首先我們可以先對鐳射的分類進行一個系統的瞭解,目前鐳射總的來說分成三大類,1. 固體鐳射。 2. 氣體鐳射。 3. 半導體鐳射。不同的鐳射型別對應著不同波長, 固體鐳射以Nd:YAG為例波長為1.06um。而你說的CO2鐳射波長是10.6um,這並不是我們選擇的,是二氧化碳波長本身就是這個引數。 二極體鐳射波長為1um左右。
選擇哪種鐳射要從光束質量,加工功率,傳輸條件,加工材料,能量損耗以及成本等方面綜合考慮。
在3D列印中鐳射的應用,我們以Selektive Laser Schmelzen(SLM)為例說明, 也就是選擇性鐳射熔融(Selective Laser Melting)。這個工藝對光束本身的質量和聚焦性要求很高,那麼二極體鐳射就用得少,因為光束質量的問題它的聚焦性不如前面兩種,所以它在工業方面的應用主要是鐳射硬化,鍍層等非精細加工,這與我們的主題3D列印無關。
一般情況下SLS可以使用固體鐳射或者CO2鐳射, 但是他們兩者又有顯著的區別。題主已經提到了波長這個問題,那麼我們首先可以從波長上解釋。對於金屬材料,波長越短的鐳射能量的吸收率越大,而波長越長,反射率越大,陶瓷等材料則相反。所以理論上短波的固體鐳射適用於加工金屬材料,而長波的CO2鐳射適用於加工陶瓷材料。
除了波長以外,鐳射的傳輸在工藝上也是一個不可小覷的因素,固體鐳射可以透過光纖傳輸,不僅靈活而且能量損耗小。但是CO2鐳射則不行,為什麼呢?還是因為波長,前面已經說過了,波長長的鐳射在陶瓷中的吸收率大,而光纖的成分是什麼?玻璃呀!在傳輸過程中能量就被吸收了,那最後就沒剩多少了,損失太大,那CO2鐳射用什麼傳播?答案是--銅鏡。 沒錯,就是利用鏡子的反射作用,至於為什麼是銅鏡,因為Cu的導熱性好,不會因為發熱而導致“熱透鏡”效應,但是鏡子跟光纖相比,質量,體積,靈活度大打則扣,而且最後還會導致偏角產生問題,在大面積鐳射切割過程中要一次次調整鐳射的偏角,所以大面積鐳射切割時儘可能選擇固體鐳射。
既然CO2鐳射有那麼多缺點,但是為什麼還是頻頻活躍在市場中?
這裡我要解釋下,儘管它缺點多,但是有一個絕對的優勢,那就是在功率高,散熱好。熱的傳導有兩種方式,擴散和對流,固體鐳射只能透過擴散,外層擴散快,可裡面的熱要出來就相對就難了,如果內部溫度過高,不僅僅光束本身的質量,就連鐳射器的壽命都會降低。而氣體可以透過直接對流的方式,散熱比固體快得多,所以在SLM中,很高功率下,還是會選擇氣體鐳射。當然現在很多研發人員對固體鐳射的散熱做了很多改進,包括改變固體形狀,增大散熱面等方式,使得固體鐳射也能用於高功率下,但是考慮到成本等綜合因素,CO2鐳射還是會被首先考慮。
總的來說,隨著其他鐳射的不斷完善,CO2鐳射已遠不如曾經那麼輝煌,因為其根本問題無法解決,而在大市場下,優勝劣汰永遠是王道。
首先我們可以先對鐳射的分類進行一個系統的瞭解,目前鐳射總的來說分成三大類,1. 固體鐳射。 2. 氣體鐳射。 3. 半導體鐳射。不同的鐳射型別對應著不同波長, 固體鐳射以Nd:YAG為例波長為1.06um。而你說的CO2鐳射波長是10.6um,這並不是我們選擇的,是二氧化碳波長本身就是這個引數。 二極體鐳射波長為1um左右。
選擇哪種鐳射要從光束質量,加工功率,傳輸條件,加工材料,能量損耗以及成本等方面綜合考慮。
在3D列印中鐳射的應用,我們以Selektive Laser Schmelzen(SLM)為例說明, 也就是選擇性鐳射熔融(Selective Laser Melting)。這個工藝對光束本身的質量和聚焦性要求很高,那麼二極體鐳射就用得少,因為光束質量的問題它的聚焦性不如前面兩種,所以它在工業方面的應用主要是鐳射硬化,鍍層等非精細加工,這與我們的主題3D列印無關。
一般情況下SLS可以使用固體鐳射或者CO2鐳射, 但是他們兩者又有顯著的區別。題主已經提到了波長這個問題,那麼我們首先可以從波長上解釋。對於金屬材料,波長越短的鐳射能量的吸收率越大,而波長越長,反射率越大,陶瓷等材料則相反。所以理論上短波的固體鐳射適用於加工金屬材料,而長波的CO2鐳射適用於加工陶瓷材料。
除了波長以外,鐳射的傳輸在工藝上也是一個不可小覷的因素,固體鐳射可以透過光纖傳輸,不僅靈活而且能量損耗小。但是CO2鐳射則不行,為什麼呢?還是因為波長,前面已經說過了,波長長的鐳射在陶瓷中的吸收率大,而光纖的成分是什麼?玻璃呀!在傳輸過程中能量就被吸收了,那最後就沒剩多少了,損失太大,那CO2鐳射用什麼傳播?答案是--銅鏡。 沒錯,就是利用鏡子的反射作用,至於為什麼是銅鏡,因為Cu的導熱性好,不會因為發熱而導致“熱透鏡”效應,但是鏡子跟光纖相比,質量,體積,靈活度大打則扣,而且最後還會導致偏角產生問題,在大面積鐳射切割過程中要一次次調整鐳射的偏角,所以大面積鐳射切割時儘可能選擇固體鐳射。
既然CO2鐳射有那麼多缺點,但是為什麼還是頻頻活躍在市場中?
這裡我要解釋下,儘管它缺點多,但是有一個絕對的優勢,那就是在功率高,散熱好。熱的傳導有兩種方式,擴散和對流,固體鐳射只能透過擴散,外層擴散快,可裡面的熱要出來就相對就難了,如果內部溫度過高,不僅僅光束本身的質量,就連鐳射器的壽命都會降低。而氣體可以透過直接對流的方式,散熱比固體快得多,所以在SLM中,很高功率下,還是會選擇氣體鐳射。當然現在很多研發人員對固體鐳射的散熱做了很多改進,包括改變固體形狀,增大散熱面等方式,使得固體鐳射也能用於高功率下,但是考慮到成本等綜合因素,CO2鐳射還是會被首先考慮。
總的來說,隨著其他鐳射的不斷完善,CO2鐳射已遠不如曾經那麼輝煌,因為其根本問題無法解決,而在大市場下,優勝劣汰永遠是王道。