1. Laser à disque
La conception du laser à disque a permis de résoudre efficacement le problème des effets thermiques des lasers à semi-conducteurs et d'obtenir une combinaison optimale de puissance moyenne élevée, de puissance de crête élevée, de rendement élevé et de haute qualité de faisceau. Les lasers à disque sont devenus une source de lumière laser incontournable pour le traitement dans les secteurs de l'automobile, du naval, du ferroviaire, de l'aéronautique, de l'énergie et autres. La technologie actuelle des lasers à disque haute puissance atteint une puissance maximale de 16 kilowatts et une qualité de faisceau de 8 milliradians, permettant le soudage laser à distance par robot et la découpe laser haute vitesse de grands formats, et ouvrant de vastes perspectives pour les lasers à semi-conducteurs dans divers domaines.traitement laser de haute puissanceMarché des applications.
Avantages des lasers à disque :
1. Structure modulaire
Le laser à disque adopte une structure modulaire, et chaque module peut être rapidement remplacé sur site. Le système de refroidissement et le système de guidage de la lumière sont intégrés à la source laser, ce qui lui confère une structure compacte, un faible encombrement et une installation et une mise au point rapides.
2. Excellente qualité de faisceau et standardisation
Tous les lasers à disque TRUMPF de plus de 2 kW possèdent un produit paramètre-faisceau (PPF) standardisé à 8 mm/mrad. Le laser est insensible aux changements de mode de fonctionnement et est compatible avec toutes les optiques TRUMPF.
3. Étant donné que la taille du spot dans le laser à disque est grande, la densité de puissance optique supportée par chaque élément optique est faible.
Le seuil d'endommagement du revêtement des éléments optiques est généralement d'environ 500 MW/cm², et celui du quartz de 2 à 3 GW/cm². La densité de puissance dans la cavité résonante du laser à disque TRUMPF est généralement inférieure à 0,5 MW/cm², et celle sur la fibre de couplage est inférieure à 30 MW/cm². Une densité de puissance aussi faible n'endommage pas les composants optiques et ne produit pas d'effets non linéaires, garantissant ainsi la fiabilité de fonctionnement.
4. Adopter un système de contrôle de rétroaction en temps réel de la puissance laser.
Le système de contrôle par rétroaction en temps réel assure une puissance stable au niveau de la pièce en T, garantissant ainsi une excellente reproductibilité des résultats d'usinage. Le temps de préchauffage du laser à disque est quasi nul et sa plage de puissance réglable s'étend de 1 % à 100 %. Grâce à l'élimination complète de l'effet de lentille thermique, la puissance laser, la taille du spot et l'angle de divergence du faisceau restent stables sur toute la plage de puissance, et le front d'onde du faisceau ne subit aucune distorsion.
5. La fibre optique peut être branchée et utilisée immédiatement pendant que le laser continue de fonctionner.
Lorsqu'une fibre optique tombe en panne, son remplacement consiste simplement à interrompre le trajet optique de cette fibre sans couper le système. Les autres fibres continuent alors à émettre la lumière laser. Le remplacement des fibres optiques est une opération simple et rapide, de type « plug and play », ne nécessitant aucun outil ni réglage. Un dispositif anti-poussière est installé à l'entrée du circuit afin d'empêcher toute infiltration de poussière dans la zone des composants optiques.
6. Sûr et fiable
Pendant le traitement, même si l'émissivité du matériau est si élevée que la lumière laser est réfléchie vers le laser, cela n'aura aucune incidence sur le laser lui-même ni sur le résultat du traitement. De plus, aucune restriction ne s'appliquera au traitement du matériau ni à la longueur de la fibre. La sécurité de fonctionnement du laser a été certifiée conforme aux normes de sécurité allemandes.
7. Le module à diode de pompage est plus simple et plus rapide.
Le réseau de diodes monté sur le module de pompage est également de conception modulaire. Les modules de réseaux de diodes ont une longue durée de vie et sont garantis 3 ans ou 20 000 heures. Aucun temps d'arrêt n'est nécessaire, qu'il s'agisse d'un remplacement planifié ou d'un remplacement immédiat suite à une panne soudaine. En cas de défaillance d'un module, le système de contrôle déclenche une alarme et augmente automatiquement le courant des autres modules afin de maintenir la puissance de sortie du laser constante. L'utilisateur peut ainsi continuer à travailler pendant des dizaines d'heures. Le remplacement des modules de diodes de pompage sur le site de production est très simple et ne nécessite aucune formation de l'opérateur.
