Lazer Makinaları & Çeşitleri

Lazer işleme makinaları ile ilgili bilmeniz gerekenler

Fiber lazerler modern dünyanın her yerindedir. Üretebildikleri farklı dalga boyları nedeniyle, kesme, işaretleme, kaynaklama, temizleme, dokulandırma, delme ve daha birçok şeyi gerçekleştirmek için endüstriyel ortamlarda yaygın olarak kullanılırlar. Ayrıca telekomünikasyon ve tıp gibi diğer alanlarda da kullanılırlar. 

Fiber lazerler, ışığı yönlendirmek için silika camdan yapılmış bir optik fiber kablo kullanır. Ortaya çıkan lazer ışını, daha düz ve daha küçük olduğu için diğer lazer türlerine göre daha hassastır. Ayrıca küçük bir ayak izine, iyi bir elektriksel verimliliğe, düşük bakıma ve düşük işletme maliyetlerine sahiptirler. 

Fiber lazerler hakkında bilmeniz gereken her şeyi öğrenmek istiyorsanız okumaya devam edin. 

Elias Snitzer, fiber lazeri 1961 yılında icat etti ve 1963 yılında kullanımını gösterdi. Ancak ciddi ticari uygulamalar ancak 1990'larda ortaya çıktı.

Neden bu kadar uzun sürdü? Bunun başlıca nedeni, fiber lazer teknolojisinin henüz emekleme aşamasında olmasıydı. Örneğin, fiber lazerler yalnızca birkaç on miliwatt yayabiliyordu, oysa çoğu uygulama en az 20 watt gerektiriyordu. Ayrıca, lazer diyotları günümüzdeki kadar iyi performans göstermediği için yüksek kaliteli pompa ışığı üretmenin bir yolu da yoktu.

İşte Albert Einstein'ın temellerini attığı 1917 yılına kadar uzanan fiber lazer teknolojisinin tarihindeki önemli anlardan bazıları. 

1917 – Uyarılmış emisyonlar keşfedildi (Albert Einstein). 

1957 – Lazer için teorik çerçeve geliştirildi (Gordon Gould). 

1960 – İlk lazer, yakut lazeri, inşa edildi (Ted Maiman). 

1960 – Sürekli dalga lazer ışınları ilk kez üretildi.

1960 – “Fiber optik” terimi ortaya atıldı (Narinder Kapany).

1961 – Cam elyaflarda optik modlar icat edildi (Elias Snitzer). 

1962 – Darbeli lazer ışınları üretme tekniği olan Q-anahtarlama gösterildi (Robert W. Hellwarth ve RJ McClung). 

1963 – İlk fiber lazer gösterildi (Elias Snitzer). 

1964 – Cam elyaflarından kirlilikleri gidermek ve dolayısıyla ışık kaybını sınırlamak için bir yöntem keşfedildi (Charles Kao ve George Hockham). 

1988 – İlk çift kaplamalı fiber lazer tanıtıldı (Elias Snitzer). 

1990 – 4W erbiyum katkılı fiber lazerle watt bariyeri aşıldı. 

2004 – Tek modlu silika fiber lazer ve amplifikatör icat edildi (David N. Payne). 

Günümüzde, fiber lazer teknolojisinde hala önemli ilerlemeler kaydedilmekte ve daha verimli, güçlü ve erişilebilir hale getirilmektedir. En yakın uygulamalardan bazıları, kirletici teknolojilerin yerini alabilecek ve dünyayı daha yeşil hale getirmeye yardımcı olabilecek  lazer temizleme ve lazer dokulandırmadır .

Fiber Lazer Çeşitleri Nelerdir?

Genel olarak fiber lazerler aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılabilir: 

Lazer kaynağı: Fiber lazerler, lazer kaynağının karıştırıldığı malzemeye göre değişir. Bazı örnekler arasında iterbiyum katkılı fiber lazerler, tülyum katkılı fiber lazerler ve erbiyum katkılı fiber lazerler bulunur. Bu lazer türlerinin hepsi farklı uygulamalar için kullanılır çünkü farklı dalga boyları üretirler.

