光纖激光器的出現(xiàn)重塑了鈑金制造業(yè)的世界。與以前的 CO₂ 激光器相比，它可以更快、更經(jīng)濟(jì)地加工更廣泛的金屬。它還大大減少了維護(hù)工作量，延長(zhǎng)了正常運(yùn)行時(shí)間，提高了產(chǎn)量。

許多加工車間和制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用光纖，但還有許多其他工廠和制造商仍然采用二氧化碳或剛剛開始轉(zhuǎn)向光纖激光設(shè)備。如果您剛接觸光纖激光器或正在考慮投資光纖激光器，有一點(diǎn)需要明確的是：了解光纖激光設(shè)備中光學(xué)組件的維護(hù)與保養(yǎng)。

光纖激光設(shè)備中，除了切割頭中的保護(hù)窗外，沒有任何需要更換的關(guān)鍵光學(xué)部件。而且光纖用戶需要知道的第二件事是更換保護(hù)窗非常容易，任何機(jī)器操作員都可以做到。

光纖激光器 VS 二氧化碳激光器

為了進(jìn)一步了解光纖維護(hù)的簡(jiǎn)易性，我們只需知道使用 CO₂ 激光設(shè)備中光學(xué)元件維護(hù)的復(fù)雜性即可。MKS 儀器公司旗下 Ophir Optronics Solutions Ltd. 的銷售運(yùn)營(yíng)總監(jiān) Yoram Mor 表示，在廠家和制造商使用 CO₂激光器的時(shí)代，由于頻繁更換光學(xué)元件，他們需要購(gòu)買大量的光學(xué)元件。無(wú)論是當(dāng)時(shí)還是今天， CO₂ 激光器都包含大量的光學(xué)組件，包括腔體和外光路中的光學(xué)透鏡和反射鏡。

“二氧化碳激光的光路有很多需要精確調(diào)整的鏡片，” Mor  說?！跋窕覊m污染這樣常見的事情就可能導(dǎo)致它們需要定期保養(yǎng)維護(hù)。雖然使用者可以自行進(jìn)行一些維護(hù)和更換，但在某些涉及激光腔或激光源時(shí)，必須由專業(yè)服務(wù)公司來修復(fù)或更換鏡片?！?“相比之下，光纖激光器的維護(hù)更容易，它的內(nèi)部有一根帶有光纖的柔性光纜，用于連接激光源和切割頭，” Yoram Mor 補(bǔ)充說到。

由于光學(xué)元件僅僅位于切割頭中，激光腔或者激光源中都沒有易損的光學(xué)元件，因此光纖激光器中的光學(xué)元件數(shù)量大大少于 CO₂激光器中的數(shù)量。這是一個(gè)完全不同的系統(tǒng)，維護(hù)要求也完全不同。

切割頭組件

光纖激光器所需的的唯一光學(xué)維護(hù)任務(wù)在于切割頭，其中有多個(gè)光學(xué)鏡片及保護(hù)窗。

光纖激光器的切割頭是一個(gè)復(fù)雜的組件，一般有兩個(gè)非球面或者兩對(duì)雙鏡片組合鏡片組成：一個(gè)用于準(zhǔn)直從光纖發(fā)出的發(fā)散激光束，一個(gè)用于聚焦。加上兩個(gè)保護(hù)窗口: 一個(gè)窗口位于光纖和第一個(gè)透鏡之間，一個(gè)窗口位于第二個(gè)透鏡和工件之間。由于鏡片受到兩個(gè)窗口的保護(hù)，因此它們的使用壽命相對(duì)比較長(zhǎng)。它們受到良好的保護(hù)，免受外部環(huán)境的影響。并且盡管不同應(yīng)用中情況不同，但是每年更好的次數(shù)比較少。

Ophir 的電動(dòng)變焦鏡頭，推動(dòng)市場(chǎng)向更小尺寸、更優(yōu)化的重量和功率轉(zhuǎn)變

更換防護(hù)窗是日常維護(hù)的一部分，以保護(hù)切割頭中的光學(xué)鏡片免受灰塵、污垢和工件背面飛濺物的影響。更換頻率取決于環(huán)境以及最終用戶需要的切割量。如果機(jī)器處于苛刻的環(huán)境中，它可以每天更換。Mor 說?！拔覀兛吹娇蛻裘刻旄鼡Q一次窗口，每隔一天更換一次，每周一次，每隔一周更換一次。這僅取決于機(jī)器的功率水平、切割的基材、環(huán)境的清潔度等?！?/p>

