Laser verstehen: Was ist ein Faserlaser?

In der Welt der Laser schienen nur wenige Systeme so schnell bei den Anwendern Fuß zu fassen wie die frühen Faserlasersysteme.

Das ist keine Überraschung. Faserlaser stellten einen wesentlichen Sprung dar, der über das hinausging, was mit früheren Technologien wie den ersten gepumpten Diodensystemen oder mit etablierten Methoden wie dem CO2-Laser möglich war.

Aber was genau ist a Faserlaser? 

Für Ingenieure und Wissenschaftler ist ein Faserlaser ein Gerät, bei dem „das aktive Verstärkungsmedium eine optische Faser ist, die mit Seltenerdelementen wie Erbium, Ytterbium, Neodym, Dysprosium, Praseodym, Thulium und Holmium dotiert ist“.

Aber für Nicht-Ingenieure und weniger als wissenschaftlich versierte Personen lässt diese Erklärung zu wünschen übrig.

Also lass es uns erklären.

Dreck, kein Gas

Traditionell sitzt Gas im Kern eines Lasers. Ein CO2-Laser ist beispielsweise ein Laser, bei dem Kohlendioxid, ein farbloses Gas mit einer Dichte, die etwa 60 Prozent höher ist als die der trockenen Luft, verwendet wird. Dies ermöglicht einen Infrarotstrahl mit Wellenlängenbändern im Bereich von 9.4 und 10.6 Mikrometern.

Diese Höhe des Strahls eignet sich zum Schneiden einer Vielzahl von Materialien. CO2-Laser sind auch in medizinischen Situationen nützlich, beispielsweise bei Weichteiloperationen oder in der Dermatologie.

Im Gegensatz dazu ersetzt ein Faserlaser Gas durch eine normale optische Faser aus Quarzglas. Diese Faser wird dann "dotiert", wenn ein winziges Stück eines der Seltenerdelemente hinzugefügt wird.

Die Atome, aus denen sich das Lasermedium zusammensetzt, sind dann in dieser mit Seltenen Erden dotierten Faser untergebracht. Wenn Photonen emittiert werden, sind sie in diesem dotierten Faserkern eingeschlossen.

Warum einen Faserlaser wählen?

Die Idee, die Photonen in der mit Seltenen Erden dotierten Faser einzuschränken, gibt dem Faserlaser seinen Hauptvorteil gegenüber Konkurrenten: Stabilität.

Da ein Faserlaser seinen Strahl innerhalb des Kerns erzeugt, erfordert die Abgabe des Strahls keine komplexen oder empfindlichen optischen Geräte.

Ein normaler Laser verwendet dagegen entweder eine optische Faser, um den Laserstrahl zu bewegen, oder Spiegel, um ihn herum zu reflektieren. Beide Ansätze funktionieren, aber beide erfordern eine äußerst genaue Ausrichtung. Das macht normale Laser bewegungs- und stoßempfindlich. Und wenn die Dinge einmal aus dem Gleichgewicht geraten, muss ein Spezialist die Dinge richtig stellen.

Ein Faserlaser hat keine solche Empfindlichkeit. Es ist stabil. Ein Faserlaser kann mit Stößen, Schlägen, Vibrationen und allgemeiner Zwietracht am Fließband umgehen.

Es gibt einen weiteren Vorteil, einen Laserstrahl auf den dotierten Faserkern zu beschränken: Er hält den Strahl gerade und klein. 

Dies ermöglicht wiederum kleine und präzise Fokussieren. Und in der Regel ist bei Lasern das Schneiden umso effektiver, je kleiner der vom Strahl erzeugte Punkt ist.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Faserlaser energieeffizient sind.

Ein Faserlaser kann fast 100 Prozent der empfangenen Einstrahlung in den Strahl umwandeln, wodurch die in Wärmeenergie umgewandelte Energiemenge begrenzt wird. Dies bedeutet, dass die Faser in der Regel vor Wärmeschäden oder Brüchen geschützt bleibt.

All dies ergibt einen robusten Laser, der nahezu wartungsfrei ist. 

Telesis und der Faserlaser

Faserlaser haben eine lange Geschichte. Sie wurden erstmals 1963 von Elias Snitzer erfunden. Die ersten kommerziellen Modelle kamen jedoch erst Ende der 1980er Jahre auf den Markt.

Und Telesis war da.

Unser erstes Modell war der Ytterbium-Faserlaser. Es wurde ein Ansatz verwendet, der in der Kommunikation Akzeptanz gefunden hatte, aber Telesis erkannte, dass es für die Verwendung in Markierungsmaterialien angepasst werden konnte. Es war eine weltbewegende Entwicklung. Diese neuartige Lasermarkierung war die fortschrittlichste Technologie ihrer Zeit. 

Der primäre Durchbruch war auf seine Robustheit zurückzuführen. Der Ytterbium-Faserlaser produzierte Laufzeiten von 20,000 Stunden und mehr. Die Technologie war so erfolgreich, dass sie auch heute noch in der Oberflächenmarkierung weit verbreitet ist. 

