爱的东西
1964年，苏联科学家尼古拉·巴索夫（Nikolai Basov）和亚历山大·普罗霍罗夫（Alexander Prokhorov）与美国查尔斯·汤斯（Charles Townes）合作，因制造激光而获得了诺贝尔奖。 他们发现，在某些物质中，当电磁能辐射时，电子开始向更高的能量轨道移动。 在反向转换到较低能量的轨道时，它们发射出一个量子能量的光子。 什么是量子？ 这是一个光子的能量=）然后发生了一个主要的魔术：如果一个飞行的光子撞击到另一个处于高能级的电子，就会产生一个新的光子，它与进入的光子完全相同，并且会以相同的方向飞行。 然后，这两个光子敲出4个，敲掉8个，依此类推，直到在活性物质的边界处打开所谓的快门，并且由完全相同的光子组成的辐射通量从物质中飞出。 所有这些都是以光速发生的，因此，在现代激光器中，脉冲持续时间可以以皮秒和飞秒（分别为-12度和-15度）来测量。
出售第一台（字面意义上的）雕刻机。 他遭到特别追捕并回购。
现在一点数学。 假设我们有一个标准的10 W中功率光纤激光器，其脉冲宽度为100纳秒（-9），脉冲频率为20 kHz。 一个脉冲的能量为1 mJ。 点的直径是50微米。
如果您仔细观察一下这种冲动，事实证明 秒 我们传输了1 mJ。 如果您不停下来就以这种方式工作，那么在0.001 J（能量）下我们将得到10.000.000（次）。 总计10,000瓦。 您可以想象每50微米泵入10 kW时的感觉。
在这里，深雕刻技术被研究出来，以获得清晰的立体图像。 相反，一种3D打印机。 该过程可能持续数天，在此期间不得触摸产品。 因此，在实验室中它们尽可能重。
现在，请记住中国的激光，它使斑点多出了几倍。 如果光斑半径是原来的三倍，面积是原来的九倍，那么事实证明，在所有条件相同的情况下，中国激光器的工作功率不是10W，而是1W（这仍然是一个积极的设想）。
现在介绍一下光纤激光器本身。 不难猜测，在此辐射体的作用是由一长段纤维承担的。 互联网现在还不是面向您的，但本质是相同的，只是光纤的结构非常不同。 光纤激光器的优点是什么-活性介质的基本冷却。 当工程师们为均匀冷却气瓶或整个晶体的任务感到困惑时，光学系统串根本没有这样的问题。 实际上，您可以将其缠绕在一块圆形的铝上，说它是散热器，这就解决了冷却问题。
最后会发生什么。 我的相机无法传达图像的细节程度，但请相信我-眼睛从字面上切出了它们的完美清晰度。
另一个容易解决的问题是辐射泵浦。 一个LED通过耦合器焊接到光纤上，然后再耦合一次，直到您得到所需的流为止。
金钱问题
为什么确切地说激光雕刻机会引起生产所有者的最大兴趣？ 奇怪的是，但是人们的钱是有限的，而最大的利益总是最便宜的技术，它可以提供可接受的结果。 因此，如果我们使用一台传统的数千台激光机，那么将有900台用于打标，而只有100台用于切割，焊接和其他添加技术。
激光切割机在工作。 最终产品不是晶格，而是空单元中的晶格。
正如我们之前所同意的，最有可能来自一家制造商的激光模块。 因此，仍然有待学习如何从中受益。 为此，我们需要组装一台机器，该机器是一个标记区和一个垂直杆，光学系统将沿着该垂直杆移动（统称为扫描仪系统）。 需要这种流动性来确定焦点。 而是，系统的焦点是恒定的，但是标记的产品的厚度都不同，因此必须考虑到这一点。
为什么不将光学元件固定在一点上？ 答案再次是金钱-用马达制造一根杆比发明一个变焦镜头要容易得多。 电源和激光器可以隐藏在机器的底部，然后再减小尺寸-多次更改所有细节，以便以最佳方式组合并编写软件（讽刺铭牌）。
来自医学的例子。 固定器上安装了一个销钉，上面刻有一个非常特殊的微浮雕，以便周围组织的细胞更容易固定在其上。 有时这种操纵会增加销的有效性。
对于激光中心机，所有内容都在Windows下编写，因为 大多数行业都使用Microsoft技术，因此不想与它们进行格式大战。 市场决定了现在该如何说话。
曲面问题
细心的读者会问一个问题-您说产品应该是重点。 因此，其表面应相当光滑。 但是，看看普通笔，它是圆形的！ 如何在这样的曲面上刻上铭文？
绝对正确的问题！
我完全忘记了这个东西叫什么，但是这里一切都清楚了。 使用传统方法，这非常长，昂贵且困难。
为此，我们需要考虑雕刻机的光学部分如何工作。 如果在镜头中放置普通镜头，光束将聚焦到球体内。 原则上，这应该是学校物理课程中每个人都知道的。 但是他们在学校没有说的是，可以以这样一种方式设计镜头，使光束开始在平面上聚焦。 当然，更靠近平面的边缘，光束将略微散焦，而不会出现这种情况。 但这已经是关于容差和错误的话题了。 您可以通过创建越来越复杂的镜头来解决这个问题，但是从经济上讲，这是不合理的（不再是，而是再次）。
高科技塑料喷嘴聚焦。 尚未发明世界上越来越好。 说真的