Les lasers à fibre, comme les autres lasers, sont composés de trois parties : un milieu amplificateur (fibre dopée) capable de générer des photons, une cavité résonante optique qui permet de réinjecter les photons et de les amplifier de manière résonante dans le milieu amplificateur, et une source de pompage qui excite les transitions photoniques.
Caractéristiques : 1. La fibre optique présente un rapport surface/volume élevé, une bonne dissipation thermique et peut fonctionner en continu sans refroidissement forcé. 2. En tant que guide d’ondes, la fibre optique possède un cœur de petit diamètre et est sujette à une forte densité de puissance. Par conséquent, les lasers à fibre offrent un rendement de conversion supérieur, un seuil plus bas, un gain plus élevé et une largeur de raie plus étroite, contrairement aux lasers à fibre optique. Les pertes de couplage y sont faibles. 3. Grâce à leur grande flexibilité, les lasers à fibre sont petits, flexibles, compacts, économiques et faciles à intégrer dans les systèmes. 4. La fibre optique offre également de nombreux paramètres accordables et une sélectivité élevée, permettant d’obtenir une large plage d’accord, une bonne dispersion et une grande stabilité.
Classification des lasers à fibre :
1. Laser à fibre dopée aux terres rares
2. Éléments de terres rares dopant les fibres optiques actives actuellement relativement matures : erbium, néodyme, praséodyme, thulium et ytterbium.
3. Résumé du laser à diffusion Raman stimulée par fibre : Un laser à fibre est essentiellement un convertisseur de longueur d'onde, capable de convertir la longueur d'onde de pompage en lumière d'une longueur d'onde spécifique et de la produire sous forme de laser. Physiquement, le principe de l'amplification de la lumière consiste à fournir au matériau actif une lumière dont la longueur d'onde est compatible avec son absorption, afin que ce matériau puisse absorber efficacement l'énergie et être activé. Par conséquent, la longueur d'onde d'absorption correspondante varie en fonction du matériau dopant, et les exigences relatives à la longueur d'onde de pompage sont également différentes.
2.3 Laser à semi-conducteur
Le laser à semi-conducteur a été excité avec succès en 1962 et a atteint une émission continue à température ambiante en 1970. Par la suite, grâce à des améliorations, des lasers à double hétérojonction et des diodes laser à structure en bandes ont été développés. Ces diodes sont largement utilisées dans les communications par fibre optique, les disques optiques, les imprimantes laser, les scanners laser et les pointeurs laser. Elles constituent actuellement le type de laser le plus produit. Les avantages des diodes laser sont les suivants : rendement élevé, taille réduite, poids léger et faible coût. En particulier, le rendement des diodes à puits quantiques multiples est de 20 à 40 %, et celui des diodes PN atteint 15 à 25 %. En résumé, leur principal atout réside dans leur rendement énergétique élevé. De plus, leur longueur d'onde d'émission continue couvre la gamme allant de l'infrarouge au visible, et des produits avec une puissance de sortie d'impulsions optiques allant jusqu'à 50 W (largeur d'impulsion de 100 ns) sont également commercialisés. C'est un exemple de laser très facile à utiliser comme lidar ou source de lumière d'excitation. Selon la théorie des bandes d'énergie des solides, les niveaux d'énergie des électrons dans les matériaux semi-conducteurs forment des bandes d'énergie. La bande de haute énergie est la bande de conduction, la bande de basse énergie est la bande de valence, et les deux bandes sont séparées par la bande interdite. Lorsque les paires électron-trou hors d'équilibre introduites dans le semi-conducteur se recombinent, l'énergie libérée est rayonnée sous forme de luminescence : il s'agit de la luminescence de recombinaison des porteurs.
Avantages des lasers à semi-conducteurs : taille réduite, poids léger, fonctionnement fiable, faible consommation d’énergie, rendement élevé, etc.
2.4laser YAG
Le laser YAG, un type de laser, est une matrice laser présentant d'excellentes propriétés globales (optiques, mécaniques et thermiques). Comme les autres lasers à solide, ses composants de base sont le matériau laser, la source de pompage et la cavité résonante. Cependant, en raison des différents types d'ions activés dopant le cristal, des différentes sources et méthodes de pompage, des différentes structures de cavité résonante utilisées et des autres dispositifs fonctionnels employés, les lasers YAG peuvent être classés en plusieurs types. Par exemple, selon la forme d'onde de sortie, on distingue les lasers YAG à onde continue, à fréquence répétée et pulsés ; selon la longueur d'onde de fonctionnement, on distingue les lasers YAG à 1,06 µm, à fréquence doublée, à décalage de fréquence Raman et accordables ; selon le dopage, on distingue les lasers Nd:YAG et les lasers YAG dopés au Ho, au Tm, à l'Er, etc. Selon la forme du cristal, on distingue les lasers YAG en forme de bâtonnet et en forme de plaque ; selon leur puissance de sortie, on distingue les lasers YAG de haute puissance et ceux de faible et moyenne puissance.
