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Brauchen Sie einen Faser- oder Co2-Laser?

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Alles, was Sie über Laser wissen müssen.

Die Unterschiede zwischen den Lasertypen und ihre Vorteile

Für Außenstehende können Lasertechnologien verwirrend sein: Von den verschiedenen Techniken zur Veränderung eines Materials - wie Ätzen, Markieren und Gravieren - bis hin zu den Systemtypen, Leistungsverstärkern und der Terminologie gibt es eine Menge zu verstehen.

Dabei ist das Ganze gar nicht so komplex. In diesem Beitrag werden wir diese Informationen aufschlüsseln, um Ihnen einen kurzen Überblick über die Funktionsweise der verschiedenen Lasertypen und ihre Vorteile zu geben.

Zunächst muss man wissen, dass es vier Hauptlaserarten gibt: YAG, CO2, Faserlaser und UV. Jeder von ihnen hat seine Vorteile: Faserlaser sind äußerst flexibel und eignen sich für fast alle Anforderungen, während UV-Laser so konzipiert sind, dass sie mit geringer Leistung Materialien ohne sichtbare Schäden markieren.

YAG-Laser (Nd:YAG, Nd:YVO)

YAG-Laser, die auch als Blitzlampen- oder lampengepumpte Laser bekannt sind, verwenden eine Lampe (Kolben) als Pumpmechanismus und einen Kristall als Verstärkungsmedium. Beide befinden sich in einem optischen Resonator, der das Licht reflektiert und zur Erzeugung des Laserlichts beiträgt.

Wie die Faserlaser gehören auch die YAG-Laser (Kristalllaser) zur Gruppe der Festkörperlaser. Festkörperlaser verwenden als Verstärkungsmedium einen Festkörper und keine Flüssigkeit (wie z. B. Farbstofflaser oder ein Gas in einem Gaslaser).

Die gängigsten Lasertypen der YAG-Kategorie sind Nd:YAG (Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) und Nd:YVO (Neodym-dotiertes Yttrium-Ortho-Vanadat).

Diese Laser haben die gleiche Wellenlänge wie Hochleistungs-Faserlaser - 1064 nm - und eignen sich daher für die Markierung von Metallen und Kunststoffen. Im Gegensatz zu Faserlasern verwenden diese Lasertypen jedoch teure und unzuverlässige Pumpmechanismen: Glühbirnen. Diese Pumpmechanismen gehen leicht kaputt und haben im Vergleich zu anderen Lasersystemen eine relativ kurze Lebensdauer.

 

CO2 Laser

Als einer der ersten Gaslaser, die entwickelt wurden, gehören CO2-Laser nach wie vor zu den nützlichsten Lasertypen und sind die leistungsstärksten Dauerstrichlaser, die derzeit erhältlich sind.

CO2-Lasermarkierer verwenden ein Kohlendioxid-Gasgemisch, wobei der Strahl in einer versiegelten, mit Gas (CO2) gefüllten Glasröhre erzeugt wird. Die Röhre wird dann elektrifiziert - eine Hochspannung fließt hindurch und reagiert mit den Gaspartikeln, wodurch sich ihre Energie erhöht und wiederum Licht erzeugt wird.

Dieses Licht erzeugt Wärme - eine Wärme, die so stark ist, dass sie Materialien verdampfen kann, die einen Schmelzpunkt von mehreren hundert Grad Celsius haben.

Das Licht selbst wird zwischen zwei Spiegeln in der Röhre umgelenkt und schließlich (wenn es stark genug ist) auf einen letzten Spiegel im Laserkopf gelenkt, der das Licht durch eine Fokussierlinse auf das zu bearbeitende Material umleitet.

CO2-Laserbeschriftungsgeräte mit hoher Leistung werden zum Schneiden und Schweißen verwendet, während CO2-Laserbeschriftungsgeräte mit niedriger Leistung hauptsächlich für nichtmetallische Werkstoffe und Kunststoffe eingesetzt werden.

