發布日期：2022-10-09 點擊率：74
在過去的二十年間，封離型CO2激光器已廣泛用于極其多樣的應用，例如包裝、紡織、微電子制造、顯示屏制備等。這是因為CO2 激光器加工的效率、質量和可靠性使其成為一種經濟實惠的工具，比其他制造技術在成本上更具競爭力。本文簡要介紹了封離型板條放電CO2激光器的主要優勢，并涵蓋了相關技術最近的創新。接著，本文還介紹了功率為100W到500W的激光器最重要的應用領域。
為何使用CO2激光器？
CO2激光器與普通工業激光器相比很獨特，因為它以長波紅外線的形式輸出時，波長通常為10.6μm。許多有機材料對這類長波長的吸收能力都很強，包括紙、木材、塑料、橡膠、紡織物和皮革。某些對可見光（甚至近紅外）可透過的材料甚至也能吸收這類長波長，例如玻璃和藍寶石。
吸收率高就意味著大部分激光功率實際上都用于在光熱流程中加工材料。此時目標材料很快即會加熱，最終蒸發（本質上為汽化）。這一過程非常節能， 因此CO2激光器是最適合采用10's到100's微米精密級別快速去除（例如快速切割、鉆孔、雕刻）較大量目標材料的工具。處于較低功率級別時，高效的局部加熱會造成熱效應導致的顏色變化，是打標的理想之選。
板條放電技術
CO2激光器的市場大致分為兩類。第一類為重工業作業（例如切割和焊接厚金屬），通常采用輸出數千瓦功率的快流CO2激光器。速度通常是比切割質量更為重要的問題，因此用于這類應用的激光器會采用高功率，可能會犧牲光束質量、激光器大小和擁有成本。
第二類市場為玻璃、陶瓷、塑料、紡織物、木材和其他有機材料的精密加工，通常采用功率不高于 1kW 的激光器完成。此時，切割質量和外形（無燒焦跡象）是非常關鍵的。最大限度地降低整個系統的大小和重量通常是重中之重，因為這樣可保持低運營成本。
板條放電激光器在大約二十年前首次出現，專用于為第二類市場提供更好的服務。在封離型板條放電激光器中，諧振腔內部等離子體由兩個矩形板條電極激發。兩端的柱面全反射鏡形成諧振腔，部分腔內功率會通過其中一個柱面反射鏡的缺口耦合輸出激光。電極會通過冷水進行冷卻，并且電極的大面積和密封空間使其無需任何氣體循環即可高效地冷卻等離子體。
板條放電構造在精密加工應用中具有優勢，其原因多種多樣。這類構造體積小、穩定性高、輸出特性佳并且擁有成本很低。
輸出功率可隨板條電極的面積縮放。因此，板條放電CO2激光器非常緊湊，并且可通過相對輕便的激光器頭實現盡可能高的輸出功率。因此， 它們可以輕松集成到機器人手臂或起重機架中，甚至小到可適用于桌面設備。板條電極配置在機械方面也很耐用， 因此可在短期和長期內穩定工作。這種穩定性可實現不會隨時間變化的統一加工效果。
當與合適的光束調節光學器件耦合時，板條放電配置可形成較低M2（<1.2） 的高質量高斯光束。這可直接理解為實現較小聚焦光斑的能力，因為幾乎所有的激光功率都集中于中心光束。最終實現更精密的切割或更快的切割速度、更小的熱影響區（HAZ）以及激光功率的最高效利用。
板條放電激光器較高的切割效率也最大限度地降低了給定加工速度下的電耗。并且，冷卻水是通過閉循環系統提供的，因此無需水源。無需外部供氣， 就消除了所有與處理和存儲氣體罐相關的成本，也消除了與更換氣體罐相關的停工期。由于這些因素以及設計的高可用性，板條放電激光器是這一功率范圍內所有CO2激光器類型中擁有成本最具吸引力的一類。
典型應用
中功率CO2激光器的一個重要應用領域就是消費品的包裝。其中包括各類材料（例如紙、紙板、塑料和金屬箔）以及這些材料疊層組合的切割、打孔、刻痕和打標。激光器通常優于直犁刀、模切板等傳統工具，其原因多種多樣。激光器加工可以很快，因此可適應現有生產線的速度。激光器加工是靈活、數字化（軟件控制的）、無接觸的過程，因此不會隨時間而改變，也不會像機械工具那樣需要更換或重摩。而且，激光器能夠精密地控制切割或打孔深度，而機械工具則比較難做到這點。并且，由于使用封離型CO2激光器進行加工的擁有成本低、可靠性高，因此比起傳統方法在經濟上更具有競爭力。
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