Çalışma şekli: Farklı lazer tipleri lazer ışınlarını farklı şekilde yayar. Lazer ışınları, yüksek tepe güçlerine ulaşmak için belirli bir tekrarlama oranında darbeli olabilir (darbeli fiber lazerler), "q-anahtarlı", "kazanç anahtarlı" ve "mod kilitli" lazerlerde olduğu gibi. Ya da sürekli olabilirler, yani sürekli olarak aynı miktarda enerji gönderirler (sürekli dalga fiber lazerler). 

Lazer gücü: Lazer gücü watt cinsinden ifade edilir ve lazer ışınının ortalama gücünü temsil eder. Örneğin, 20W fiber lazeriniz, 50W fiber lazeriniz vb. olabilir. Yüksek güçlü lazerler, düşük güçlü lazerlerden daha hızlı daha fazla enerji üretir. 

Mod: Mod, optik fiberdeki çekirdeğin (ışığın hareket ettiği yer) boyutunu ifade eder. İki tür mod vardır: tek modlu fiber lazerler ve çok modlu fiber lazerler. Tek modlu lazerler için çekirdek çapı daha küçüktür, tipik olarak 8 ila 9 mikrometre arasındadır, çok modlu lazerler için ise daha büyüktür, tipik olarak 50 ila 100 mikrometre arasındadır. Genel bir kural olarak, tek modlu lazerler lazer ışığını daha verimli bir şekilde iletir ve daha iyi bir ışın kalitesine sahiptir. 

Fiber lazerler birçok başka şekilde kategorilendirilebilir, ancak burada belirtilen kategoriler en yaygın olanlarıdır. Ürünlere entegre edilmiş fiber lazerlerin örneklerini görmek istiyorsanız şu bağlantıları takip edin: 

Fiber lazer markalama sistemleri 

Yüksek güçlü fiber lazer markalama sistemleri 

Fiber lazer markalama makineleri 

Fiber lazer temizleme makineleri 

Fiber Lazerler ile CO2 Lazerler Arasındaki Fark Nedir?

Fiber ve CO2 lazerler arasındaki temel fark, lazer ışınının oluşturulduğu kaynaktır. Fiber lazerlerde, lazer kaynağı nadir toprak elementiyle karıştırılmış silika camdır. CO2 lazerlerde, lazer kaynağı karbondioksit içeren bir gaz karışımıdır.  

Kaynağının durumu nedeniyle fiber lazerler katı hal lazerleri, CO2 lazerler ise gaz hal lazerleri olarak kabul edilir. 

Bu lazer kaynakları da farklı dalga boyları üretir. Örneğin, fiber lazerler daha kısa dalga boyları üretir, bazı örnekler 780 nm ile 2200 nm arasında değişir. Öte yandan, CO2 lazerler tipik olarak 9.600 nm ile 10.600 nm arasında değişen daha uzun dalga boyları üretir.  

Farklı dalga boyları nedeniyle farklı uygulamalar için kullanılırlar. Örneğin, 1064 nm fiber lazerler genellikle metal işleme uygulamaları için tercih edilir. Lazer kesim, CO2 lazerlerin genellikle metalleri kesmek için tercih edildiği dikkate değer bir istisnadır. CO2 lazerler ayrıca organik maddelerle de iyi tepki verir. 

Eğer ikisi arasında kararsızsanız, CO2 ve fiber lazer arasında seçim yapma konusundaki yazımızı okuyun.

Fiber Lazer Makinesi Nedir?

Bir fiber lazer sistemi kullanıma hazır bir çözüme dönüştürüldüğünde, bu çözüme fiber lazer makinesi denir. OEM lazer sistemi işlemi gerçekleştiren araç iken, lazer makinesi aracın entegre edildiği çerçevedir.  

