Drie hoofdtypen lasers om te snijden

Lasersnijden bestaat al sinds de jaren 60, maar is nu net zo relevant als het ooit is geweest vanwege het toenemende gebruik binnen industriële processen. Dit contactloze proces maakt gebruik van een constante lichtstraal om warmte en druk te creëren die vervolgens verschillende materialen met precisie hervormt/vervormt terwijl de snijkop over het materiaaloppervlak beweegt. De lasertechnologie heeft een groot aantal functies, waaronder snijden, boren en graveren, afhankelijk van de sterkte van de laser, het materiaal van de hoofdcomponent die wordt gebruikt om de laserstraal te produceren en het materiaal waarop deze inwerkt. Lasersnijden is een van de belangrijkste processen om plaatwerkonderdelen te maken.

Elke laser biedt een continue golflengte en kan verschillende doelen dienen. Er zijn 3 soorten lasers:CO2 (gaslasers), Fiberlasers en Nd:YAG of Nd:YVO (vanadaatkristallasers). Elk gebruikt een ander basismateriaal om de laser elektrisch te stimuleren met een gasmengsel of door fysieke diodes.

Typen lasers om te snijden

CO2-lasers

Een CO2-laser laat elektriciteit door een met gasmengsel gevulde buis lopen en produceert lichtstralen. De buizen bevatten spiegels aan elk uiteinde. Een van de spiegels is volledig reflecterend en de andere is gedeeltelijk, waardoor een deel van het licht doorlaat. Het gasmengsel is gewoonlijk kooldioxide, stikstof, waterstof en helium. CO2-lasers produceren onzichtbaar licht, in het verre infraroodbereik van het lichtspectrum.

De CO2-lasers met het hoogste vermogen variëren tot meerdere kilowatts voor industriële machines, maar dit zijn verreweg de uitzondering. Typische CO2-lasers voor machinale bewerking hebben een vermogen van 25 tot 100 watt met een golflengte van 10,6 micrometer.

Dit type laser wordt het meest gebruikt voor het werken met hout of papier (en hun derivaten), polymethylmethacrylaat en andere acrylkunststoffen. Het is ook handig voor het werken met leer, stof, behang en soortgelijke producten. Het is ook toegepast bij de verwerking van voedsel zoals kaas, kastanjes en verschillende planten.

CO2-lasers zijn over het algemeen het beste voor niet-metalen materialen, hoewel er bepaalde metalen zijn die ze kunnen verwerken. Het kan over het algemeen dunne platen aluminium en andere non-ferro metalen snijden. Men kan de kracht van de CO2-straal vergroten door het zuurstofgehalte te verhogen, maar dit kan riskant zijn in onervaren handen of met een machine die niet geschikt is voor dergelijke verbeteringen.

Vezellasers

Deze klasse machines maakt deel uit van de solid-state lasergroep en maakt gebruik van de zaadlaser. Ze versterken de bundel met speciaal ontworpen glasvezels die energie halen uit pompdiodes. Hun algemene golflengte is 1.064 micrometer, wat resulteert in een extreem kleine brandpuntsdiameter. Ze zijn meestal ook de duurste van de verschillende lasersnijapparaten.

Fiberlasers zijn over het algemeen onderhoudsvrij en hebben een lange levensduur van minimaal 25.000 laseruren. Fiberlasers hebben dus een veel langere levensduur dan de andere twee typen en kunnen sterke en stabiele stralen produceren. Ze kunnen intensiteiten aan die 100 keer hoger zijn dan die van CO2-lasers met hetzelfde gemiddelde vermogen. Fiberlasers kunnen in continue bundel, quasi- of gepulseerde instellingen zijn, waardoor ze verschillende functionaliteiten hebben. Een subtype van fiberlasersysteem is de MOPA, waarbij de pulsduur instelbaar is. Dit maakt de MOPA-laser tot een van de meest flexibele lasers, die voor meerdere toepassingen kan worden gebruikt.

Fiberlasers zijn optimaal geschikt voor het markeren van metaal door middel van gloeien, metaalgraveren en markeren van thermoplasten. Het werkt met metalen, legeringen en niet-metalen, zelfs met inbegrip van glas, hout en plastic. Fiberlasers kunnen, afhankelijk van het vermogen, behoorlijk veelzijdig zijn en veel verschillende materialen verwerken. Bij het werken met dunne materialen zijn fiberlasers de ideale oplossing. Dit is echter minder het geval voor materialen van meer dan 20 mm, hoewel een duurdere fiberlasermachine die kan werken met meer dan 6 kW de slag kan slaan.

Nd:YAG/Nd:YVO-lasers

Kristallasersnijprocessen kunnen in nd:YAG . zijn (neodymium-gedoteerde yttrium-aluminium-granaat), maar vaker gebruiken ze nd:YVO (neodymium-gedoteerde yttrium ortho-vanadaat, YVO4) kristallen. Deze apparaten maken een extreem hoog snijvermogen mogelijk. Het nadeel van deze machines is dat ze duur kunnen zijn, niet alleen vanwege hun initiële prijs, maar ook omdat ze een levensverwachting hebben van 8.000 tot 15.000 uur (waarbij Nd:YVO4 doorgaans een lagere heeft) en de pompdiodes kunnen een netto zeer forse prijs.

Deze lasers hebben een golflengte van 1.064 micrometer en zijn bruikbaar voor een enorm scala aan toepassingen, van medische en tandheelkunde tot militair en productie. Bij het vergelijken van de twee vertoont Nd:YVO een hogere pompabsorptie en versterking, een bredere bandbreedte, een breder golflengtebereik voor het pompen, een kortere levensduur in de bovenste toestand, een hogere brekingsindex en een lagere thermische geleidbaarheid. Als het gaat om continu gebruik, heeft Nd:YVO een algemeen vergelijkbaar prestatieniveau als Nd:YAG in gevallen met gemiddeld of hoog vermogen. Nd:YVO staat echter geen pulsenergieën toe die zo hoog zijn als Nd:YAG en de levensduur van de laser is korter.

Deze kunnen worden gebruikt met zowel metalen (gecoat en niet-gecoat) als niet-metalen, inclusief kunststoffen. Onder bepaalde omstandigheden kan het zelfs enkele keramiek verwerken. Het Nd:YVO4-kristal is verwerkt met kristallen met een hoge NLO-coëfficiënt (LBO, BBO of KTP) om de output van het nabij-infrarood naar groen, blauw of zelfs UV te verschuiven, waardoor het een heleboel verschillende functies heeft.

Vanwege de vergelijkbare afmetingen kunnen yttrium-, gadolinium- of lutetium-ionen worden vervangen door laseractieve zeldzame-aarde-ionen zonder de roosterstructuur die nodig is om de straal te produceren sterk te beïnvloeden. Hierdoor blijft de hoge thermische geleidbaarheid van de gedoteerde materialen behouden.