La machine de découpe laser YAG solide dilate, réfléchit et focalise le faisceau laser pulsé d'une longueur d'onde de 1064 nm, puis le diffuse et chauffe la surface du matériau. La chaleur de surface se propage à l'intérieur par conduction thermique, et la largeur, l'énergie, la puissance de crête et la fréquence de répétition de l'impulsion laser sont contrôlées numériquement avec précision. La fréquence et d'autres paramètres permettent de fondre, vaporiser et évaporer instantanément le matériau, réalisant ainsi des opérations de découpe, de soudage et de perçage selon des trajectoires prédéfinies grâce au système CNC.
Caractéristiques : Cette machine offre une excellente qualité de faisceau, un rendement élevé, un faible coût, une grande stabilité, une sécurité renforcée, une précision accrue et une fiabilité à toute épreuve. Elle intègre les fonctions de découpe, de soudage, de perçage et autres, ce qui en fait un équipement de traitement flexible, précis et performant. Sa vitesse de traitement rapide, son rendement élevé, sa rentabilité optimale, ses fentes rectilignes et étroites, sa surface de coupe lisse, son rapport profondeur/diamètre élevé et son rapport aspect/largeur minimal minimisent la déformation thermique, et elle permet le traitement de divers matériaux, qu'ils soient durs, fragiles ou tendres. L'usinage ne nécessite aucun remplacement d'outil ni modification mécanique. L'automatisation est aisée et elle permet un traitement même dans des conditions spécifiques. Son rendement de pompage élevé, atteignant environ 20 %, réduit la charge thermique du milieu laser, améliorant ainsi considérablement la qualité du faisceau. Sa longue durée de vie, sa grande fiabilité, sa compacité et sa légèreté la rendent idéale pour les applications de miniaturisation.
Application : Convient à la découpe, au soudage et au perçage laser de matériaux métalliques tels que l’acier au carbone, l’acier inoxydable, l’acier allié, l’aluminium et ses alliages, le cuivre et ses alliages, le titane et ses alliages, les alliages nickel-molybdène et autres. Largement utilisé dans les secteurs de l’aéronautique, de l’aérospatiale, de l’armement, de la construction navale, de la pétrochimie, du médical, de l’instrumentation, de la microélectronique, de l’automobile et autres. Il permet d’améliorer la qualité d’usinage et la productivité. De plus, le laser YAG offre une méthode de recherche précise et rapide.
Comparé à d'autres lasers :
1. Le laser YAG peut fonctionner en mode pulsé et en mode continu. Sa sortie pulsée permet d'obtenir des impulsions courtes et ultracourtes grâce aux technologies de commutation Q et de verrouillage de mode, ce qui lui confère une plage de traitement plus étendue que celle des lasers CO2.
2. Sa longueur d'onde de sortie est de 1,06 µm, soit exactement un ordre de grandeur inférieur à la longueur d'onde du laser CO2 de 10,06 µm, ce qui lui confère une efficacité de couplage élevée avec le métal et de bonnes performances de traitement.
3. Le laser YAG possède une structure compacte, un poids léger, une utilisation facile et fiable, et des exigences de maintenance faibles.
4. Le laser YAG peut être couplé à une fibre optique. Grâce à un système de multiplexage temporel et de puissance, un faisceau laser peut être facilement transmis à plusieurs stations de travail, y compris des stations distantes, ce qui accroît la flexibilité du traitement laser. Par conséquent, lors du choix d'un laser, il est essentiel de prendre en compte différents paramètres et vos besoins spécifiques. C'est la seule façon d'optimiser son rendement. Les lasers Nd:YAG pulsés proposés par Xinte Optoelectronics conviennent aux applications industrielles et scientifiques. Fiables et stables, ces lasers délivrent une énergie de sortie par impulsions jusqu'à 1,5 J à 1064 nm, avec une fréquence de répétition pouvant atteindre 100 Hz.
Date de publication : 17 mai 2024