Lazer makineleri şunları sağlayabilir: 

Lazer güvenliği ve duman tahliyesi sağlanarak çalışanlar %100 güvendedir 

Operasyonları otomatikleştirmek veya operatörün işini kolaylaştırmak için mekanik bileşenler dahil edilmiştir 

Lazer işlemi belirli bir operasyon için hassas bir şekilde ayarlanmıştır 

Örneğin, burada gösterilen fiber lazer makinesi bir döner tabla, bir döner indeksleyici, bir Sınıf-1 lazer güvenlik muhafazası, bir duman aspiratörü, bir görüş kamerası ve bir HMI içerir.

Fiber Lazerin Ömrü Ne Kadardır?

Çoğu çevrimiçi kaynak, fiber lazerlerin 100.000 saat, CO2 lazerlerin ise 30.000 saat dayandığını iddia ediyor. Bu tamamen doğru değil. Bu sayılar, tüm fiber lazerler için aynı olmayan "arızalar arasındaki ortalama süre" (MTBF) adı verilen bir değere atıfta bulunur. Gerçekte, farklı fiber lazer türleri için farklı sayılar göreceksiniz. 

MTBF, bir lazerin güvenilirliğini, bir arıza meydana gelmeden önce lazerin kaç saat çalışmasının beklendiğini belirterek ölçer. Birden fazla lazer ünitesinin test edilmesi ve ardından toplam çalışma saati sayısının toplam arıza sayısına bölünmesiyle elde edilir.  

Bu değer, bir fiber lazerin ne kadar süre dayanabileceğini tam olarak söylemese de, lazerin güvenilirliği hakkında iyi bir fikir verir. 

Eğer bir fiber lazerin tam ömrünü gerçekten bilmek istiyorsanız, gerçek bir cevap olmadığı için hayal kırıklığına uğrayacaksınız. Gerçekte, fiber lazerlerin ömürlerinde arızalanabilecekleri kritik noktalar vardır. 

Lazeriniz bu anlardan herhangi birinde arızalanırsa bilmeniz gerekenler şunlardır:  

Erken yaşam: Bir fiber lazerde üretim hataları varsa, erken dönemde arızalar olması muhtemeldir. Lazerin ücretsiz olarak değiştirilebilmesi için üretim hatalarını kapsayan bir satın alma garantiniz olduğundan emin olmalısınız. 

Normal yaşam: Erken yaşamın ilk kritik dönemini geçtikten sonra, MTBF değeri lazerinizin arızalanma olasılığı hakkında size iyi bir fikir verir. Yüksek bir MTBF her şeyin sorunsuz gideceğinin iyi bir güvencesidir, ancak bir garanti değildir. Normal yaşam sırasında arızalara farklı şekillerde hazırlanabilirsiniz: yedek bir lazeri hazır bulundurun, lazeriniz tamir edilirken bir lazer kiralayın veya uzun süreli bir satın alma garantisine sahip olun.  

Ömrünün sonu: Fiber lazerler ömürlerinin sonuna yaklaştığında, arıza olasılığı önemli ölçüde artar. O zaman bile, yüksek kaliteli bir endüstriyel lazer genellikle MTBF'sinin çok ötesinde çalışabilir. 

Fiber Lazer Nasıl Çalışır (Ve Bileşenleri Nelerdir)?

Fiber lazerler, lazer diyotları adı verilen şeyden gelen pompa ışığını kullanır. Bu diyotlar, fiber optik kabloya gönderilen ışığı yayar. Daha sonra kabloda bulunan optik bileşenler belirli bir dalga boyunu oluşturmak ve onu yükseltmek için kullanılır. Son olarak, ortaya çıkan lazer ışını şekillendirilir ve serbest bırakılır. 

Bu işlemi gerçekleştirmek için her bir bileşenin nasıl kullanıldığı aşağıda açıklanmıştır. 