Als nächstes stand für Telesis die Entwicklung des Vanadate-Lasersystems an. Dieses System verwendet einen Kristall aus Vanadat (eine Verbindung des chemischen Elements Vanadium) mit fasergekoppelten Dioden. 

Der Vanadatlaser erzeugt einen Strahl von sehr hoher Qualität, der auf einer bemerkenswert breiten Palette von Materialien außergewöhnlich feine Linien erzeugen kann. 

Die heutigen Modelle

Heute produziert und vertreibt Telesis verschiedene Arten wartungsfreier gütegeschalteter Ytterbiumfaserlaser, die speziell für Markierungsanwendungen entwickelt wurden.

Unsere Kraftpakete heißen FaserserieDiese Laser haben eine durchschnittliche Leistung von 10-100 W und liefern einen Hochleistungslaserstrahl über ein flexibles, metallummanteltes Glasfaserkabel direkt an den Markierungskopf. 

Dank der Fasertechnologie und des robusten mechanischen Designs eignen sich die Laser perfekt für Industrieumgebungen, in denen Schock, Vibration und Staub möglicherweise zu viele andere Ansätze erfordern.

Das Design der Fasermarkierer der F-Serie ermöglicht es, dass das Gesamtpaket sehr klein und modular ist, um eine einfache Integration in eine Vielzahl von industriellen Anwendungen zu ermöglichen. Die Lasermarkiersysteme der Fiber-Serie bieten eine erstklassige 100,000-Stunden-MTBF-Diodenzuverlässigkeit ohne Wasserkühlungsanforderungen und nur einphasige 110 / 220VAC-Leistungsanforderungen.

Kürzlich haben wir eine völlig neue Produktlinie herausgebracht, die darauf abzielt, die Kosten zu senken und gleichzeitig den Durchsatz für Fertigungskunden zu steigern.

Die Idee hinter dem Doppelkopf-Faserlaser-Markierungssystem ist einfach: Lassen Sie eine Person, die nur einen PC verwendet, mehrere Laser gleichzeitig bedienen. 

Trotz dieser Einfachheit behält das Dual-Head-System die Strahlqualität, für die alle Telesis-Faserlaser bekannt sind, sowie eine 100,000-Stunden-MTBF-Diodenzuverlässigkeit bei. Das Dual-Head-System ist vollständig luftgekühlt und wird über eine einphasige Steckdose mit Strom versorgt.

Am wichtigsten ist, dass das Dual-Head-System einen einfachen Übergang vom herkömmlichen Drucken numerischer Codes zum hochmodernen 2D-Matrixdruck ermöglicht, mit dem große Mengen von Rückverfolgbarkeitsdaten codiert werden können.

Große Hersteller sehen den Vorteil. Das Dual Head System wurde bei führenden Herstellern wie Harley-Davidson® Motorcycles und Nissan® Motor Co. Ltd. eingesetzt und getestet.

Faserlaser der nächsten Generation

In der sich rasant verändernden Welt der Faserlasertechnologie kann sich kein Unternehmen auf seinen Lorbeeren ausruhen. Sogar ein Unternehmen wie Telesis.

Unser jüngster Durchbruch ist erst kürzlich in Produktion gegangen: der 100 Watt Faserlasersystem.

Die Ingenieursgemeinschaft ist sich seit langem der außergewöhnlichen Leistung von 100-Watt-Faserlasern bewusst. Aber die Leute in der C-Suite haben lange gewusst, dass Lasersysteme mit diesem Niveau von  Macht war zu teuer für alle außer ein paar. Aus diesem Grund beauftragte Telesis unser erstklassiges Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren mit der Entwicklung einer erschwinglichen Version eines solchen Systems.

Bemerkenswerterweise haben sie dies getan. 

Unser neuer Hochleistungsfaserlaser macht in einem Durchgang tiefe (0.3 Millimeter) Markierungen! Diese Geschwindigkeit und Tiefe machen den 100-Watt-Laser perfekt für Anwendungen wie das Erstellen von VIN-Markierungen in der Automobilindustrie oder Teilekennungen für die Avionik.

Die Hersteller sind begeistert.  Drei dieser neuen Faserlasersysteme haben wir bereits im Test verkauft!

Nächster?

Mit dem Durchbruch des 100-Watt-Faserlasers ist es verlockend zu sagen, dass die Branche ihren Höhepunkt erreicht hat. Was kann man mehr von einem Faserlaser erwarten?

Wir wollen es herausfinden.

Unsere Ingenieure wissen, dass die Robustheit von Faserlasermaschinen in Kombination mit dem präzisen Strahl, den sie erzeugen, auf eine Zukunft immer schnellerer und kostengünstigerer Markierungsgeräte hindeutet.

Tatsächlich haben sie bereits einige Überraschungen parat. Also bleibt gespannt.

Im Gegensatz zu vielen anderen Herstellern stellt Telesis eine Vielzahl von Markiermaschinen mit einer Vielzahl von Technologien her. Dies ist der erste Beitrag in einer Reihe, in dem die verschiedenen von uns verwendeten Technologien erläutert und ihre Vor- und Nachteile in einer bestimmten Umgebung untersucht werden.

 

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