那该如何处理呢？ 没门 聚焦良好的激光束可使我们达到接近微米的精度。 即使此精度下降到工作区域的边界几微米，如果没有显微镜，我们也不会看到它。 因此，如果我们需要非常高的精度，则可以人为地限制工作区域的大小，以使光束保持在必要的误差范围内。 这是一个重要的结论：机器可以具有高分辨率，也可以在弯曲的平面上工作。 知道当时和之后还没有发明的收割机。
所有工业机械都配有床，必须集成不间断电源。 他只有一项任务：记住上一个动作并关闭机器。 恢复电源后，处理将从同一点继续。
另一个要点是激光光斑的大小。 无论我们设置光学器件和激光辐射源有多酷，我们都永远不会得到无限小的点。 它将始终是一个光斑，其大小取决于光学系统，激光的波长和激光发射器本身的质量。 这就是IPG Photonics几乎成为市场垄断者的原因。 他们设法制造出的光斑比中国的光斑小几十倍。 较小的点-面积更大，效率更高等 而且，该点的能量分布不是均匀的，而是根据高斯分布的，但是这里我们冒着掉入不再需要的荒野的风险。
生产实验室之一。 人们已经离开，但有些雕刻师忙于工作。 在正常模式下，他们可以工作几天而不会休息。
因此，使用笔（以及其他非关键弯曲的表面），一切都很简单-如果没有显微镜，我们将看不到斜坡上的雕刻边缘比设置焦点的上部模糊得更多。 在激光语上，这称为牵引-该机器可以工作的高度差。 还有一些产品（例如，用于血管外科手术的最细的网，称为支架），其精度至关重要，并且此类产品只能从平坦的坯料中切割出来。 有许多特定的细微差别：如果我们使用多层电子设备，其层厚度达到10微米，我们甚至必须考虑工件所在表面的材料。 每20度每米2 mm的热膨胀，认为基材是不合适的。 因此，可以使用花岗岩板（某种花岗岩）作为基材：优异的热系数和一定的抗振性。
装配在花岗岩床上的机器示例。
关于材料
如果看一下工厂生产的几乎所有产品的包装，很可能会发现激光刻印机的痕迹。 而且很可能是黑色的字母数字代码。 这是否意味着在打标时，激光会烧掉顶层材料，留下灰烬，腐烂和阴暗？ 不行 如果我们以为是这样的话，这些题词本来可以很容易地抹掉的，但是它们就像手套一样握着。 让我们找出正在发生的事情。
当开发要求微米精度的技术时，一切都由显微镜控制。
在上一段中，我们已经提到了激光光斑的大小。 这里的一切似乎都很简单。 如果您需要更大的功率-占地小，就不需要大功率-您可以做大。 但是由于某种原因，我们忘记了激光与之相互作用的材料，以及其中很多的技术过程：蒸发，回流等。 但是现在我们只对一件事感兴趣-材料结构的变化。
死亡编号-eucariot将手伸向激光束下方。 但是，手没有被割断，没有燃烧，什么也没发生：辐射没有聚焦，因此其能量分散在很大的表面上。 但是如果他放下手...
当物理学家们在寻找光斑的大小，在寻找高斯分布时（是的，也是这样），配镜师只是简单地分配了光斑。 辐射落在哪里 时间，是我们光束的边界。 但是对于普通人来说 一旦骑受伤。 对我们来说，简单确定过程进行的位置（及其边界）非常重要。 在这里，所有的注意力都集中在我们发光的物体上。 每种材料对不同的波长和辐射功率有不同的反应。 例如，如果将通过特定波长活化的颜料添加到塑料（油漆等）中，则它具有令人感兴趣的特性。 我们将这种产品放在激光下，主要材料不会对入射辐射产生反应，颜料直接在材料内部“活化”，即 我们只和他一起工作。 在输出时，我们的产品将不会违反完整性，但会在材料本身的结构中集成一个铭文。 在具有侵蚀性环境的行业中，这是非常值得赞赏的，在该行业中，可以删除带有油漆的铭文，并且压印变脏，直到无法读取为止。 在照片中，例如，一头母牛的标签。 在标签本身散开之前，铭文将保持可读性。 它是由聚丙烯制成的，与纤维激光器的相互作用极差（以任何方式读取），但是其中的添加剂只是等待被照射。 它们吸收了传递给聚丙烯的所有能量。 获得一种中介。
那些具有不可磨灭图像的母牛和其他塑料制品的标签也相同。
每个用激光去除纹身的人都面临相反的故事：激光辐射几乎不与皮肤相互作用而穿透皮肤，但被涂料吸收，破坏了皮肤。 在某些波长下，皮肤的透明度取决于整个美容，外科手术和其他医学领域中激光的全部使用。
变色的颜色
激光雕刻机的另一个有趣应用是在金属上创建彩色图纸。 该技术基于色调，让我们了解它的含义。
众所周知，金属喜欢与大气相互作用-这称为氧化。 有些金属会迅速氧化，有些会缓慢氧化，但是如果加热，氧化总是会在此刻发生。
特定产品上可能的颜色的示例。
由于白光对薄氧化膜的干扰，在我们看来表面已经变色。 至少每个人至少加热过一块铁或看一下新鲜的焊缝后，绝对是所有人都知道这种效果的：金属上会出现彩虹斑。 颜色直接取决于氧化膜的厚度，这意味着如果我们知道金属的特性以及在什么温度下形成厚度的膜，然后安排局部加热并组合色点，就可以用喷墨打印机的方式创建彩色图像。 , .
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