Adım 1. Lazer Diyotlarda Işık Oluşturulur 

Lazer diyotlar elektriği fotonlara veya ışığa dönüştürür ve fiber optik kabloya pompalanır. Bu nedenle, "pompa kaynağı" olarak da bilinirler.

Diyotlar ışık üretmek için farklı şekilde yüklenmiş iki yarı iletken kullanırlar: 

Birincisi pozitif yüklüdür, yani ekstra bir elektrona ihtiyacı vardır. 

İkincisi ise negatif yüklüdür, yani fazladan bir elektronu, yani serbest bir elektronu vardır. 

Pozitif ve negatif yükler bir araya geldiğinde birleşmeye çalışırlar. Ancak bunu yapmak için serbest elektronun bir foton olarak serbest bırakılması gerekir. Yarı iletkenlerden akım geçtiğinde, fotonların miktarı hızla artar. 

Elde edilen ışık fiber optik kabloya pompalanarak lazer ışınının üretilmesinde kullanılacak. 

Adım 2. Pompa Işığı Fiber Optik Kabloda Yönlendirilir 

Doğada ışık her yöne gider. Işığı tek bir yöne odaklamak ve lazer ışını elde etmek için fiber optik kablolar iki temel bileşen kullanır: fiber çekirdek ve kılıf. 

Çekirdek ışığın hareket ettiği yerdir. Silika camdan yapılmıştır ve kablonun nadir toprak elementi içeren tek parçasıdır. 

Kaplama, çekirdeği çevreleyen malzemedir. Işık kaplamaya çarptığında, çekirdeğe geri yansır. Bu, kaplamanın tam iç yansıma sağlaması nedeniyle oluşur. 

Tam iç yansıma, kaplamanın çekirdekten daha düşük bir kırılma indisine sahip olması nedeniyle oluşur. Benzer etkileri doğada görebilirsiniz. Örneğin, su altındaki nesnelere bakarsanız, deforme olmuş görünürler. Bunun nedeni, ışık havadan suya geçtiğinde farklı bir kırılma indisine çarpması ve yön değiştirmesidir. Aynısı, ışık çekirdekten kaplamaya geçtiğinde de geçerlidir, ancak yön değişikliği bir yansıma üretir. 

Kaplama olmadan ışık her yöne gider ve çekirdekten çıkar. Ancak kaplamanın kırılma indisi sayesinde ışık çekirdekte kalır ve yoluna devam eder. 

Adım 3. Işık Lazer Kavitesinde Güçlendirilir  

Pompa ışığı fiber optik kablodan geçerken, sonunda lazer boşluğuna girer; bu, yalnızca belirli bir dalga boyundaki ışığın üretildiği kablonun küçük bir bölgesidir. Fiziksel mühendisler, fiberin bu bölgede "katkılandığını" çünkü nadir toprak elementiyle karıştırıldığını söylüyor .  

Katkılı fiberden gelen parçacıklar ışıkla etkileşime girdikçe, elektronları daha yüksek bir enerji seviyesine yükselir. Temel durumlarına geri döndüklerinde, foton veya ışık biçiminde enerji açığa çıkarırlar. Fizik mühendisleri bu olgulara "elektron uyarımı" ve "elektron gevşemesi" adını verirler.

Lazer boşluğu ayrıca ışığın "fiber Bragg kafesleri" adı verilenler arasında ileri geri sıçradığı bir rezonatör görevi görür. Bu, "Işınım Emisyonu Uyarılarak Işık Amplifikasyonu"na veya LAZER'e yol açar. Basitçe söylemek gerekirse, lazer ışınının oluştuğu yer burasıdır.

Bragg ızgaralarının iki türü vardır: 

Birincisi ayna görevi görerek ışığı boşluğa geri yansıtır.  

İkincisi seçici bir ayna görevi görerek ışığın bir kısmının boşluktan çıkmasına izin verir, ancak geri kalanını boşluğa geri yansıtır. 

