Длиннофокусная линза для лазерного станка со2: Виды фокусирующих линз для лазерных CO2 станков

Виды фокусирующих линз для лазерных CO2 станков

Правильный выбор линзы позволяет добиться нужной точности выполнения работ, определяет максимально допустимую толщину заготовки.

Лазерные станки, используемые для гравирования, резки материалов применяются во многих отраслях промышленности. Основой подобных изделия является оптическая система, базовые элементы которой, независимо от марки и модели, это лазерная трубка, комплект отражающих зеркал, и фокусирующая линза, установленная в головке излучателя.

От того, какую мощность имеет лазерная трубка, зависит тип материалов, которые способен обрабатывать станок, максимальная глубина выполняемого реза.

Рассмотрим, на какие характеристики линзы требуется обращать внимание при ее покупке и установке.

Базовые показатели, влияющие на выбор линз

Выбирая фокусирующую линзу для станков с СО2 лазером, необходимо обязательно анализировать пять ее базовых характеристик, от которых зависит область ее использования.

В основном линзы различают на короткофокусные и длиннофокусные.

В штатной комплектации станки поставляются с универсальной линзой, рассчитанной на выполнение большей части операций. Если у собственника станка возникает потребность в более глубоком резе, повышении точности обработки (гравировки), рекомендуется подбирать комплект из нескольких линз, решающих различные задачи.

Фокусное расстояние

Этот показатель замеряется от центра выбранной линзы до места формируемого ей фокуса. В этой точке энергия лазера достигает максимальной концентрации.

Линзы для газового (СО2) лазера, по рассматриваемому параметру, подразделяются на несколько групп:

• короткофокусные имеют фокусною зону (условное обозначения, f), не превышающую 40 миллиметров;
• среднефокусные — f= (40-75) мм;
• длиннофокусные — f ≥75 мм.

Фокус следует подбирать с учётом решаемых задач: гравировка или резка. При этом следует учитывать следующее: чем меньше фокусная зона, тем более тонкий луч получается при работе (что является плюсом). Однако зона каустики (толщина реза) также снижается. Обратное утверждение также верно.

Максимальной точности и четкости гравировки позволяет добиться линза короткофокусная. Если требуется резать толстые заготовки, лучшее решение линза длиннофокусная.

Модель среднефокусная наиболее популярна, так как позволяет выполнять обе вышеназванных задачи с приемлемым качеством. Поэтому именно их ставят в базовой комплектации лазерных станков.

Диаметр, который световой поток имеет в точке фокусировки

Эта характеристика задает разрешающую способность гравера (зависит от минимального диаметра точки) и допустимую толщину реза. Чем ближе это значение приближается к нулю, тем выше качество.

Фокусирующая линза, установленная в головке излучателя, позволяет добиваться формирования пятна, создаваемого лучом лазера, требуемой площади.

У длиннофокусных моделей оно больше, что дает возможность нивелировать «соскальзывание» с поверхности цилиндрического типа. Это обеспечивает более высокое качество гравировки на поверхностях изогнутого типа, включая тела конусные.

Но пятно значительного размера, по принципу работы, функционирует подобно фрезе большого диаметра. Почти невозможно выполнить тонкие элементы изображения. Поэтому длиннофокусные линзы используются только для гравировки текстов, графики с незначительной детализацией.

В противном случае, необходимо установить модель короткофокусную, либо перенастроить рабочие характеристики станка (понизить ускорение торможения/разгона, скорость перемещения головки излучателя, иное).

Основной недостаток использования линзы длиннофокусной, в необходимости практически вдвое увеличивать потребную для работы мощность обработки.

Когда речь идет о гравировке (мощности станка используются в подобных режимах до 30% от допустимого номинала) это приемлемо.

А вот при резе, особенно сквозном, даже 100% имеющейся мощности может не хватить.  

Зона каустики

Этот показатель указывает на max возможную толщину заготовки, которая может быть разрезана, фактическую длину имеющейся зоны фокусировки.

Самым оптимальным показателем для оптики считается стремление данного показателя к нулю.

Фактически рассматриваемый участок (альтернативное наименование, зона протяжки) возрастает благодаря непараллельности создаваемого потока излучения. Этому способствует формы зеркал, которая не может быть идеальной в принципе (дефекты производства).

Концентрация энергии здесь (в рассматриваемой зоне) достигает своего максимума. Если толщина заготовки не превышает величины зоны каустики, то рез можно выполнять за 1 проход.

Диаметр линзы

Станки, укомплектованные лазерами СО2, оборудуют линзами с диапазоном диаметров (12-30) миллиметров, включительно. Конкретная модель подбирается с учетом мощности установленной лазерной трубки, габаритов станка. Это обусловлено тем, что лазерный луч имеет конусную форму: расширяется в зависимости от пройденного пути. Подбор нужного диаметра позволяет компенсировать его рассеивание, конструктивные погрешности зеркал.

Для станков с маленькими рабочими столами рекомендуются линзы, диаметр которых не превышает 20 мм.

Для устройств со значительной площадью рабочей зоны, у которых этот путь может превышать 1800 мм, ставится линза, имеющая диаметр, превышающий 20 мм.   

Материал линзы

Практически все современные лазерные станки с лазерами газового типа (СО2) комплектуются линзами двух основных типов, различающихся материалом напыления:

• ZnSe — применяются значительно чаще (материал — селенид цинка). Визуальное отличие, оттенки жёлто-оранжевого диапазона.
  За счёт высокого коэффициента прозрачности обеспечивают меньшие потери мощности и повышенную точность реза.
  Загрязнение поверхности таких линз просматривается значительно лучше, что позволяет оперативно выполнять очистку, исключая оптические потери.
  Модели относительно дешёвые (по сравнению с рассмотренными ниже), обладают более низкой механической прочностью.
• GaAs — подобное напыление придаёт фокусирующей линзе повышенную твёрдость, стойкость к внешним воздействиям механического характера.
  Материал — арсенид галия. Эти линзы дороже. Востребованы в технологических процессах, сопровождающихся выделением окалины, пыли, отличающейся повышенными абразивными свойствами. Нуждаются в регулярном проведении механической очистки.
  Визуальная отличительная особенность — имеют зеленоватую тональность со стальным отливом.

Самые популярные модели лазерных станков

Главной отличительной особенностью всего лазерного оборудования, представленного на рынке, является тип излучателя. Они могут быть газовыми (СО2) либо твёрдотельными (эта группа подразделяется на модели дисковые, волоконные, YAG). У каждой версии есть свои преимущества и недостатки.

Принципиальное различие между 2 основными группами заключается в длине рабочей волны, что сказывается на возможности работы с тем, либо иным материалом.

Для газовых её значение составляет 10,6 мкм. Это позволяет использовать подобные станки для обработки широкого круга материалов (пластика, акрила, дерева, кожи, многих иных), однако делает устройства практически бесполезными при металлообработке. Так как для волны с такой длиной металлы являются «прозрачными».

Лазеры твердотельные генерируют волну 1,06 мкм, что позволяет гравировать металлы. Резать их, кроить и сваривать.

Среди оборудования первой группы рекомендуемо обратить внимание на лазерные СО2 станки линейки WATTSAN, которые пользуются заслуженной популярностью на российском рынке, в силу оптимального соотношения стоимости, универсальности, качества выполняемых работ.

Более развернутую информацию о станках данного бренда можно получить у нас на сайте или у менеджера отдела сбыта. Удачного выбора!

Вывод

Линза для любого газового лазера, включая модели с СО₂, которыми комплектуются станки с ЧПУ, по праву считается его базовым компонентом. Именно она, во многом, определяет технические возможности оборудования, качество выполняемых работ, их совокупную стоимость.

Именно этим объясняется частая потребность в дополнительном приобретении к штатной универсальной линзе, установленной на станке при заводском изготовлении, дополнительной оптики с нужными характеристиками.

Виды фокусирующих линз для лазерных станков CO2 с ЧПУ и их предназначение

Фокусирующая линза в лазерном станке CO2 является принципиально важным звеном на пути движения лазерного луча от лазерной трубки до обрабатываемой заготовки. Фокусирующая линза завершает движение луча и необходима для создания зоны каустики луча.  Зона каустики дает возможность лучу разрезать и гравировать материалы.

• D – диаметр светового потока
• f – фокусное расстояние
• d – диаметр светового пятна или иначе ширина реза
• 2z — зона каустики луча (зона протяжки), как видно на рисунке, определяет толщину разрезаемого материала.

Таким образом фокусирующая линза позволяет делать ширину реза детали минимальной и определяет максимально возможную толщину разрезаемого материала.

Длина каустической зоны 2z (Рис. 1) определяется мощностью излучения лазерной трубки. Обычно на 10 Ватт мощности приходится 1 миллиметр толщины реза. К примеру, если необходимо резать фанеру толщиной 10 миллиметр, то необходимо использовать лазерную трубку CO2 с мощностью излучения не менее 100 Ватт.

Виды фокусирующих линз

Линзы между собой различаются по нескольким параметрам:

1. Материал изготовления
2. Фокусное расстояние
3. Диаметр

Материал изготовления

Чаще всего в лазерных станках СО2 применяются линзы с напылением: GaAs – арсенид галлия и ZnSe – селенид цинка.

Линзы GaAs с арсенидом галлия имеют темно зеленоватый цвет с металлическим блеском. Их особенностью является твердость и жесткость напыления, что значительно расширяет спектр их применения. Поэтому их используют в производствах, где при работе с материалом пылевые и абразивные частицы попадают на линзу.

Так же более устойчивы к ручной чистке, протирке. Исходя из этого являются более долговечными, но и более дорогими.

Линзы ZnSe – являются наиболее востребованными в лазерных станках СО2. Имеют желто-оранжевый цвет, прозрачные. Обладают высокой точностью, и меньшим поглощением за счет своей прозрачности.

Так же на линзах ZnSe лучше заметны загрязнения, что позволяет своевременно их чистить и иметь на выходе лазерный луч без оптических потерь.

Фокусное расстояние

По фокусному расстоянию линзы делятся на 3 категории:

1. Короткофокусные линзы CO2 ( фокус f до 40 мм.)
2. Среднефокусные линзы CO2 (  фокус f от 40 мм. до 75 мм.)
3. Длиннофокусные линзы CO2 (  фокус f от 75 мм. и больше)

f – фокусная зона (Рис.1)

Фокус линзы подбирается исходя из  поставленных задач резки и гравировки. Тут существует одна закономерность: чем меньше фокус, тем тоньше диаметр лазерного луча, но и меньше зона каустики (толщина реза), и соответственно наоборот.

Поэтому если необходима максимальная четкость гравировки, то выбирается короткофокусная линза, а если есть необходимость разрезать более толстый материал, то выбирается длиннофокусная линза.

Среднефокусная линза является золотой серединой между резкой и гравировкой и поэтому стала самой популярной при работе на лазерных станках CO2. Чаще всего в базовом комплетке поставки станка идет именно среднефокусная линза.

Диаметр линзы

Диаметр линзы для лазерных станков CO2 варьируется в интервале от 12 мм. до 30 мм. И чаще всего зависит от размера станка и мощности лазерной трубки. Связано это с тем, что лазерный луч имеет коническую форму на расширение (рассеивание) и чем больший путь он проходит между двумя зеркалами, тем сильнее расширяется и соответственно для сбора луча в тонкий пучок требуется линза большего диаметра.

Поэтому если расстояние между зеркалом 2 и зеркалом 3 небольшое (менее 50 см.) то ставят линзы диаметром менее 20 мм. Если расстояние между зеркалом 2 и зеркалом 3 менее 180 см., то уже ставят линзу диаметром 20 мм., ну а если это расстояние больше 180 см., то ставят уже линзу диаметром 25 или даже 30 мм.

Надеюсь, что ознакомившись с данной статьей вы облегчите себе выбор оптимальной линзы под ваши задачи для работы на лазерном станке CO2.   При бережном отношении к линзе, своевременной чистке вы обеспечите её долгосрочную работу и всегда будете иметь на выходе луч максимально возможной мощности без оптических потерь.

Каталог линз для лазерных станков — открыть.

Как правильно выбрать фокусирующую линзу CO2 для моего применения?

Что делает фокусировочная линза?

