1. Технические принципы и различия в производительности
① Усиление среднее
В волоконных лазерах в качестве усиливающей среды используются стеклянные волокна, легированные-редкоземельными элементами. Под действием света накачки в волокне формируется высокая плотность мощности, что приводит к инверсии уровня энергии лазера и генерации лазера через петлю положительной обратной связи резонансного резонатора. Волоконные лазеры компактны и не требуют сложной системы охлаждения, а гибкость волокна делает их более выгодными в многомерных приложениях космической обработки.
Сердцевиной волоконного лазера является оптическое волокно – гибкая-тонкая стеклянная или пластиковая нить, известная своей способностью проводить свет на большие расстояния с минимальными потерями. Волокно действует как активная усиливающая среда лазера и является основой его работы. Однако, в отличие от нелегированных стеклянных или пластиковых волокон, используемых в телекоммуникациях, оптическое волокно волоконного лазера легировано редкоземельными элементами, такими как эрбий или иттербий. Такое легирование приводит к энергетическому состоянию, необходимому для работы лазера, позволяя волокну не только направлять свет, но и усиливать его.
Твердотельный-лазер (SSL) основан на своей уникальной усиливающей среде, твердом материале, и обычно состоит из четырех частей: усиливающей среды, системы охлаждения, оптического резонансного резонатора и источника накачки. Усиливающая среда, такая как рубин (Cr:Al₂O₃) или иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом- (Nd:YAG), является душой твердотельного-лазера. Активированные ионы (такие как Nd³⁺), легированные внутри него, достигают инверсии населенности под действием света накачки, тем самым генерируя лазерный свет. Система охлаждения отвечает за удаление тепла, накопленного внутри усиливающей среды в результате генерации лазера, для обеспечения стабильной работы лазера. Оптический резонатор формирует непрерывные колебания за счет положительной обратной связи фотонов, излучая монохроматический и узконаправленный лазерный луч.
② Производительность и эффективность
Волоконные лазеры известны своей превосходной электрической эффективностью благодаря природе волоконно-оптических кабелей, которые могут проводить свет с минимальными потерями. Эта особенность делает волоконные лазеры невероятно энергоэффективными, часто достигая эффективности более 30%. Твердотельные-лазеры, как правило, менее эффективны, вероятно, из-за более высоких потерь в их более крупных усиливающих средах и необходимости использования ламп высокой-интенсивности для накачки.
③ Качество луча: напрямую влияет на эффективность лазеров в прецизионных приложениях.
Однорежимная-работа волоконных лазеров может обеспечить невероятно высокое качество луча, характеризующееся точной фокусировкой и минимальной расходимостью. Твердотельные-лазеры, хотя и способны обеспечивать-лучи высокого качества, часто не могут сравниться по качеству луча с волоконными лазерами, особенно на более высоких уровнях мощности. Несмотря на меньшую эффективность и качество луча, твердотельные-лазеры не лишены своих преимуществ. Они обладают мощными возможностями масштабирования мощности и хорошо подходят для приложений с высокой-мощностью. Твердотельные-лазеры могут быть разработаны для получения невероятно высоких уровней мощности за счет увеличения размера усиливающей среды и мощности накачки, что не так просто для волоконных лазеров из-за ограничений размера волокна и тепловыделения.
④ Стабильность
Волоконные лазеры обладают высокой стабильностью. Их структура волокна нечувствительна к изменениям окружающей среды (таким как температура, влажность, вибрация и т. д.) и может поддерживать стабильные условия работы в суровых условиях. В то же время волоконные лазеры представляют собой твердотельные-структуры и не содержат оптических компонентов в свободном-пространстве, поэтому считаются более долговечными и адаптируемыми к изменениям окружающей среды.
Твердотельные-лазеры обладают относительно низкой стабильностью, и изменения факторов окружающей среды могут оказать большее влияние на их работу.