Amplifikasyon şu şekilde gerçekleşir: Fotonlar diğer uyarılmış parçacıklara çarptığında, bu parçacıklar da foton salar; Bragg kafesleri fotonları boşluğa geri yansıttığından ve boşluğa daha fazla pompa ışığı gönderildiğinden, üstel sayıda foton salınır. 

Bu uyarılmış radyasyon yayılımı sonucunda lazer ışığı meydana gelir. 

Adım 4. Belirli Bir Dalga Boyuna Sahip Lazer Işığı Oluşturulur 

Katkılı fiber tarafından üretilen dalga boyu, lazer boşluğunun katkılama elemanına göre değişir. Bu çok önemlidir, çünkü farklı uygulamalar için farklı dalga boyları kullanılır. Katkılama elemanı erbiyum, iterbiyum, neodimyum, tülyum vb. olabilir. Örneğin iterbiyum katkılı fiber lazerler 1064 nm'lik bir dalga boyu üretir ve lazer işaretleme ve lazer temizleme gibi uygulamalar için kullanılır.

Farklı katkılama elementleri farklı dalga boyları üretir çünkü belirli parçacıklar belirli fotonlar yayar. Bu nedenle, lazer boşluğunda üretilen fotonların hepsi aynı dalga boyuna sahiptir. Bu, her fiber lazer türünün neden belirli bir dalga boyu ürettiğini ve yalnızca o dalga boyunu ürettiğini açıklar. 

Adım 5. Lazer Işını Şekillendirilir ve Serbest Bırakılır  

Rezonans boşluğundan çıkan fotonlar, fiberin ışık yönlendirme özellikleri nedeniyle son derece iyi kolime edilmiş (veya düz) bir lazer ışını oluşturur. Aslında, çoğu lazer uygulaması için fazla kolime edilmiştir.  

Lazer ışınına istenen şekli vermek için, mercekler ve ışın genişleticiler gibi farklı bileşenler kullanılabilir. Örneğin, fiber lazerlerimiz, malzemeye kazı yapan lazer uygulamaları için 254 mm odak uzaklığına sahip bir mercekle donatılmıştır (yani, lazer gravür ve lazer dokulandırma). Bunun nedeni, kısa odak uzaklıklarının, daha agresif bir lazer ablasyonu biçimi için bir alana daha fazla enerji odaklamamızı sağlamasıdır . 

Diğer lens tipleri farklı avantajlar sunar, bu nedenle uzmanlar belirli bir uygulama için lazeri optimize ederken bunları dikkatlice seçerler. 

Lazer Parametreleri Nelerdir?

Tüm lazerler ve lazer uygulamaları aynı parametreleri kullanmaz. Örneğin, lazer kesim ve lazer markalama için farklı olanların ayarlanması gerekir. Ancak bazı parametreler tüm fiber lazer türleri için kullanılır. Karşılaşmanız en olası olanlar şunlardır. 

Dalga boyu 

Bir fiber lazerin ürettiği dalga boyu, lazer ışığının elektromanyetik radyasyon seviyesine karşılık gelir. Tipik olarak, fiber lazerler kızılötesi spektrumda bulunan ve insan gözüyle görülemeyen 780 nm ile 2200 nm arasındaki dalga boylarını üretir. Bu kızılötesi ışık aralığı metaller, kauçuk ve plastiklerle iyi tepkimeye girme eğilimindedir ve bu da onu çok çeşitli malzeme işleme uygulamaları için kullanışlı hale getirir. 

Yeşil lazerler gibi bazı fiber lazerler, altın, bakır, silikon ve yumuşak cam gibi yumuşak malzemelerle iyi tepkimeye girebilen görünür ışık üretir. Yeşil fiber lazerler ayrıca holografi, terapi ve cerrahi gibi diğer şeyler için de kullanılır.

Bu lazerler, görünür ışık üretmek için ek bileşenlere ihtiyaç duyar. Laser Focus World'den John Wallace bunun nasıl yapıldığını şöyle açıklıyor: