Fundamenta Sectionis Laseralis et Systematis Eius Processus —Instrumenta Secandi Laser

II. Compositio Instrumentorum Secandi Laser

2.1 Partes et Principium Operandi Machinae Secandi Laser

Machina secandi laseris constat ex emittente laseris, capite secante, congregatione transmissionis fasciculi, mensa operatoria machinae instrumenti, systemate moderationis numericae (NC), computatro (apparatu et programmate), refrigeratore, cylindro gasis protectoris, collectore pulveris, et siccatore aeris.

Generator Lasericus

Generator lasericus est instrumentum quod fontes lucis lasericae producit. Ad usus sectionis lasericae, pleraeque machinae laserica gasis CO₂ adhibent, quae magnam efficientiam conversionis electro-opticae et magnam potentiam emissariam praebent, exceptis paucis casibus ubi laserica status solidi YAG adhibentur. Non omnes lasericae ad secandum aptae sunt, cum sectionis lasericae requisita severa de qualitate fasciculi imponat.
Caput Secans

Praecipue constat ex partibus ut rostrum, lens focalis, et systema sequendi focalem.

Instrumentum impulsorium capitis secantis adhibetur ad movendum caput secantem secundum axem Z secundum programmata praefinita. Constat ex servomotore et partibus transmissionis ut cochleis principalibus vel rotis dentatis.

(1) Iniector: Tria genera iniectorum praecipua sunt: parallela, convergens, et conica.

(2) Lens Focalis: Ad sectionem energia radiorum lasericorum perficiendam, radius originalis a lasere emissus per lentem focalizandus est ut macula lucis densitate energiae altae formetur. Lentes mediae et longae distantiae focalis aptae sunt ad secandum laminas crassas et requisita minora pro stabilitate spatiali systematis sequendi habent. Lentes brevis distantiae focalis tantum aptae sunt ad secandum laminas tenues infra 3 mm; requisita severa pro stabilitate spatiali systematis sequendi habent, sed potentiam laseris emissam requisitam significanter reducere possunt.

(3) Systema Sequendi: Systema sequendi focum machinae lasericae secandae plerumque constat ex capite secante focali et systemate sensorio secandi. Caput secante functiones directionis et focalisationis fasciculi, refrigerationis aquae, insufflationis gasi, et adaptationis mechanicae integrat.

Sensorium constat elementis sentientibus et unitate moderatrice amplificationis. Systemata vestigationis omnino variantur secundum genus elementorum sentientium. Duo genera principalia praesto sunt: unum est systema vestigationis sensoriarum capacitivum, quod etiam systema vestigationis sine contactu appellatur; alterum est systema vestigationis sensoriarum inductivum, quod etiam systema vestigationis contactuum appellatur.
Conventus Transmissionis Fasciculi

Via Optica Externa: Specula reflexiva adhibentur ad dirigendum radium lasericum in directionem desideratam. Ne vitia in via radii fiant, omnia specula reflexiva scutis proteguntur, et gas purus pressionis positivae protegens introducitur ut specula a contaminatione libera maneant. Lens altae efficaciae radium non divergentem in locum infinite parvum focalizare potest. Lens cum longitudine focali 5.0 unciarum vulgo adhibetur, dum lens 7.5 unciarum tantum ad materias crassiores quam 12 mm secandas applicatur.
Mensa Machinae Instrumentalis

Corpus Machinae Praecipuum: Pars machinae instrumentimachina secandi laserisest pars mechanica quae motum axium X, Y, et Z, inclusa suggestu operis secandi, efficit.
Systema Numericum Moderationis

Systema NC machinam instrumentum regit ad motus axium X, Y, et Z efficiendos et potentiam emissariam laseris simul regulat.
Systema Refrigerationis

Unitas Refrigeratoria: Ad refrigerandum generatorem laseris adhibetur. Laser est instrumentum quod energiam electricam in energiam lucis convertit. Exempli gratia, efficientia conversionis laseris gasii CO₂ plerumque 20% est, energia reliqua in calorem conversa. Aqua refrigerans calorem superfluum removet ad operationem normalem generatoris laseris conservandam. Unitas refrigeratoria etiam specula externa viae opticae et lentes focales machinae instrumenti refrigerat, qualitatem transmissionis fasciculi stabilem curans et deformationem vel fissuram lentis propter nimium calorem efficaciter prohibens.
Cylindri Gasii

Cylindri gasii cylindros medii operandi et cylindros gasii auxiliares pro machina laserica secandi includunt, qui ad gasia industrialia pro oscillatione laserica supplenda et gasia auxiliaria pro capite secante supplenda adhibentur.
Systema Pulveris Removendi

Fumum et pulverem in processu generatos extrahit et filtrationem perficit ut emissiones gasorum exhaustorum normas tutelae environmentalis congruant.
Aeris Refrigeratio Siccator et Filtrum

Aerem mundum et siccum generatori laseris et semitae fasciculi praebet, operationem normalem semitae fasciculi et speculorum reflexivorum servans.

2.2 Fax Secans ad Sectionem Laser

Diagramma structurae faces secandi ad sectionem laseris infra monstratur. Constat praecipue ex corpore faces, lente focali, speculo reflexivo, et rostro gasis auxiliari. Dum secat laseris, faces secandi his requisitis satisfacere debet:

① Fax sufficientem fluxum gasis eicere potest.

2. Directio ejectionis gasis intra facem coaxialis cum axe optico speculi reflexivi esse debet.

③ Longitudo focalis faces facile aptari potest.

④ Dum secas, vapor metallicus et aspersiones ex metallo secto speculum reflexivum laedere non debent.

Motus faces secandi per systema motus NC adaptatur. Tria sunt casus motus relativi inter facem secandi et rem operandam:

① Fax immota manet dum res per mensam laboris movetur — apta praesertim rebus parvis.

2. Dum faces movetur, pars operanda immota manet.

③ Fax et mensa laboris simul moventur.

2.2.1 Caput Secans

Caput secandi laseris in fine systematis transmissionis fasciculi situm est, constans ex lente focali et rostro secante.

Lentes focales plerumque secundum longitudinem focalem distinguuntur. Pleraque instrumenta sectionis lasericae pluribus capitibus sectionalibus cum diversis longitudinibus focalibus instructa sunt. Exemplo sectionis lasericae CO₂ sumpto, longitudines focales communes sunt 127 mm (5 in) et 190 mm (7.5 in). Lens brevis longitudinis focalis maculam focalem parvam et profunditatem focalem brevem producit, quod ad latitudinem scissurae minuendam et sectiones subtiliores efficiendas conducit. Lens longae longitudinis focalis maculam focalem maiorem et profunditatem focalem longiorem producit. Comparatae cum lentibus brevibus longitudinis focalis, lentes longae longitudinis focalis fasciculum focalem cum densitate energiae lasericae sufficiente ad processum materiae prope punctum focale praebere possunt. Ergo, lentes brevis longitudinis focalis plerumque ad accuratam sectionem laminarum tenuium adhibentur, dum lentes longae longitudinis focalis requiruntur ad materias crassiores ad profunditatem focalem sufficientem obtinendam, minimam variationem in diametro maculae et sufficientem densitatem potentiae intra ambitum crassitudinis sectionis curantes.

Lentes focales adhibentur ad fasciculum lasericum parallelum incidentem in facem secantem dirigendum, ita ut macula minor et densitatis potentiae maior efficiatur. Lentes ex materiis fiunt quae longitudinem undae laseris transmittere possunt. Vitrum opticum vulgo ad laseres status solidi adhibetur, dum materiae ut ZnSe, GaAs, et Ge ad laseres gasii CO₂ adoptantur (quia vitrum ordinarium non est pellucidum radiis laseris CO₂), inter quas ZnSe latissime adhibetur.

Ad sectionem lasericam, diametrum focalis minimizare expedit ad densitatem potentiae augendam et sectionem celerem efficiendam. Attamen, distantia focalis lentis brevior profunditatem focalem minorem efficit, ita ut difficile sit superficiem secandi perpendicularem obtinere cum laminas crassas secantur. Praeterea, distantia focalis brevior distantiam inter lentem et opus minuit, periculum lentis contaminationis aspersionum liquefactarum durante sectione augens et operationem normalem afficiens. Ergo, distantia focalis apta plene determinanda est, secundum factores ut crassitudo secandi et requisita qualitatis secandi.

2.2.2 Speculum Reflexivum

Munus speculi reflexivi est directionem radii a lasere emissi mutare. Pro radiis e laseribus status solidi, specula reflexiva ex vitro optico facta adhiberi possunt. Contra, specula reflexiva in machinis secandis laseris gasis CO₂ plerumque ex cupro vel metallis cum alta reflectivitate fiunt. Ad damnum a nimio calore ex irradiatione laseris durante operatione causatum vitandum, specula reflexiva typice aqua refrigerantur.

2.2.3 Fistula

Rostra ad gas auxiliarium in zonam secandi spargendum adhibentur, et eius structura certum momentum in efficacia et qualitate sectionis habet. Figura 4.11 formas rostrorum communes ad sectionem lasericam ostendit; formae orificiorum rostrorum cylindricas, conicas, et convergentes-divergentes includunt.

Selectio fistulae plerumque per probationes secundum materiam et crassitudinem materiae, necnon pressionem gasis auxiliaris, determinatur. Sectio laserica plerumque fistulas coaxiales adhibet (ubi fluxus gasis coaxialis est cum axe optico). Si fluxus gasis et radius lasericus non sunt coaxiales, nimia aspersio verisimile est in sectione fieri. Paries interior orificii fistulae levis esse debet ut fluxus gasis liber praestetur et turbulentia vitetur quae qualitatem scissurae afficere possit. Ad stabilitatem sectionis curandam, distantia inter faciem extremam fistulae et superficiem materiae minima esse debet, typice a 0.5 mm ad 2.0 mm varianda. Diameter orificii fistulae radium lasericum leniter transeat permittere debet, ne radius parietem interiorem orificii tangat. Quo minor diameter orificii, eo difficilius est radium collimare. Pro data pressione gasis auxiliaris, optima series diametrorum orificii fistulae existit. Ostium nimis parvum vel magnum remotionem productorum liquefactorum e scissura impediet et celeritatem sectionis afficiet.

Influentia diametri orificii fistulae in celeritatem sectionis sub fixa potentia laseris et pressione gasis auxiliaris in Figuris 4.12 et 4.13 ostenditur. Videtur diametrum orificii fistulae optimalem exstare quae maximam celeritatem sectionis attingit. Hic valor optimalis est circiter 1.5 mm, sive oxygenium sive argon ut gas auxiliaris adhibeatur.

Experimenta in sectione laserica mixturarum durarum (quae difficiles ad secandum sunt) ostendunt diametrum optimalem orificii fistulae supra dictis proxime esse, ut in Figura 4.14 illustratur. Diameter orificii fistulae etiam latitudinem scissurae et latitudinem zonae calore affectae (ZAT) afficit. Ut in Figura 4.15 demonstratur, cum incremento diametri orificii fistulae, latitudo scissurae augetur dum latitudo ZAT angustatur. Causa principalis angustationis ZAT est effectus refrigerationis auctus fluxus gasis auxiliaris in materiam basin in zona secandi.

2.3 Parametri Instrumentorum Secandi Laser

2.3.1 Instrumenta Secandi Face Impulsa

In apparatu secandi face impulso, fax secandi in porticu mobili posita est et horizontaliter secundum trabem portici (axem Y) movetur. Porticus facem movet secundum axem X, dum res in mensa laboris fixa est. Cum laser et fax secandi separatim dispositae sint, proprietates transmissionis laseris, parallelismus secundum directionem scansionis fasciculi, et stabilitas speculorum reflexivorum omnia afficiuntur durante processu secandi.

Instrumenta secandi face impulsa magnas partes operari possunt. Areae areae productionis secandi relative parvae occupantur et facile cum aliis instrumentis integrantur ad lineam productionis formandam. Tamen, accuratio positionis tantum ±0.04 mm est.

Structura typica instrumentorum secandi face impulsorum in Figura 4.19 ostenditur. Machina secandi laser CO₂ undae continuae adhibetur, spatio inter laserem et facem secantem 18 m existente. Ut mutatio diametri fasciculi per hanc distantiam transmissionis operationes secandi non impediat, combinatio speculorum oscillatorum diligenter designanda est.

