פתרון מערכת אופטית לעיבוד לייזר

פתרון מערכת אופטית לעיבוד לייזר
קביעת ה-עיבוד לייזרפתרון מערכת אופטית תלוי בתרחיש היישום הספציפי. תרחישים שונים מובילים לפתרונות שונים עבור המערכת האופטית. נדרש ניתוח ספציפי עבור יישומים ספציפיים. המערכת האופטית מוצגת באיור 1:

נתיב החשיבה הוא: מטרות תהליך קונקרטיות –לייזרמאפיינים – תכנון סכימת מערכת אופטית – מימוש המטרה הסופית. להלן מספר תחומי יישום שונים:
1. תחום המיקרו-עיבוד המדויק (סימון, איכול, קידוח, חיתוך מדויק וכו'). התהליכים האופייניים הנפוצים בתחום המיקרו-עיבוד המדויק הם עיבוד מיקרומטרי על חומרים כגון מתכות, קרמיקה וזכוכית, כגון סימון לוגו לטלפונים ניידים, סטנטים רפואיים, חורים מיקרוניים לפירי הזרקת דלק וכו'. הדרישה המרכזית בתהליך העיבוד היא: ראשית, עליו לעמוד בנקודות אור ממוקדות קטנות במיוחד, צפיפות אנרגיה גבוהה במיוחד ואזור השפעה תרמית קטן ביותר וכו'. עבור היישומים והדרישות הנ"ל, הבחירה והתכנון שלמקורות אור לייזרורכיבים אחרים מבוצעים.
א. בחירת לייזר: הלייזר האולטרה סגול/ירוק מוצק (ננו-שנייה) או הלייזר האולטרה-מהיר (פיקו-שנייה, פמטו-שנייה) המועדף נובע בעיקר משתי סיבות. האחת היא שאורך הגל פרופורציונלי לנקודת האור הממוקדת, ובדרך כלל נבחר אורך גל קצר. השנייה היא שלפולסים של פיקו-שנייה/פמטו-שנייה יש מאפיין "עיבוד קר", והאנרגיה עוברת עיבוד מלא לפני דיפוזיה תרמית, מה שמביא לעיבוד קר. בדרך כלל, נבחר מקור אור לייזר עם תפוקת אור מרחבית, עם גורם איכות קרן M2 שבדרך כלל קטן מ-1.1, בעל איכות קרן מעולה.
ב. מערכות הרחבת אלומה ומערכות קולימציה משתמשות בדרך כלל בעדשות הרחבת אלומה בעלות הגדלה משתנה (2X – 5X), בניסיון להגדיל את קוטר האלומה ככל האפשר. קוטר האלומה הוא ביחס הפוך לנקודת האור הממוקדת, ובדרך כלל נעשה שימוש בארכיטקטורת הרחבת אלומה גלילית.
ג. מערכת מיקוד משתמשת בדרך כלל בעדשות F-Theta בעלות ביצועים גבוהים (לסריקה) או בעדשות מיקוד טלסנטריות. אורך המוקד פרופורציונלי לנקודת האור הממוקדת, ובדרך כלל משתמשים בעדשות שדה מוקד קצרות (כגון f = 50 מ"מ, 100 מ"מ). כפי שמוצג באיור 1: באופן כללי, עדשת השדה משתמשת בקבוצת עדשות מרובת אלמנטים (מספר העדשות ≥ 3), שיכולה להשיג שדה ראייה גדול, צמצם גדול ומדדי סטייה נמוכים. כל העדשות האופטיות כאן צריכות לקחת בחשבון את סף הנזק של הלייזר.
ד. מערכת אופטית לניטור קואקסיאלי: במערכת האופטית, משולבת בדרך כלל מערכת ראייה קואקסיאלית (CMOS) למיקום מדויק וניטור בזמן אמת של תהליך העיבוד.
2. עיבוד מאקרו-חומרים תרחישי יישום אופייניים של עיבוד מאקרו-חומרים כוללים חיתוך של יריעות רכב, ריתוך של פלדות גוף ספינות וריתוך של מעטפות בית סוללה. תהליכים אלה דורשים הספק גבוה, יכולת חדירה גבוהה, יעילות גבוהה ויציבות עיבוד.
3. ייצור תוסף לייזר (הדפסה תלת-ממדית) וחיפוי יישומי ייצור תוסף לייזר (הדפסה תלת-ממדית) וחיפוי כוללים בדרך כלל את התהליכים האופייניים הבאים: הדפסה על מתכות מורכבות בתחום התעופה והחלל, תיקון להבי מנוע וכו'.
בחירת רכיבי הליבה היא כדלקמן:
א. בחירת לייזר: באופן כללי,לייזרים סיבים בעלי עוצמה גבוההנבחרים, עם הספק שעולה בדרך כלל על 500W.
ב. עיצוב אלומה: מערכת אופטית זו צריכה להפיק אור שטוח, ולכן עיצוב אלומה הוא טכנולוגיית הליבה, וניתן להשיג זאת באמצעות אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים.
ג. מערכת מיקוד: מראות ומיקוד דינמי הן הדרישות הבסיסיות בתחום ההדפסה התלת-ממדית. במקביל, עדשת הסריקה צריכה להשתמש בעיצוב טלסנטרי בצד האובייקט כדי להבטיח עקביות בעיבוד הקצה והמרכז.