Устройство и принцип работы волоконного лазерного источника на примере излучателя Raycus: особенности и отличия от других типов лазеров

Волоконные лазеры сегодня активно внедряются в современное промышленное производство. Технология особенно востребована в сфере металлообработки, особенно для изготовления высокоточных деталей сложной формы. Но не все руководители производств готовы использовать ее. И главная причина — незнание принципов работы волоконных лазеров и той выгоды, которую они приносят бизнесу. Сегодня мы подробно расскажем об этих установках на примере излучателей Raycus. Прочитав эту статью вы узнаете, чем волоконные лазеры отличаются от других видов и какие у них преимущества.

Преимущества волоконных лазеров и чем они лучше других типов излучателей

Главное отличие этого типа излучателей — минимальные потери мощности. То есть, такая установка может резать более толстый металл и расходовать меньше энергии, чем другие виды лазеров. Это позволяет сэкономить на счетах за электричество и удешевить производство. 

К другим преимуществам относятся следующие факторы:

1. Самый высокий КПД среди лазеров — от 30% в зависимости от мощности установки и обрабатываемого материала. Для сравнения у СО2-излучателей он редко достигает 20%, а твердотельные на кристаллах не набирают и 10%.  

2. Простота и дешевизна обслуживания благодаря отсутствию системы зеркал и трубок, которые приходится часто менять. 

3. Высокая точность резки и сварки — кромки и сварные швы получаются качественными и не требуют дальнейшей обработки. 

4. Волоконный лазер способен удалять тонкий слой старого покрытия, не повреждая и не нагревая металл (при очистке детали).

5. Работает в двух режимах — импульсном и непрерывном.  

6. Длительный срок службы благодаря отсутствию оптических аберраций и вибраций.

7. Минимальное пятно нагрева — подходит для обработки термочувствительных металлов

Устройство волоконного лазера

Начнем с того, что волоконные лазеры относятся к твердотельному типу. В качестве рабочей среды выступает оптическое волокно вместо кристалла. То есть, внутри лазерной трубки расположен по сути кабель. Его волокно изготавливается из кремниевого или фосфатного стекла с иттербиевым легированием. Благодаря этому такой «кабель» эффективно рассеивает тепло, то есть меньше нагревается. Однако, система охлаждения у волоконных лазерных установок все же есть, так как это помогает продлить срок службы излучателя и фокусирующей линзы.

В излучателях Raycus используется кремниевое волокно, длина которого может достигать 30 м для моделей мощностью 20-30 кВт. Кроме него устройство состоит из следующих компонентов:

1. Диодные лампы накачки. 

2. Оптический модулятор.

3. Соединитель оптического волокна.  

4. Датчики.

5. Оптический изолятор.

Внутри оптического изолятора или лазерной головы находятся магниты, которые защищают источник от обратного излучения и фокусирующие линзы. Также в нем призмы разной формы, по которым проходит лазерный луч. Оптический изолятор позволяет пропускать свет в одном направлении практически без потерь, а в обратном — с быстрым затуханием. Если кратко, то эта деталь нужна для уменьшения влияния обратных отражений и более точной фокусировки лазерного луча.

Принцип работы волоконного лазера

Общий принцип схож с другими типами лазеров: накачка, сбор, усиление, перемещение луча к лазерной голове. Но в нюансах они ощутимо различаются. Например, у волоконного лазера нет сложной системы зеркал и отражателей, как и газовых трубок. Поэтому лазерный луч здесь образуется немного иначе.

Итак, как работает волоконный лазерный излучатель Raycus:

1. Накачка. Производится по частям с помощью высококачественных светодиодов, которые продуцируют свет с заданной длинной волны. 

2. Сбор и перемещение света в оптическое волокно. Для этого в излучателе предусмотрен соединитель. Он собирает свет от нескольких диодов и направляет его в оптическое волокно. У этого устройства есть несколько точек входа — по одной на каждый диод. Точка выхода одна, которая соединяется с основным кабелем.

3. Прохождение пучка света через оптическое волокно. После сбора свет попадает в сердцевину из кремниевого стекла. При этом волокно покрыто оболочкой, которая отражает свет обратно и не дает ему рассеиваться. 

4. Стимуляция излучения. Свет, попадая на иттербиевое волокно, возбуждает его электроны, создавая среду усиления. Когда между возбужденными и спокойными электронами достигается равновесие образуется лазерный луч. 

5. Усиление лазерного луча. В волоконных лазерах это делается с помощью брэгговских решеток, которые находятся в самом оптическом волокне. Излучение быстро перемещается между решетками, при этом часть излучения проходит сквозь нее и становится уже полноценным лазерным лучом. Остальное отражается внутрь лазерной установки. Для повышения когерентности луч проходит через оптический осциллятор и затем подается на выходную линзу. 

В результате мы получаем лазерный луч с длиной волны 1060-1080 нм. Благодаря оптическому модулятору излучатели работают как в непрерывном, так и в импульсном режиме.

О компании Raycus:

Компания Raycus была основана в 2007 году в Китае. Основное направление деятельности - производство волоконных лазеров высокого класса в промышленных масштабах, включая высокомощные излучатели.

Raycus - один из первых брендов в области создания лазерных излучателей. Именно он успешно вывел их на мировой уровень и до сих пор является лидером среди других производителей данной продукции. 