⑤ Характеристики рассеивания тепла
Волоконные лазеры обладают превосходными характеристиками рассеивания тепла. Его усиливающей средой является оптическое волокно, которое имеет большое соотношение площади поверхности к объему, а тепло может быстро рассеиваться, поэтому оно может стабильно работать в течение длительного времени и выдерживать высокую выходную мощность.
Твердотельные-лазеры относительно трудно рассеивают тепло, и при работе на высокой мощности они склонны к тепловым эффектам, что влияет на производительность и срок службы лазера.
⑥ Размер и затраты на обслуживание
Волоконные лазеры очень компактны и практически не требуют обслуживания. Небольшой размер волокна и отсутствие внешних зеркал значительно уменьшают проблемы юстировки, связанные с твердотельными лазерами. Кроме того, отличные возможности рассеивания тепла волокна обычно не требуют активного охлаждения, что еще больше снижает требования к техническому обслуживанию. В то же время волоконные лазеры, как правило, безопаснее в эксплуатации, поскольку лазер находится внутри волокна, что снижает риск случайного воздействия.
Юстировка зеркал твердотельных-лазеров имеет решающее значение для их работы и требует регулярной проверки и регулировки, что увеличивает объем работ по техническому обслуживанию. Кроме того, твердотельные-лазеры обычно требуют активного охлаждения для управления теплом, выделяемым в усиливающей среде, что не только увеличивает сложность системы, но и увеличивает требования к техническому обслуживанию. Твердотельные-лазеры обычно крупнее волоконных лазеров. Потребность в зеркалах с большим усилением и внешних зеркалах увеличивает их размер и вес, ограничивая их применимость в приложениях с ограниченным пространством.
2. Области применения
Волоконные лазеры отлично подходят для промышленной резки и сварки благодаря своей высокой мощности, высокому качеству луча, хорошему рассеиванию тепла и стабильности. Волоконные лазеры особенно подходят для резки толстых листов и сварки металлических материалов. Их высокая электро-эффективность оптического преобразования, а также конструкция,-не требующая настройки и обслуживания-, значительно снижают стоимость использования и сложность обслуживания. В то же время высокая устойчивость волоконных лазеров к суровым рабочим условиям, таким как пыль, вибрация, влажность и т. д., также позволяет им хорошо работать на различных промышленных объектах. Лазеры непрерывного действия имеют высокую степень проникновения в область макрообработки и постепенно вытеснили традиционные методы обработки в этой области.
Твердотельные-лазеры уникальны в области сверх-прецизионной и ультра-микрообработки благодаря своей высокой пиковой мощности, большой энергии импульса и коротковолновой-выходной мощности лазера (например, зеленого и ультрафиолетового света). В таких процессах, как маркировка металлических/не-материалов, резка, сверление и сварка, твердотельные-лазеры могут обеспечить более высокую точность обработки и более широкую применимость материалов. Твердотельные-лазеры стали предпочтительным оборудованием, особенно при высокоточной-сварке и-отверждаемой 3D-печати не-неметаллических материалов, поскольку они являются коротковолновыми-лазерами с небольшим тепловым эффектом и высокой точностью обработки. Твердотельные-лазеры в основном используются в области прецизионной микро-обработки не-неметаллических материалов, а также тонких, хрупких и других металлических материалов из-за их короткой длины волны (ультрафиолетовый, глубокий ультрафиолет), короткой длительности импульса (пикосекундной, фемтосекундной) и высокой пиковой мощности. Кроме того, твердотельные-лазеры широко используются в передовых-научных исследованиях в области окружающей среды, медицины, военного дела и т. д.
|
Области применения |
Твердотельные-лазеры |
Волоконный лазер |
|
Лазерная маркировка |
Маркировка металлических/не-металлических материалов. К не-материалам относятся упаковка, стекло, керамика, пластик, полимеры и т. д., особенно для маркировки изысканных и дорогих-материалов. |
В основном для маркировки металлических материалов |
|
Лазерная резка, сварка и сверление |
Резка металлических и не-металлических материалов, особенно высокоточная-резка тонких материалов; сварка не-неметаллических материалов, особенно высокоточная-сварка тонких материалов; прецизионное сверление металла и не-металла. |
В основном для резки металлических материалов, в основном для резки толстых материалов; сварка металлических материалов, в основном сварка толстых материалов; в основном для сверления металла, керамики и т. д. |
|
Производство мобильных телефонов |
Резка формы крышки мобильного телефона, резка стекла камеры, удаление чернил, резка модуля отпечатков пальцев, маркировка задней крышки, резка поляризатора, полноэкранная резка, сверление наушников, резка наушников, сверление защитного стекла, резка кольца беспроводной зарядки и т. д. |
Сварка аккумуляторов, сварка компонентов, резка/сварка типа-C, сварка металлических компонентов, сварка наушников и т. д. |
|
Автомобильная промышленность |
Резка зеркал заднего вида, сверление топливных форсунок, сверление стекол автомобиля и т. д. |
Резка полюсных частей силовой батареи, сварка крышек, сварка рамы, сварка специальных деталей пазов двигателя и т. д. |
|
Аддитивное производство (3D-печать) |
3D-печать свето-отверждаемых материалов с высокой-точкой плавления-и высокой-отражательной способностью |
Спекание металлов, лазерная наплавка |
3. Доля рынка
Наша страна находится в процессе трансформации и модернизации производства от низкого-производства до высшего-производства. Большая доля приходится на-производство низкого уровня. Рынок макро-обработки охватывает как низшее-, так и частично-производство высокого уровня. Спрос на рынке велик. Таким образом, емкость рынка волоконных лазеров относительно велика.
Отечественные волоконные лазеры малой-мощности сильно локализованы, и существует множество крупных- отечественных производителей. Согласно «Отчету о развитии лазерной промышленности Китая», волоконные лазеры малой-мощности были полностью заменены отечественной продукцией; что касается непрерывных волоконных лазеров средней-мощности, отечественное качество не имеет очевидных недостатков, ценовое преимущество очевидно, а доля рынка эквивалентна; Что касается мощных-непрерывных волоконных лазеров, то отечественные бренды добились частичных продаж.
Что касается твердотельных лазеров, из-за позднего развития в Китае в настоящее время нет зарегистрированных компаний, основным бизнесом которых является этот продукт, и они обычно приобретают иностранные бренды.
Волоконные лазеры в основном используются в области макрообработки из-за их высокой выходной мощности (лазерная макрообработка обычно подразумевает обработку размера и формы обрабатываемого объекта с воздействием лазерного луча на миллиметровом уровне); Твердые лазеры широко используются в области микрообработки из-за их преимуществ, таких как короткая длина волны, узкая ширина импульса и высокая пиковая мощность (микрообработка обычно относится к обработке размера и формы с точностью, достигающей уровня микрометра или даже нанометра), что приводит к определенным различиям между пользователями твердотельных лазеров и волоконных лазеров.
В общем, твердотельные лазеры и волоконные лазеры имеют свои области применения. В большинстве областей между ними нет прямой конкуренции. В области обработки металлических материалов, которая пересекается с областью микрообработки, когда металл достигает определенной толщины, в этой области обычно используются традиционные методы или волоконные лазеры по соображениям стоимости. Твердотельные лазеры используются только в сценах с тонким металлом или высокими требованиями к обработке и нечувствительны к стоимости. Кроме того, конкуренция между ними невелика. Твердые лазеры в основном используются для обработки не-металлических материалов (стекла, керамики, пластмасс, полимеров, упаковки, других хрупких материалов и т. д.), а в области металлических материалов они используются в сценах с высокими требованиями к точности и относительно нечувствительны к стоимости.
Если вы хотите узнать больше о лазерной сварке или купить лучший для вас аппарат для лазерной сварки, оставьте сообщение на нашем веб-сайте и напишите нам напрямую!
Связаться с нами: