Zanim popsujesz laser. Typowe awarie

Zanim popsujesz laser. Typowe awarie Kimla

Na rynku pojawia się coraz więcej elementów optycznych niewiadomego pochodzenia, które oferowane są jako zamienniki oryginalnych elementów eksploatacyjnych do laserów fiber. Niestety, często nieprawidłowe warstwy antyrefleksyjne mogą być przyczyną poważnych i kosztownych awarii głowic, światłowodów i źródeł lasera – spowodowanych odbiciem wiązki.

 

  • Wykonane ze specjalnego szkła kwarcowego okno ochronne chroni soczewki w wycinarkach laserowych fiber
  • Aby ilość odbitego światła nie była zbyt duża, elementy optyki laserowej pokrywa się specjalnymi warstwami AR
  • Zły dobór szkła ochronnego może doprowadzić do uszkodzenia lasera
  • Na rynku dostępne są zamienniki z tanich materiałów i z warstwami AR wykonanymi w znacznie tańszych i szybszych procesach
  • Oryginalne okno ochronne może działać nawet 10 razy dłużej niż tani zamiennik
  • Niskiej jakości okno może zmniejszyć także jakość cięcia

 

W wycinarkach laserowych fiber do ochrony soczewek przed zanieczyszczeniami wykorzystuje się specjalne okna ochronne. Zabezpieczają one soczewki przed odpryskami ciętego metalu, kurzem i dymem, a także chronią je przed działaniem wysokiego ciśnienia gazu tnącego.

Okna ochronne z warstwami antyrefleksyjnymi

Mimo że okno to na pierwszy rzut oka wygląda jak prosty szklany krążek, jest zaawansowanym technologicznie elementem o konkretnych właściwościach mechanicznych i optycznych. Aby okno ochronne spełniało swoją funkcję, musi być wykonane ze specjalnego szkła kwarcowego pokrytego warstwami antyrefleksyjnymi (AR). Niepokryte szkło odbija ok. 4% światła na stronę, co oznacza, że każda soczewka lub szkło ochronne może odbić nawet do 8% padającego na nie światła.

Ponieważ w typowej głowicy laserowej może być nawet 5 elementów optycznych, sumaryczna ilość odbitego światła mogłaby dochodzić do 34%. Już przy źródle lasera o mocy 3 kW zostałby odbity ok. 1 kW mocy, a głowica i źródło mogłyby ulec zniszczeniu. Aby temu zapobiec, wszystkie elementy optyki laserowej pokrywane są specjalnymi warstwami AR, które zmniejszają odbicie nawet do 0,1%.

zasada odbicia warstw AR w laserach

Interferencyjne warstwy antyrefleksyjne są wykonywane do pracy z różnymi długościami fal dla różnych typów laserów. Działanie tych warstw polega na tym, że dla jednych długości fal odbicie zmniejsza się niemal do zera, ale dla innych może być nawet wielokrotnie większe niż dla gołego szkła.

Ważny jest właściwy dobór szkła ochronnego lasera

Użycie szkła ochronnego przeznaczonego do pracy z inną długością fali może prowadzić do katastrofalnych skutków, włącznie ze zniszczeniem głowicy lub źródła lasera. Bez specjalistycznego sprzętu badawczego nie jest jednak możliwe określenie, do jakiej długości fali dany element optyczny wykonano. Potencjalny użytkownik może więc nawet nie zdawać sobie sprawy, że używa np. nieodpowiednich szkieł ochronnych. Tym samym ryzykuje uszkodzenie lasera.

Mimo tych samych wymiarów dostępne na rynku, poniżej pokazane szkła różnią się charakterystyką refleksyjności pokryć. Mogą więc nie nadawać się do użycia w wycinarkach laserowych do blach.

okna ochronne lasera

W żadnym przypadku nie należy jednak oceniać przydatności szkieł po kolorze. Wycinarki laserowe bowiem pracują w podczerwieni. Kolory widoczne dla ludzkiego oka nie odzwierciedlają więc rzeczywistych właściwości antyrefleksyjnych w zakresie niewidzialnego dla człowieka światła emitowanego przez laser.

Taniej nie znaczy lepiej

Oprócz różnych długości fali światła, dla której wykonano dane okno, warstwy antyrefleksyjne mogą mieć także bardzo różną jakość. Najlepsze szkła ochronne wykonane są z wysokiej jakości szkła kwarcowego i pokrywane są w specjalnych komorach próżniowych (w których naparowywane są naprzemiennie warstwy szkła o różnych współczynnikach refrakcji).

Proces naparowywania próżniowego warstw antyrefleksyjnych jest procesem skomplikowanym i długotrwałym, co odzwierciedla cena takich elementów. Niestety chęć oferowania takich okien w niższych cenach doprowadziła do pojawienia się na rynku zamienników – wyprodukowanych z tanich materiałów i z warstwami AR wykonanymi w znacznie tańszych i szybszych procesach. Jakość takich szkieł i skuteczność działania ich warstw antyrefleksyjnych pozostawia wiele do życzenia.

W wielu przypadkach warstwy antyrefleksyjne zamienników szkieł są bardzo miękkie i można je porysować nawet przy delikatnym czyszczeniu. Ponadto ich słaba przyczepność do podłoża powoduje złuszczania się warstw AR już przy najmniejszym potarciu.

Ze względu na słabą adhezję również przewodność termiczna takich warstw jest niewielka. Już najdrobniejsze odpryski stopionego materiału, które padają na okno, wtapiają się w warstwy AR. Taki odprysk oświetlony promieniem lasera rozżarza się do czerwoności – szkło okna bowiem w wyniku słabej przewodności warstw antyrefleksyjnych nie jest w stanie odebrać temperatury z odprysku. Prowadzi to do znacznego skrócenia żywotności okna.

Często zdarza się, że oryginalne okno oferowane przez producenta lasera działa nawet 10 razy dłużej niż tani zamiennik. Nawet więc jego zakup zamiennika w bardzo atrakcyjnej cenie nie ma ekonomicznego uzasadnienia.

Trzeba też pamiętać, że niskiej jakości okno może w znacznym stopniu zaburzać proces samego cięcia, nawet jeśli okno nie jest zabrudzone. Jeśli warstwy AR nie są wystarczająco jednorodne, mogą powodować rozpraszanie światła, co prowadzi do silnego nagrzewania się dolnej części głowicy. Również absorpcja światła przez tanie odmiany szkła optycznego powoduje nagrzewanie się środkowej części okna, ponieważ przechodzi przez nie promień lasera.

Nierównomierne nagrzewanie się okna prowadzi m.in. do efektu nazywanego thermal lensingiem. Polega on na powstawaniu gradientu temperaturowego, który prowadzi do zmiany indeksu refrakcji. W takim stanie nawet płaskie szkło zaczyna zachowywać się jak soczewka, przesuwając wysokość punktu skupienia, co zaburza stabilność procesu cięcia. Jeśli tuż po rozpoczęciu cięcia proces przebiega właściwie, ale po chwili jego jakość się pogarsza, oznacza to właśnie powstawanie przesunięcia punktu skupienia (focus shift) – co wskazuje na wystąpienie powyżej opisanego zjawiska.

O tym też trzeba pamiętać

Również sama konieczność częstego czyszczenia lub wymiany szkła może doprowadzić do przedwczesnej awarii głowicy. Każde wyjęcie okna ochronnego stwarza bowiem ryzyko dostania się do wnętrza głowicy niewidocznych zanieczyszczeń z powietrza. Takie zanieczyszczenia w postaci pyłu i kurzu, które osiadają na powierzchniach soczewek pod wpływem światła lasera, wtapiają się w ich powierzchnie. Degradują wówczas ich właściwości i pogarszają jakość cięcia, aż do całkowitego zniszczenia soczewki. Efektem jest konieczność wykonania kosztownej naprawy.

Szkło, z którego wykonane jest okno, musi być także bardzo wytrzymałe. Przy ciśnieniu 20 barów gaz tnący wywołuje bowiem na nie nacisk o wartości nawet 200 kg. W przypadku pęknięcia takiego szkła głowica może zostać zniszczona, ponieważ całe ciśnienie gazu i generowane przez to siły przeniosą się bezpośrednio na soczewki głowicy i mechanizmy wewnętrzne. Często doprowadza to do ich zniszczenia.

Należy też pamiętać, że stosowanie nieodpowiednich okien może prowadzić do wielu innych nieprawidłowości. Problemy z przegrzewaniem się soczewek i konieczność ich częstej wymiany w wielu przypadkach wynikają właśnie ze stosowania niewłaściwych okien. Z powodu światła odbitego od okna może dojść także do przegrzania światłowodu, co również prowadzi do konieczności jego wymiany.

Uważać należy również na okna ochronne z oznaczeniami i logotypami producentów lasera lub głowicy. Coraz częściej bowiem pojawiają się produkty podrabiane, bezprawnie oznaczone znakami firmowymi. Takie działanie wprowadza klienta w błąd co do jakości i właściwości oferowanego okna. 

Może być to podstawą do żądania od dostawcy odszkodowania, jeśli okazałoby się, że awaria lasera była spowodowana niewłaściwym działaniem tego elementu. Najbezpieczniej więc kupować okna ochronne i inne elementy eksploatacyjne bezpośrednio od producenta wycinarki laserowej.

Artykuł ukazał się w czasopiśmie

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę