CO₂ Lazerler & YAG Lazerler için Sürdürülebilir, Düşük Güç Tüketimli Alternatif – Kesim ve Gravür Lazer Kafaları

Mavi lazerler, CO₂ lazerler ve YAG lazerler gibi mevcut diğer çözümlere göre teknoloji açısından üstündür. Piyasaya sürülmeleri tıp, savunma sanayii ve bilim alanlarında önemli etkiler yaratmıştır. 450 nm dalga boyu, yüksek güç yoğunluğu ve birçok malzemenin mavi ışığı kuvvetli şekilde absorbe etmesi sayesinde talep sürekli artmaktadır. Bu parametreler; çok çeşitli malzemelerde yüksek işleme hızı, düşük arıza oranı ve ürünün belirli üretim süreçlerine kolayca adaptasyonuyla sonuçlanır.

Yüksek güçlü diyot lazer geliştirme girişimlerinin ilk aşamalarında çeşitli nedenlerle başarısızlıklar yaşanmıştır. CNC ekipmanlarında güvenli şekilde monte edilebilen ürünler genellikle birkaç watt’a—yaklaşık 5–6 W—ulaşmaktadır. Bazı üreticiler 12–15 W kombine modüller (iki adet 6 W kafa) sunmuş, ancak bu prototiplerin dezavantajları olmuştur: özel bir optik sistemin olmaması (büyük nokta –> düşük güç yoğunluğu ve performans), fiziksel entegrasyon sorunları (ek kontrol cihazları, güç kaynakları, ısı dağılımı), ayrıca tek, birleşik nokta yerine iki ayrı nokta oluşma riski.

Sanayide, 30–500 W aralığında CO₂ ve YAG (kızılötesi) lazerler yaygındır; buna rağmen, düşük elektriksel verimlilik, entegre edilmesindeki zorluklar, birçok malzemede düşük absorbsiyon ve yüksek bakım maliyetleri gibi çeşitli kısıtlamalara sahiptirler. Uygulamada, mavi diyot kafalar daha önce yüksek güçlü lazerlerin üstlendiği pek çok görevi yerine getirebilir; aynı zamanda makine verimliliği ve hızı artırılır. Elektriksel verimlilik YAG için yaklaşık %15–20, CO₂ için ~%8 iken diyot lazerlerde yaklaşık %35’tir. Ayrıca, diyot-lazerlerin ömrü birkaç kat daha uzundur (CO₂ tüplerine kıyasla yaklaşık 10.000–20.000 saat).

Kompakt boyut, pasif ısı dağılımı ve güvenli yapı, kereste fabrikalarında, kaynak atölyelerinde ve paslanmaz çelik üretiminde taşınabilir markalama çözümleri gibi yeni olanaklar sağlar. Mavi dalga boyunda yüksek absorbsiyonu temel alan Opt Lasers, tekstil, kauçuk, plastik, ahşap, paslanmaz çelik ve daha fazlasının kesim ve gravüründe mavi diyotları kullanır. 6–30 W’lık yüksek güçlü diyot kafalar, önceden büyük CO₂ ve YAG sistemlerine bağımlı segmentlerde cazip bir alternatiftir.

Bir 450 nm diyot lazer, CO₂/YAG’a kıyasla iş parçasına birkaç kat ile neredeyse 20 × daha fazla enerji aktarabilir (daha küçük nokta + daha yüksek absorpsiyon), bu sayede çok daha düşük kafa gücüyle benzer etkiler elde edilir. Aşağıda, CNC makinelerinde kullanılan diyot kafalar için temel özellikler sunulmuştur:

Mavi diyotlu gravür kafaları, son derece küçük lazer noktaları (yaklaşık 0,10 mm × 0,003 mm ila 0,15 mm × 0,003 mm) ve “top-hat” güç dağılımı sayesinde en yüksek güç yoğunluğunu elde eder. 30 W çok modlu bir mavi kafa ile elde edilen güç yoğunluğu, rakip cihazlara göre kayda değer ölçüde daha yüksektir. Karşılaştırma için:

• 30 W CO₂ lazer: ~430 kW/cm² (bir büyüklük mertebesi daha düşük).
• 30 W YAG lazer: ~450 kW/cm².

Daha yüksek absorbsiyon, aynı optik güçte iş parçasına birkaç kat daha fazla enerji aktarılması anlamına gelir.

Opt Lasers kafalar, hızlı modülasyon ile yüksek hızda keskin ve karmaşık detaylar sağlar. Karşılaştırmalı değerler:

Daha yavaş CO₂ kontrolü, nominal gücü yüksek olsa da karmaşık geometrilerde gravür hızını sınırlar.

Malzeme ve konstrüksiyon avantajları sayesinde, modern çok modlu mavi kafalar son derece küçük bir alan kaplar ve düşük ağırlığa sahiptir; böylece CO₂ veya YAG ünitelerinin kullanılamadığı CNC makineleri, 3D yazıcılar ve hatta robot kolları üzerinde kullanımı mümkündür.

Diyot kafaları kompakt, hafif, kolay monte edilebilen ve geniş uyumluluğa sahip cihazlardır. Oysa CO₂ sistemler büyük muhafazalar, su soğutma ve yüksek voltajlı güç kaynakları gerektirir; hem CO₂ hem YAG lazerlerde ayna sistemleri ve hassas hizalama zorunludur.

CNC ile işlenmiş alüminyum bileşenler, etkin ısı transferi sağlar. Kontrol birimi yaklaşık IP 62 seviyesine kadar korunur, bu da mekanik darbe, toz ve su damlacıklarına karşı koruma sağlar. Kontrol elektroniği, diyotun aşırı ısınmasına karşı termal koruma içerir. Sürücü, kafanın içinde ve diyota yakın olarak entegre edilmiştir, böylece endüktif problemler ile diyot ve kontrol birimi arasındaki konektör arızası riski—ki bu yaygın bir arıza sebebidir—en aza indirilir ve toplam işletme maliyetleri azaltılır.

Opt Lasers diyot kafalar, sualtı markalamada kullanılabilir. Mavi dalga boyundaki ışık (~440–460 nm) suyun içinde yol alabilirken, CO₂ ve YAG dalga boyları ise güçlü şekilde absorbe edilir. Kompakt form ve basit entegrasyonları (karmaşık ışın iletim optiğine gerek olmadan), mavi diyotlu gravür ekipmanını bu tür uygulamalarda maliyet avantajlı bir seçenek haline getirir.