Лазерное оборудование на излучателях Raycus от компании «Технограв»

Компания «Технограв» — генеральный партнер №1 Senfeng Laser на территории России. Мы поставляем волоконные лазерные станки и аппараты для резки и очистки металла, а также сварочные аппараты напрямую с завода-изготовителя. В ассортименте компании представлены модели на излучателях Raycus, которые успешно заменяют американские IPG Photonics. 

Кратко расскажем о нашей продукции.

Лазерный станок для резки металла открытого типа Senfeng SF3015N

Это новая модель, которая предназначена для скоростного раскроя листового металла размером до 3000 × 1500 мм. Оснащается лазерными излучателями Raycus мощностью от 1,5 до 6 кВт. Устройство отличается высоким коэффициентом преобразования электроэнергии в свет и низкими показателями колебаний мощности — не более 1%. 

Другие особенности станка:

1. Автоматическая фокусировка лазерной головы Raytools.

2. Высокая скорость резки — до 35 м/мин с ускорением до 1G. 

3. Скорость перемещения до 100 м/мин благодаря облегченному порталу из алюминия.

Кроме этого, станок оснащен промышленным чиллером Hanli. Это устройство имеет два контура — для охлаждения лазерного источника и головы.

Комбинированный станок для лазерной резки металла SF3015M

Базовая модель, которая подходит для резки листового металла, профилей и труб. Размер рабочего поля станка составляет 3000 × 1500 мм. Модель оснащается лазерным излучателем мощностью от 1,5 до 6 кВт. 
Особенности модели:

1. Решение двух задач на одном станке. Кроме листового металла установка может резать трубы и профили длиной до 6 м. 
2. Станина серии М изготовлена из высокопрочной стали. Геометрия станины остается идеальной даже спустя годы интенсивной работы. Этот параметр важен для точного позиционирования станка. 
3. Высокая скорость резки (листа) до 50 м/мин. Используются направляющие Senfeng и косозубая рейка-шестерня. При этом уровень шума остается низким.
4. Автоматическая система смазки. Позволяет избежать простоев оборудования и уменьшить смету на техобслуживание станка

Станок также оснащен дистанционным пультом управления с защитой от помех. Благодаря чему сокращается время, которое оператор затрачивает на подачу команд и настройку оборудования. 

Станок для лазерной резки металла с защитой кабинетного типа и системой сменных столов SF3015HC

Модель с оптимальными размерами для перевозки — помещается в один 40-футовый контейнер. Это позволяет ощутимо сэкономить на доставке и перевозке станка на другое производство. 
К особенностям модели также относятся:

1. Высокая скорость резки металла — до 50 м/мин. Можно выполнять скоростной раскрой толстых листов металла — до 25 мм и размером 3000 × 1500 мм. 
2. Наличие защиты кабинетного типа оберегает оператора от лазерного излучения и продуктов горения. 
3. Смена столов. Производится автоматически в течение 15 секунд по команде оператора. Благодаря этой функции исключается простой оборудования, связанный с заменой металлических листов. В результате увеличивается производительность станка.
4. Система вытяжной вентиляции защищает персонал от продуктов горения металла. Также за счет нее продлевается срок службы лазерных линз, так как они меньше загрязняются.  

При желании лазерную режущую голову Raytools можно заменить на более мощную и производительную модели BOCI, если вам нужна мощность 6 кВт.

Сверхмощный лазерный комплекс с кабинетной защитой и системой сменных столов SF6025Н5

Один из самых мощных станков в нашем ассортименте для раскроя больших листов металла — до 6000 × 2500 мм. На него устанавливаются излучатели от 12 до 60 кВт, которые позволяют резать материал толщиной до 100 мм.  
Другие особенности модели:

1. Высокая скорость резки — до 100 м/мин. При этом скорость перемещения достигает 200 м/мин при ускорении 2,8G.
2. Отсутствие простоев, связанных со сменой металлических листов за счет системы сменных столов и гидравлической платформы, которая выдерживает вес заготовок до 30 т. 
3. Функция машинного зрения CypVision позволяет станку использовать специальные алгоритмы для максимально точной резки. Эта опция увеличивает производительность станка и сокращает процент брака.

Модель также оснащена усиленной станиной из листов высокопрочной стали толщиной 16 мм с графитовой и медной защитой от прожига. 

Станок для резки труб и профилей с защитной кабиной в зоне реза SF6020T

Станок предназначен для высокоскоростной резки труб диаметром от 15 до 220 мм (круглая труба) и длиной до 6 м. Также с его помощью можно обрабатывать квадратные трубы размером от 15 × 15 до 150 × 150 мм.  
Кроме этого, станок обладает следующими особенностями:

1. Высокая скорость реза (до 45 м/мин), скорость вращения 110 об/мин. 
2. Станина повышенной прочности изготовлена из толстостенной трубы квадратного сечения. За счет неизменной геометрии достигаются высокие показатели точности резки.
3. Система автоматической подачи и разгрузки заготовок. Функция опциональна и устанавливается по желанию заказчика. 
4. Защитная кабина в зоне реза и система вентиляции защищает персонал от лазерного излучения и продуктов горения. 

Также к этому станку можно дополнительно заказать приемный стол до 4 метров длиной для удобного сбора обработанных заготовок. 


Компания «Технограв» не только поставляет станки, но и обеспечивает клиентов сопутствующим оборудованием - более 20 000 позиций расходных материалов и комплектующих (в т.ч. лазерных источников Raycus) всегда в наличии на наших складах. Если вам нужен более мощный лазерный источник, то вы можете обратиться в нашу Службу сервиса. Ее специалисты заменят излучатель Raycus на другую модель, которая отвечает вашим запросам.