Faserlaser

Faserlaser sind die beliebteste Art von Festkörperlasern für das Glühen, Ätzen und Gravieren von Metallen und werden häufig eingesetzt, um mit hoher Geschwindigkeit dauerhafte, sehr detaillierte Markierungen zu erzeugen. Hochleistungs-Faserlaser haben eine Wellenlänge von 1064 nm - diese variiert jedoch je nach Energiequelle.

Ansicht von untenDiese Maschinen können Markiergeschwindigkeiten von bis zu 2000 Zeichen pro Sekunde erreichen (mit einem 6-mm-Laserkopf) und sind viel kleiner als CO2-Laser. Außerdem sind sie viel energieeffizienter und leistungsfähiger: Sie wandeln etwa 70-80 % der verbrauchten Energie um und erzeugen einen Laserstrahl, der 100 Mal intensiver ist als ein CO2-System.

Faserlaser haben keine beweglichen Teile. Stattdessen verwendet der Laser eine Energiequelle (in diesem Fall eine optische Faser), die mit seltenen Elementen dotiert ist, in der Regel Erbium, Ytterbium, Neodym, Thulium, Praseodym, Holmium oder Dysprosium (da sie einen hohen Brechungsindex haben). Durch die Verwendung dieser Seltenen Erden kann eine billigere Laserpumpquelle verwendet werden, die dennoch eine hohe Energiemenge erzeugt, da das Licht um den Kern herum "hüpft".

Um einen Laserhohlraum zu schaffen, wird ein Bragg-Gitter hinzugefügt. Ein Bragg-Gitter ist ein Glasabschnitt mit Streifen, in denen der Brechungsindex verändert wurde. Jedes Mal, wenn das Licht eine Grenze zwischen einem Brechungsindex und einem anderen überquert, wird ein Teil des Lichts reflektiert. Um den Pumplaserstrahl einzudämmen, wird eine äußere Hülle verwendet. Wenn der Laserstrahl in der Faser hin und her springt, wird jedes Mal, wenn er den Kern durchquert, ein wenig mehr Pumplicht absorbiert.

Aus diesen Gründen sind Faserlaser unglaublich stabil. Sie erzeugen den Strahl innerhalb der Faser, so dass für die Übertragung des Strahls keine komplizierte oder empfindliche Optik erforderlich ist (wie bei normalen Lasern). Da der Strahl auf einen kleinen Kern begrenzt ist, sind sie außerdem sehr präzise - so präzise, dass ihre Strahlen auf einen kleinen Punkt fokussiert werden können.

UV Laser

Die Wellenlänge eines UV-Lasers beträgt etwa ein Drittel (355 nm) der Standard-Wellenlänge (1064 nm). Der Name "UV-Lasermarkierer" kommt daher, dass die Wellenlänge im ultravioletten Bereich des Lichtspektrums liegt.

Die Beschriftung mit diesen Lasern wird als "Kaltbeschriftung" bezeichnet, da sie Materialien mit minimaler Wärmeschädigung beschriften und bearbeiten können (dies ist auf ihre unglaublich hohe Absorptionsrate bei einer Vielzahl von Materialien zurückzuführen).

Daher eignet sich die UV-Lasermarkierung ideal für Anwendungen, bei denen ein hoher Kontrast oder eine minimale Produktbeschädigung erforderlich ist (sie wird z. B. häufig in der Medizinbranche zur Kennzeichnung von Pillenflaschen und medizinischen Geräten verwendet).

UV-Laser funktionieren, indem ein Laser mit Standardwellenlänge (1064 nm) durch einen nichtlinearen Kristall geleitet wird. Dadurch wird die Wellenlänge auf 532 nm reduziert. Dieses Licht wird dann durch einen weiteren Kristall geleitet, der seine Wellenlänge auf 355 nm reduziert.

Im Vergleich zu Standardlaserlicht und grünem Laserlicht (532 nm) hat UV-Laserlicht eine viel höhere Absorptionsrate. Das bedeutet, dass die Leistung nicht erhöht werden muss, um lebendige Markierungen zu erzeugen.

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