Udržitelná alternativa s nízkou spotřebou energie ke CO₂ laserům a YAG laserům – Řezací a gravírovací laserové hlavy

Modré lasery představují technologicky pokročilejší řešení oproti dosud dostupným možnostem, jako jsou CO₂ lasery a YAG lasery. Jejich zavedení na trh ovlivnilo medicínu, obranný průmysl i vědu. Poptávka nadále roste díky vlnové délce 450 nm, vysoké hustotě optického výkonu a silné absorpci modrého záření řadou materiálů. Tyto parametry znamenají vysokou rychlost zpracování širokého spektra materiálů, nízkou poruchovost a snadnou přizpůsobitelnost provozu konkrétním výrobním procesům.

Předchozí snahy o vývoj výkonových diodových laserů často selhávaly z různých důvodů. Produkty bezpečné pro montáž na CNC stroje obvykle poskytují několik wattů výkonu — přibližně 5–6 W. Někteří výrobci nabízeli kombinované 12–15 W moduly (dva 6 W moduly), avšak tato řešení trpěla nedostatky: absence dedikované optické soustavy (velké ohnisko –> nižší hustota výkonu a horší výkonnost), komplikovaná integrace (dodatečné řídicí jednotky, napájecí zdroje, chlazení), a riziko vzniku dvou oddělených stop namísto jednoho sjednoceného bodu.

V průmyslovém použití jsou stále běžné CO₂ a YAG (infračervené) lasery s výkonem 30–500 W, navzdory jejich omezením: nižší elektrická účinnost, náročná integrace, nízká absorpce u řady materiálů a nákladná údržba. V praxi jsou modré diodové hlavy schopné převzít mnoho aplikací, které dříve vyžadovaly vysokovýkonné lasery, přičemž zvyšují efektivitu zařízení a rychlost opracování. Jejich elektrická účinnost je okolo 35 %, přičemž u YAG dosahuje zhruba 15–20 % a u CO₂ přibližně 8 %. Životnost diodových laserů je rovněž několikanásobně vyšší (cca 10 000–20 000 h oproti CO₂ trubicím).

Kompaktní rozměry, pasivní odvod tepla a bezpečná konstrukce umožňují například výrobu přenosných značících zařízení pro pilařské provozy, svářecí dílny či zakázkovou výrobu z nerezové oceli. Díky vysoké absorpci v oblasti modré vlnové délky využívá Opt Lasers modré diody k řezání a gravírování textilu, pryže, plastů, dřeva, nerezové oceli a dalších materiálů. Výkonné diodové hlavy s výkonem 6–30 W představují atraktivní alternativu pro aplikace, které dříve vyžadovaly objemné systémy CO₂ a YAG.

Diodový laser s vlnovou délkou 450 nm je schopen dodat na povrch materiálu několik až téměř 20× více energie než CO₂/YAG laser (menší bod + vyšší absorpce), a to při výrazně nižším výkonu laserové hlavy. Klíčové vlastnosti diodových hlav pro nasazení na CNC strojích jsou uvedeny níže:

Modré gravírovací diodové hlavy dosahují nejvyšší hustoty výkonu díky extrémně malým laserovým bodům (cca 0,10 mm × 0,003 mm až 0,15 mm × 0,003 mm) a „top-hat“ rozložení výkonu. Hustota výkonu modré více-režimové hlavy o výkonu 30 W je výrazně vyšší než srovnatelné konkurenční zdroje. Pro srovnání:

• 30 W CO₂ laser: ~430 kW/cm² (řádově nižší).
• 30 W YAG laser: ~450 kW/cm².

Vyšší absorpce znamená několikanásobně větší množství energie dodané na povrch zpracovávaného materiálu při stejném optickém výkonu.

Hlavy Opt Lasers podporují rychlou modulaci pro precizní, detailní značení při vysokých rychlostech. Srovnávací údaje:

Pomalé řízení CO₂ laseru omezuje rychlost gravírování složitých tvarů i při vyšším jmenovitém výkonu.

Díky použitým materiálům a konstrukci dosahují moderní více-režimové modré hlavy velmi malých rozměrů a nízké hmotnosti, což umožňuje jejich nasazení na CNC strojích, 3D tiskárnách a dokonce i na robotických ramenech, kde jsou CO₂ nebo YAG zdroje nepraktické.

Diodové hlavy jsou kompaktní, lehké, snadno montovatelné a široce kompatibilní. Naproti tomu CO₂ systémy vyžadují velké kryty, vodní chlazení a vysokonapěťové zdroje; CO₂ i YAG lasery navíc potřebují složitou optickou trasu a její přesné seřízení.

Komponenty frézované z hliníku zajišťují efektivní přenos tepla. Řídicí jednotka je chráněna dle IP 62, což zajišťuje ochranu proti mechanickému poškození, prachu i vodním kapkám. Ovládací elektronika obsahuje tepelnou ochranu proti přehřátí diody. Driver je integrován v hlavě těsně u diody, čímž minimalizuje parazitní indukce a riziko závad na propojení mezi diodou a regulátorem (častá porucha u konkurenčních řešení), což významně snižuje celkové provozní náklady.

Diodové hlavy Opt Lasers lze použít i pro značení pod vodou. Modrá vlnová délka (~440–460 nm) proniká vodou, zatímco CO₂ či YAG lasery jsou silně pohlcovány. Vzhledem ke kompaktním rozměrům a jednoduché integraci (nepotřebují složitou optickou distribuci paprsku) nabízí modré gravírovací diodové systémy konkurenceschopné řešení pro tyto aplikace z hlediska ceny i provozu.