دستگاه برش فلزات co2 صنعتی چیست؟

دستگاه لیزر co2 صنعتی یک دستگاه لیزر برش فلزات است که از دی اکسید کربن به عنوان محیط افزایش و نیتروژن (N2) و هلیوم (He) استفاده می کند. همچنین تا حدی از هیدروژن (H2)، بخار آب، اکسیژن و/یا زنون (Xe) برای بهبود کارایی لیزر برای کاربرد نور، با انتشار تشعشعات تحریک شده استفاده می‌کند. لیزر به صورت الکتریکی از طریق تخلیه گاز الکتریکی پمپ می شود.

دستگاه لیزر co2 فلزات چگونه کار می کند؟

تخلیه گاز الکتریکی را می توان با استفاده از جریان AC، جریان DC یا در حوزه فرکانس رادیویی بدست آورد. این نوع لیزر در طول موج 10.6 میکرومتر کار می کند. برای جراحی هایی مانند از بین بردن جای زخم، رفع چین و چروک و برای ترمیم آسیب های پوستی خورشیدی استفاده می شود. از لیزرهای دی اکسید کربن می توان به عنوان اسکالپل در جراحی هایی مانند جراحی زنان و اعصاب نیز استفاده کرد.

ساختار لیزر های co2 صنعتی فلزات:

ساخت لیزرهای دی اکسید کربن شامل موارد زیر است:

مواد مورد استفاده در ساخت لیزرهای co2 صنعتی

مواد اصلاح شده در ساخت لیزرهای دی اکسید کربن مورد نیاز است زیرا آنها در ناحیه طیف مادون قرمز عمل می کنند. آینه ها با نقره پوشانده شده اند و پنجره ها و عدسی ها از ژرمانیوم یا سلنید روی ساخته شده اند. برای کاربردهای با قدرت بالا از آینه های طلایی و پنجره ها و لنزهای سلنید روی استفاده می شود. برخی دیگر از پنجره ها و لنزهای الماسی استفاده می کنند.

طراحی دستگاه لیزر co2

لیزر دی اکسید کربن از یک لوله تخلیه کوارتز به قطر 2.5 سانتی متر و طول حدود 5 متر تشکیل شده است. لوله تخلیه حاوی مخلوطی از CO2، N2 و He به نسبت 1:2:3 با بخار آب است. انتقال بین حالت‌های ارتعاشی مولکول‌های دی‌اکسید کربن و سطوح چرخشی مولکول‌های دی‌اکسید کربن، یک عمل لیزری ایجاد می‌کند. ساخت لیزر دی اکسید کربن ساده است و خروجی این لیزر پیوسته است.

مراکز فعال رسانه ای و فعال

دی اکسید کربن، نیتروژن و هلیوم به ترتیب به نسبت 1:2:3 محیط فعال را تشکیل می دهند. مولکول های دی اکسید کربن مراکز فعال هستند زیرا نقش اصلی را در تولید لیزر دارند.

منبع پمپاژ

تخلیه الکتریکی به عنوان وسیله ای برای پمپاژ و دستیابی به وارونگی جمعیت استفاده می شود. الکترون ها با مولکول های دی اکسید کربن برخورد می کنند و آنها را به حالت های برانگیخته تبدیل میکنند.

در حین تخلیه الکتریکی در داخل ماشین، الکترون ها و مولکول های نیتروژن با هم برخورد می کنند و الکترون ها به حالت برانگیخته خود می رسند. معادله زیر این فرآیند را نشان می دهد.

N2 + e* = N2* + e

کلید:

• N2* = مولکول نیتروژن در حالت برانگیخته.
• CO2 = اتم های دی اکسید کربن حالت پایه
• CO2* = حالت برانگیخته اتم های دی اکسید کربن
• N2 = اتم های نیتروژن حالت پایه

به دلیل نزدیکی سطح برانگیخته نیتروژن و سطح E5 اتم دی اکسید کربن، افزایش جمعیت در سطح E5 رخ می دهد. عمل لیزر توسط هر یک از فوتون‌های ساطع شده، خود به خود در لوله ایجاد می‌شود. این زمانی اتفاق می افتد که وارونگی جمعیت به دست می آید.

انتقال لیزری دو نوع است که در زیر ذکر شده است.

انتقال E5 به E4

این انتقال یک پرتو لیزر با طول موج 10.6 میکرومتر تولید می کند.

انتقال E5 به E3

این انتقال یک پرتو لیزر با طول موج 9.6 میکرومتر تولید می کند. معمولاً انتقال 10.6 میکرومتر شدت بیشتری نسبت به انتقال 9.6 میکرو متر دارد. لیزر دی اکسید کربن توان خروجی 10 کیلو وات تولید می کند.

سیستم تشدید کننده نوری

تمام مخلوط های گازی بین مجموعه ای از آینه ها محصور خواهند شد که سیستم تشدید کننده نوری را تشکیل می دهند. یکی از آینه ها کاملا منعکس کننده و آینه دیگر تا حدی منعکس می کند. به دلیل عملکرد صرفاً لیزرهای CO2 در ناحیه مادون قرمز طیف و دستیابی به توان خروجی بالا، معمولاً اجزای نوری آنها از مواد تخصصی مانند سلنید روی، ژرمانیوم، نقره، الماس و طلا ساخته می شوند.