Станки для лазерной резки и гравировки используют лазерный луч диаметром около четверти дюйма (240 тысячных). Для достижения качественной гравировки и точной резки в лазерном луче используется система зеркал и фокусирующих линз, которые перенаправляют лазер.

Лазерные системы используют плосковыпуклые линзы для фокусировки лазерного излучения. Лазерный свет входит в выпуклую линзу и начинает сходиться в фокусе, после пересечения фокуса свет снова расходится.

Этот фокус преобразовывает лазерный луч в очень маленькое и точное пятно с очень точными результатами для самых разных применений. Когда лазерный луч покидает фокусирующую линзу, находясь на идеальном фокусном расстоянии, он начинает делать разрез или гравировку, как показано ниже: балка имеет наименьший диаметр. Чем больше линза, тем больше фокусный допуск. Это особенно важно, если вы хотите прорезать толстые материалы, и в этом случае вам понадобится линза большего размера. Чем короче фокусное расстояние объектива, тем быстрее он будет сходиться/расходиться, тем меньше будет фокусное пятно и меньше будет глубина резкости.

Чем меньше фокусное пятно, тем более четкие детали видны на обработанном лазерном изображении, что дает более яркое и детальное изображение.

Какие фокусные линзы лучше всего подходят для каких типов проектов?

СО2-лазерные системы BesCutter обычно оснащены одной стандартной 2,5-дюймовой фокусной линзой для всех производимых СО2-систем, но она может меняться в зависимости от области применения. Наиболее распространенными лазерными линзами являются 1,5’’, 2’’, 2. 5’’ и 4’’. Все линзы подходят как для резки, так и для гравировки.

Какой объектив лучше всего подходит для моего приложения?

1,5-дюймовый объектив:

• Гравировка высокого разрешения.
• Лучше всего подходит для тонких (менее 1/16 дюйма) материалов.
• Мелкий шрифт или гравировка с очень мелкими деталями.
• Примерно на 40 % меньше, чем 2,0-дюймовая фокусирующая линза.
• Толщина около 38,5 мм, для очень тонких материалов.

2,5-дюймовый объектив:

• Чаще всего используется для лазерных систем.
• Многоцелевой инструмент как для гравировки, так и для резки.
• Графика со средней детализацией и разрешением.
• Толщина около 63,5 мм, для большинства работ.

 4-дюймовый объектив:

• Используется для увеличения расстояния по вертикали.
• Используется для резки толстых материалов.
• Толщина около 101,6 мм, для очень толстых материалов.

В качестве важного вывода можно заметить, что чем деликатнее и детальнее графика, тем меньше должен быть объектив. Для резки толстых материалов рекомендуются линзы максимального размера.

Важные замечания

Объектив, который вам нужен, напрямую связан с вашим приложением. Вот несколько важных соображений, которые определяют объектив, который вы должны использовать:

• Выходная мощность вашего лазерного устройства (мощность лазерного луча).
• Материал и назначение (резка или гравировка).
• Уровень детализации графики.
• Толщина материала.

Объектив

CO2 Laser Focus: что вам нужно знать

Фокусировочная линза CO2-лазера является жизненно важной частью почти каждого лазерного резака и гравера. Независимо от того, являетесь ли вы любителем, энтузиастом или профессионалом в сфере бизнеса, определение подходящего объектива для ваших нужд поначалу может сбивать с толку. К сожалению, не существует одной линзы, которая подойдет для каждого проекта, но вы можете менять линзы в соответствии со своими конкретными потребностями и получать наилучшие результаты от своего лазерного гравера CO2.

Каждый объектив имеет разные возможности в зависимости от того, используете ли вы его для резки (вектор) или только для гравировки (растр). Переменные будут варьироваться от толщины или твердости вашего материала до уровня детализации, который вам нужно вырезать или выгравировать. Давайте рассмотрим различные варианты объективов, которые помогут вам выбрать именно тот объектив с лазерной фокусировкой, который вам нужен.

Объектив для фокусировки CO2-лазера: принцип работы

Когда лазерный луч выходит из лазерной трубки, он срабатывает в несфокусированном состоянии. Поскольку луч, испускаемый трубкой CO2-лазера, шире, чем у волоконного лазера или УФ-лазера, его необходимо сфокусировать в точке, в которой он сможет правильно взаимодействовать с материалом. Лазерный луч по-прежнему сможет оставлять следы на ваших материалах без фокусирующей линзы CO2-лазера, но он будет выглядеть как непоследовательный ожог.

Чтобы можно было использовать луч, испускаемый CO2-лазерной трубкой, его необходимо сфокусировать в точку на заданном расстоянии с помощью выпуклой линзы. Фокус этих линз находится в диапазоне от полутора до пяти дюймов от линзы, и это расстояние будет определять, как лазерный луч воздействует на материал.

Простыми словами:

• Чем короче фокусное расстояние, тем меньше деталей можно выгравировать, но потеряется глубина резания,
• увеличенное фокусное расстояние

Фокусировочная линза CO2-лазера: воздушные конусы

Различные фокусные расстояния линз варьируются от 1,5 до 5 дюймов и поставляются с соответствующими инструментами и воздушными конусами, которые потребуются для правильной фокусировки и функционирования этой линзы.

В CO2-лазерах серии Muse будет свой носовой конус, который будет использоваться для каждой фокусирующей линзы. Этот носовой конус обеспечивает оптимальное давление воздуха на ваш материал, помогая сдувать пыль или мусор и предотвращая возгорание.

Для высокопроизводительных лазерных систем серии P будут использоваться конусы двух разных длин. Больший воздушный конус будет использоваться для линз с большим фокусным расстоянием, а короткий конус будет использоваться для линз с меньшим фокусным расстоянием.

Объектив с лазерной фокусировкой CO2: Фокусное расстояние в разбивке

Предлагаются четыре различных фокусных расстояния: 1,5″, 2″, 2,5″ и 5″. Серия Muse стандартно поставляется с 2-дюймовым объективом и соответствующим предустановленным воздушным конусом, а серия P стандартно поставляется с 2,5-дюймовым объективом и соответствующим предустановленным воздушным конусом.

• 1,5-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,003 дюйма): Это линза с самым коротким фокусным расстоянием. Поскольку луч будет сфокусирован более близко к вашему материалу, это означает, что он также будет быстрее распространяться после точки фокусировки. Из-за этого луч фокусируется в гораздо меньшей точке, что позволит вам гравировать детали размером до 6 точек, но из-за быстрого распространения луча это не подходит для резки. Лучше всего использовать для мелких деталей и тонких линий.
• 2-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,004 дюйма): Входит в комплект поставки CO2-лазеров серии Muse. Эта линза позволяет выгравировать мелкие детали, но луч распространяется довольно быстро после фокусной точки. Лучше всего подходит для обработки мелких деталей и резки тонких материалов.
• 2,5-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,005 дюйма): Эта линза входит в стандартную комплектацию лазерных систем серии P. Хотя он не может гравировать такие мелкие детали, как линзы меньшего размера, он все же может гравировать шрифты размером до 8 пунктов. Лазерный луч распространяется не так быстро, что делает его идеальным для резки материалов толщиной до полудюйма. Лучше всего использовать для обычной гравировки и резки материалов толщиной до 0,5 дюйма.
• 5-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,01 дюйма): Поскольку фокусное расстояние в два раза больше, чем в предыдущем варианте, это предотвращает слишком быстрое распространение луча за пределы фокусной точки, что позволяет резать более толстые и мягкие материалы, такие как мыло. Поскольку размер пятна больше, это предотвращает резку более твердых материалов, таких как дерево и акрил. Это также отличный вариант для гравировки на глубоких объектах, таких как миски и коробки, и требуется для использования сквозного отверстия на насадке Riser для лазерных систем Muse Core и 3D. Лучше всего использовать для гравировки на неровных/глубоких объектах и ​​резки более толстых и неплотных материалов.

Объективы с разными фокусными расстояниями дадут разные результаты. Убедитесь, что у вас есть правильный объектив для работы.

Каждая фокусирующая линза CO2-лазера имеет свое применение. Возможность менять фокусную линзу для работы с разными проектами и материалами — это один из многих способов контролировать то, что вы можете создать.