¿Cuáles son las ventajas del láser pulsado?

0

Estoy hablando de diodo láser para grabar / cortar cnc. Por lo que sé, los diodos led o láser a menudo son impulsados por señales de pulso para mejorar su rendimiento.

Tenga en cuenta que no estoy hablando de la modulación PWM utilizada para crear un rango de intensidad suave. Me refiero al controlador de bajo nivel del diodo.

Bueno, también es un tipo de PWM pero con un pulso muy corto (generalmente una docena de ns) seguido de un tiempo de recuperación (mucho más largo) para permitir que la unión se enfríe, lista para el siguiente pulso.

Lo que estoy preguntando aquí es la ventaja en una aplicación práctica como el grabado o el corte. Consideremos un caso real, dos productos diferentes:

  • Producto A: diodo láser de 6W impulsado por una corriente constante

  • Producto B: diodo láser de 15W, impulsado por impulsos pero con una potencia media de 6W

¿Por qué debería preferir la B?

Aquí están mis pensamientos: si quiero cortar algo, necesito quemar lo suficiente la superficie del material para crear un agujero. Entonces puedo avanzar un poco y quemar otro agujero, y así sucesivamente hasta que tenga una zanja. Si mi profundidad de corte es menor que la altura del material, necesito hacer varias pasadas.

Bueno, digamos que el Producto A crea una zanja de 0,3 mm de profundidad a una velocidad de avance determinada. El Producto B crearía una zanja más profunda (debido a la mayor potencia aplicada) pero debido al tiempo de recuperación que necesito para reducir la velocidad de alimentación. Debido a que la potencia media es idéntica, el tiempo de corte sería el mismo (es decir, la mitad pasa a la mitad de la velocidad).

Estoy bastante seguro de que mi opinión es incorrecta . ¿Podría ayudarme, por favor, a comprender las ventajas de esta aplicación de diodos láser impulsados por impulsos?

    
pregunta Mark

2 respuestas

2

Hay realmente un par de clases diferentes de láser que son importantes para esto:

  • CW: se ejecuta continuamente, este es su diodo no pulsado de 6W.
  • QCW: casi CW, generalmente un límite térmico para la duración del pulso, bueno para decenas de microsegundos a decenas de ms, este es su dispositivo de 15W de pico y 6W de promedio.
  • Conmutado Q: aquí es donde realmente aparece la diferencia, promedio de 6W, pero compuesto de pulsos de 6 mJ de 10 ns de ancho a 1000 pulsos por segundo, la potencia durante un pulso es de 100 s de kW, y el mecanismo es tan ablación como Transferencia de calor a granel clásico.

Para la mayoría de las cosas, las dos primeras son una gran cantidad, con el trabajo de cambio de Q que es el que se comporta de manera diferente. Por ejemplo, el cobre es un oso para cortar con un láser CW porque es terriblemente conductor térmico, trabajo de cambio de Q Q, porque los pulsos son muy cortos pero con una potencia enorme hacen un trabajo mucho mejor.

El oso con láseres de conmutación Q (aparte del gran riesgo para los ojos), es que los pulsos tienden a quemar los recubrimientos de su cadena óptica.

Solo algunos conmutadores Q de tecnología láser son útiles, generalmente YAG y algunos láseres de fibra.

    
respondido por el Dan Mills
1

B es peor. No solo es menor la eficacia, no hay ventaja de combustión si la potencia media es la misma.

Según mi experiencia con los láseres azules de potencia para cortar y quemar impresiones en madera, lo que importa es la potencia promedio que significa el promedio del tiempo de respuesta del material.

La mayoría de los materiales son pasivos pero no lineales, ya que a medida que se carbonizan, absorben más potencia óptica y aceleran el aumento de temperatura en ese umbral.

Un material activo que consideraría es donde la reacción química de la energía fotoeléctrica desencadena una ionización inmediata y una reacción molecular espontánea más rápida que el intervalo de tiempo del período de pulso. Esto supone una absorción lineal hasta que la absorción de azul aumenta y, a continuación, desencadena una reacción espontánea hiptotética (fusión).

Por lo tanto, desde el fenólico, epoxi, metálico, y amp; Los materiales de celulosa que he probado hasta ahora, ninguno ha mostrado la última propiedad de fusión y todos son aproximadamente como la propiedad anterior. Si planeas hacer un reactor de fusión, avísame. ;)

Esto significa que la energía máxima no es lo que provoca un aumento más rápido de la temperatura, sino la duración del tiempo. tasa de absorción dinámica y densidad de potencia promedio (enfoque óptimo).

No solo eso, la eficacia de los LED de potencia y los LED de láser disminuye continuamente con el aumento de la corriente por encima de la corriente del láser de las pérdidas de I²ESR y el aumento de la temperatura. Aunque un sustrato bien diseñado para la transferencia de calor admitirá una eficacia bastante plana de hasta el 50% de la potencia nominal, disminuye considerablemente por encima de esto.

Creo que su única esperanza es diseñar un enfriamiento de circuito cerrado de nitrógeno o líquido como el que se usa en las CPU con overclocking si desea saturar los LED de láser o invertir en ópticas superiores para enfocar el haz en un punto más pequeño, acorde con la estabilidad del eje Z .

También la aberración de la lente hace que la densidad del láser óptico se reduzca significativamente con la óptica de vidrio costosa de precisión que se usa en los cortadores láser de gas.

Encontré que la impresión láser en madera era extremadamente lenta en comparación con una impresora de inyección de tinta debido al tiempo de respuesta térmica de elevar la temperatura a los niveles de carbonización. Intenté cambiar la velocidad del pórtico, la corriente de impulsos y varios niveles de PWM y nada funcionó más rápido que la potencia nominal completa continua a una temperatura constante de la placa de base con enfriamiento por aire forzado.

notas laterales

Recuerdo instrumentar la absorción de potencia para la unión por difusión de acero Zirc-Monel durante mi trabajo de finales de los 70 en Bristol Aerospace e incluso con 100kW de potencia disponible en la superficie, la mejor solución fue la potencia continua, controlando la velocidad de alimentación, la velocidad de enfriamiento y los niveles de potencia . Aunque aquí la ionización del plasma era bastante caliente y probablemente resonaba, este no era un láser sino 1 ~ 5 VCA a corrientes muy altas. Hubo chispas significativas de emisiones ópticas de IR, UV y rayos X debido a la difusión salpicada de 3 superficies entre los contactos del rodillo de cobre sólido gigante, por lo que podría decirse que fue impulsado por ruido de contacto y emisiones de gases a alta presión, pero este fue un ejemplo de soldadura por fusión o Difusión de enlaces cuando se hace bien. pero la reacción del plasma fue una superficie activa de combustión para ayudar a generar el calor para difundir 3 capas de material en una tubería unida en un solo material sólido para que pueda manejar 1 k atmósferas de presión en un reactor nuclear sin fugas.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

Lea otras preguntas en las etiquetas