دستگاه های لیزر co2 چگونه کار می کنند

کار لیزر دی اکسید کربن شامل موارد زیر است:

تولید پرتو لیزر

هنگامی که توسط جریان الکتریکی تحریک می شود، مولکول های نیتروژن در مخلوط گاز برانگیخته می شوند، انرژی می گیرند و حالت انرژی بالایی به دست می آورند. دلیل استفاده از نیتروژن این است که قادر است حالت برانگیخته خود را برای مدت طولانی بدون تخلیه انرژی به صورت نور یا فوتون حفظ کند.

مولکول های دی اکسید کربن توسط ارتعاشات پر انرژی نیتروژن برانگیخته می شوند. در این مرحله، حالتی به نام وارونگی جمعیت توسط لیزر به دست می آید – نقطه ای که در آن ذرات برانگیخته بیشتری نسبت به ذرات غیر برانگیخته در یک سیستم وجود دارد. برای تولید یک پرتو نور توسط لیزر، اتم های نیتروژن باید حالت برانگیخته خود را با آزاد شدن انرژی به عنوان فوتون از دست بدهند. این زمانی اتفاق می‌افتد که اتم‌های نیتروژن برانگیخته با اتم‌های بسیار سرد هلیوم تماس پیدا می‌کنند که باعث آزاد شدن نور توسط نیتروژن می‌شود.

تحریک مستقیم مولکول های دی اکسید کربن را می توان در سطح لیزر بالایی انجام داد، اما ثابت شده است که استفاده از انتقال رزونانس انرژی از مولکول های نیتروژن کارآمدتر است. در اینجا، تخلیه الکتریکی، مولکول‌های نیتروژن را به یک سطح ارتعاشی ناپایدار تحریک می‌کند و انرژی برانگیختگی آن‌ها را به مولکول‌های دی اکسید کربن که با آنها برخورد می‌کنند، منتقل می‌کند.

خطوط طیفی

لیزرهای دی اکسید کربن یک طول موج معمولی 10.6 میکرومتر ساطع می کنند، اما بسیاری از خطوط لیزر دیگر در منطقه 9-11 میکرومتر، به ویژه در 9.6 میکرومتر وجود دارد. این به دلیل دو حالت مختلف ارتعاشی مولکول‌های دی اکسید کربن است که می‌توان از آنها به عنوان سطح پایین‌تر استفاده کرد و تعداد قابل توجهی از حالت‌های چرخشی برای هر حالت ارتعاشی وجود دارد که منجر به چندین سطح فرعی می‌شود. امکان انتقال دوقطبی با Δj = مثبت یا منفی 1 وجود دارد که Δj = 1 (شاخه R) منجر به انرژی های فوتون بالاتر و Δj = -1 (شاخه P) به انرژی های پایین تر می شود.

• انتقال باند قوی‌تر که یکی از دو سطح ارتعاشی نهایی ممکن را شامل می‌شود، شاخه P آنها حدود 10.6 میکرومتر است، با انتقال قالب P20، و شاخه R حدود 10.2 میکرومتر است.
• انتقال های باند دیگر دارای شاخه P حدود 9.6 میکرومتر و شاخه R حدود 9.3 میکرومتر هستند.

خطوط لیزر طیفی CO2

امکان ساخت لیزر دی اکسید کربن برای لیزر بر روی یکی از بیش از ده ها انتقال با طول موج هایی که در هر شاخه نسبتاً نزدیک است وجود دارد، اما به دلیل حالت های گسسته چرخش مولکول ها، تنظیم طول موج پیوسته غیرممکن است. اگر هیچ عنصر انتخابی طول موج در تشدید کننده وجود نداشته باشد، تنها لیزر همزمان در چند انتقال به دست می آید، یا گاه به گاه جهش هایی به دیگر انتقال ها در حین کار وجود خواهد داشت. طول موج های گسیلی که استاندارد نیستند، لیزرهای دی اکسید کربن را برای مناطق دیگر کاربرد مناسب می کنند.

لیزرهای دی اکسید کربنی که به صورت تجاری در دسترس هستند در طول موج استاندارد 10.6 میکرومتر ساطع می کنند. با این حال، دستگاه های دیگر به ویژه برای طول موج های دیگر مانند 10.25 میکرومتر یا 9.3 میکرومتر بهینه شده اند. اینها برای کاربردهای خاصی، به عنوان مثال، در پردازش مواد لیزری مناسب تر هستند، زیرا جذب آن تابش در مواد خاصی مانند پلیمرها بسیار بیشتر است. برای ساختن لیزرهایی از این دست و استفاده از تابش آنها، ممکن است به اپتیک مادون قرمز نیاز باشد، زیرا ممکن است نمایش انعکاس های بسیار قوی توسط اپتیک های استاندارد انتقال دهنده 10.6 میکرومتری وجود داشته باشد. تمام انتشار لیزرهای دی اکسید کربن را می توان در ناحیه مادون قرمز با طول موج بلند، که بخشی از ناحیه مادون قرمز متوسط است، در نظر گرفت.

قدرت خروجی و کارایی

توان خروجی متوسط در اکثر موارد بین ده ها وات و کیلووات بسیار بیشتر است. راندمان تبدیل توان می تواند حدود 10٪ تا 20٪ باشد. این بدان معناست که این لیزر از بیشتر لیزرهای گازی (به دلیل مسیر خاصی که مطلوب است) بالاتر است، همچنین از لیزرهای پمپ شده با لامپ حالت جامد بالاتر است، اما نسبت به لیزرهای متعددی که دیود پمپ می شوند کمتر است