當(dāng)透鏡暴露在灰塵和污垢中時(shí)，并自然吸收環(huán)境中的熱量。當(dāng)熱量上升到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生熱透鏡效應(yīng)，從而改變透鏡的形狀并消除切割區(qū)域上的焦點(diǎn)。激光束需要精確聚焦到切割材料的目標(biāo)區(qū)域，還要聚焦到材料的深處。當(dāng)焦點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，您的切割效果會(huì)不均勻。

需要更換窗口的指標(biāo)通常是相同的：切口不如以前那么好。除此之外，現(xiàn)代機(jī)器通常具有嵌入式技術(shù)來提醒用戶窗口需要更換。更換窗口的過程就像拉出抽屜一樣簡(jiǎn)單。你把它拉出來，拆下窗戶，然后滑入一新窗口。MKS Ophir 的窗口采用真空密封包裝出售，以保證清潔度，用戶在更換過程中唯一需要做的就是：靠近加工機(jī)器，打開窗口的真空包裝， 進(jìn)行更換。雖然窗口的價(jià)格相對(duì)較低，約為 50 美元，但 Ophir 鼓勵(lì)客戶購(gòu)買最高質(zhì)量的窗口，因?yàn)樗鼈兊氖褂脡勖L(zhǎng)，并且可以更好地保護(hù)光學(xué)元件。

替換窗口相當(dāng)于智能手機(jī)的屏幕保護(hù)膜。手機(jī)用戶可以自行更換保護(hù)膜，但不能更換屏幕，窗口也有多種價(jià)格范圍可供選擇。但您不能輕易打開切割頭并更換光學(xué)元件。這必須由授權(quán)方在潔凈室中完成。

切割頭的高敏感性

“即使你認(rèn)為你的環(huán)境是干凈的，如果你打開切割頭，鏡片也會(huì)立即變臟，”Mor 嚴(yán)肅說?！澳憧赡芸床坏轿酃?，但在顯微鏡下，鏡頭看起來就像被扔進(jìn)了垃圾桶。即使是最少量的灰塵或污垢也會(huì)影響1微米激光波長(zhǎng)的切割質(zhì)量。” 這就是為什么切割頭制造商出售內(nèi)置光學(xué)器件的切割頭的原因，最終用戶一般沒有合適的環(huán)境來打開切割頭并自行更換鏡片。

用戶可以對(duì)光纖激光器進(jìn)行一些 DIY 維護(hù)，但是光學(xué)元件的更換必須由專業(yè)人員在潔凈室中完成

切割頭內(nèi)部的光學(xué)鏡片大約每年需要更換一次。但與窗口一樣，頻率取決于多種因素，例如激光器運(yùn)行的次數(shù)以及所采用的功率大小。用戶更換防護(hù)窗的頻率和所用窗戶的質(zhì)量也影響光學(xué)鏡片的更換頻率。無(wú)論如何，當(dāng)需要更換光學(xué)透鏡時(shí)，激光器或切割頭制造商必須參與其中。

切割頭中鏡片的材質(zhì)

光纖切割頭中的光學(xué)透鏡由熔融石英制成，這種原材料具有專為光纖激光波長(zhǎng)定制的低吸收率和低的熱膨脹。Ophir 的鏡片還具有特殊涂層，可以吸收盡可能少的熱量。在設(shè)計(jì)光學(xué)元件時(shí)，我們必須考慮很多因素，包括元件的尺寸、原材料的類型以及涂層的類型。根據(jù)應(yīng)用的不同，涂層可以以不同的厚度涂覆1到20層。我們可以根據(jù)客戶的要求提供不同的涂層，以提供最佳解決方案。

當(dāng)切割頭制造商與 Ophir 合作開發(fā)新鏡片時(shí)，整個(gè)過程高度協(xié)作。功率水平和光學(xué)尺寸等規(guī)格提交給 Ophir 團(tuán)隊(duì)。同時(shí)原始設(shè)備制造商將對(duì)各種材料進(jìn)行各種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果將提供對(duì)光學(xué)器件性能的深入評(píng)估，并將用于性能數(shù)據(jù)說明，以便為客戶提供切割速度、功率等各種性能的相關(guān)信息。

結(jié)語(yǔ)

“總之， CO₂ 激光器和光纖激光器之間的區(qū)別幾乎就像普通汽車和電動(dòng)汽車之間的區(qū)別一樣，”Mor 總結(jié)道。“對(duì)于普通汽車，你可以自己做一些維護(hù)和修理，但對(duì)于電動(dòng)汽車來說，雖然所需的維護(hù)要少得多，但如果需要任何維修，您必須讓授權(quán)的服務(wù)公司來完成這項(xiàng)工作?！?/p>