Praecipuae rationes technicae instrumentorum secandi face impulsorum sunt hae:

Potentia Emissionis Laser: 1.5 kW (unius modi), 3 kW (multi modi)
Cursus faces: axis X 6.2 m, axis Y 2.6 m
Celeritas Agitandi: 0–10 m/min (adaptabilis)
Cursus Fluitans Faces Axis Z: 150 mm
Celeritas Adaptationis Axis Z Faces: 300 mm/min
Maxima Magnitudo Laminae Chalybis Processae: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Systema Moderationis: Modus Moderationis NC Integratus

2.3.2 Instrumenta Secandi Mensa-Mota XY

In apparatu secandi a mensa XY impulso, taeda secandi in structura fixa est, et opus in mensa secandi ponitur. Mensa secandi secundum axes X et Y secundum mandata NC movetur, cum celeritate impulsoria adaptabili quae typice inter 0 et 1 m/min vel 0 et 5 m/min variat. Cum taeda secandi immobilis maneat respectu operis, effectum in alignationem et centrationem radii laseris per processum secandi minuit, efficiendo ut aequabilis et stabilis effectus secandi fiat. Cum mensa secandi parva et magna praecisione mechanica instructa est, machina accuratam positionem ±0.01 mm assequitur et...praeclara praecisione sectionis, quod eam praecipue aptam reddit ad accuratam sectionem partium minorum. Praeterea, maiores mensae secandae cum cursu axis X 2300–2400 mm et cursu axis Y 1200–1300 mm praesto sunt ad opera magnarum magnitudinum tractanda.

Parametri technici principales apparatus secandi a mensa XY acti sunt qui sequuntur:

Fons Laseris: Laser gasis CO₂ (typus tubi recti semi-clausi)
Fons Electricus Laser: Tensio ingressus 200 VAC; Tensio egressus 0–30 kV; Maximus fluxus egressus 100 mA
Potentia Emissionis Laser: 550 W
Cursus Mensae Secandae: Axis X 2300 mm, Axis Y 1300 mm
Celeritas Impulsionis Mensae Secandae (Gradis Adaptabilis): 0.4–5.0 m/min, 0.2–2.5 m/min, 0.1–1.3 m/min, 0.05–0.6 m/min
Cursus Fluitans Faces Axis Z: 180 mm
Maxima Magnitudo Laminae Processae: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Systema Moderationis: Modus Moderationis Numericae (NC)

2.3.3 Instrumenta Secandi Dupliciter Impulsa (Fax et Mensa)

Instrumentum secandi dupliciter impulsum (fax et mensa) inter machinas secandi face impulsas et mensa XY impulsas designo collocatur. Fax secandi in portico posita horizontaliter secundum trabem portici (axem Y) movetur, dum mensa secandi longitudinaliter agitur. Hoc designum hybridum commoda praecisionis secandi altae et efficientiae spatii conservandi coniungit. Cum accuratione positionis ±0.01 mm et celeritate secandi adaptabili 0–20 m/min, una ex machinis secandi latissime in foro usitatis est. Maiora exempla huius machinae cursum axis Y 2000 mm et cursum axis X 6000 mm offerunt, quae permittunt secare magnas magnitudines.

Oscillator lasericus in portali iuxta facem secantem collocatur. Haec configuratio praecisionem eximiam in foraminibus circularibus secandis praebet. Machina etiam magna efficacia productionis gloriatur: 46 foramina circularia (10 mm diametro) per minutum in lamina chalybea 1 mm crassitudine secare potest.

2.3.4 Instrumenta Secandi Integrata

Inmachina secandi integrataFons laser in quadro installatur et cum eo longitudinaliter movetur, dum taeda secans cum mechanismo suo impulsorio integrata est ut horizontaliter secundum trabem quadri moveatur. Machina moderatione numerica utitur ad componentes varias formas secandos. Ad variationem longitudinis viae opticae a motu horizontali taedis secantis effectam compensandam, modulus adaptationis longitudinis viae opticae plerumque instructus est. Hic modulus radium lasericum homogeneum intra aream secandi praestat et qualitatem superficiei secandi constantem conservat.

Tempus publicationis: XVII Kalendas Ianuarias, MMXXXV

Fundamenta Sectionis Laseralis et Systematis Eius Processus — Instrumenta Sectionis Laseralis