Ich spreche von Laserdioden zum Gravieren / Schneiden von CNC. Soweit ich weiß, werden LED- oder Laserdioden häufig von Impulssignalen angesteuert, um ihre Leistung zu verbessern.
Bitte beachten Sie, dass ich nicht über die PWM-Modulation spreche, die verwendet wird, um einen gleichmäßigen Intensitätsbereich zu erzeugen. Ich beziehe mich auf den Low-Level-Treiber der Diode selbst.
Nun, auch dies ist eine Art PWM, jedoch mit einem sehr kurzen Impuls (normalerweise ein Dutzend ns), gefolgt von einer Erholungszeit (viel länger), damit sich der Übergang abkühlen kann und für den nächsten Impuls bereit ist.
Was ich hier frage, ist der Vorteil in einer praktischen Anwendung wie Gravieren oder Schneiden. Betrachten wir einen realen Fall, zwei verschiedene Produkte:
Produkt A: 6-W-Laserdiode, die mit konstantem Strom betrieben wird
Produkt B: 15 W Laserdiode, gepulst angesteuert, aber mit einer mittleren Leistung von 6 W
Warum sollte ich B bevorzugen?
Hier meine Gedanken: Wenn ich etwas schneiden möchte, muss ich die Oberfläche des Materials lange genug brennen, um ein Loch zu erzeugen. Dann kann ich ein bisschen vorrücken und ein weiteres Loch brennen und so weiter, bis ich einen Graben habe. Wenn meine Schnitttiefe kleiner als die Lagerhöhe ist, muss ich mehrere Durchgänge machen.
Nehmen wir an, das Produkt A erzeugt bei einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit einen Graben mit einer Tiefe von 0,3 mm. Produkt B würde einen tieferen Graben erzeugen (aufgrund der höheren angelegten Leistung), aber aufgrund der Erholungszeit muss ich die Vorschubgeschwindigkeit verringern. Da die mittlere Leistung identisch ist, wäre die Schnittzeit gleich (dh halbe Durchgänge bei halber Geschwindigkeit).
Ich bin mir ziemlich sicher, dass meine Meinung falsch ist . Würden Sie mir bitte helfen, die Vorteile einer solchen Anwendung von pulsgetriebenen Laserdioden zu verstehen?
Es gibt wirklich ein paar verschiedene Klassen von Lasern, die dafür wichtig sind:
Für die meisten Dinge sind die ersten beiden sehr wichtig, wobei der Q-Switched-Job derjenige ist, der sich anders verhält. Zum Beispiel ist Kupfer mit einem CW-Laser schlecht zu schneiden, weil es so schrecklich wärmeleitend ist, AQ-Switched-Job, weil die Pulse so kurz sind, aber mit enormer Leistung viel besser auskommen.
Der Bär bei gütegeschalteten Lasern (abgesehen von der sehr viel erhöhten Augengefahr) besteht darin, dass die Impulse dazu neigen, die Beschichtungen auf Ihrer optischen Kette zu verbrennen.
Nur einige Lasertechnologien schalten auf sinnvolle Weise Q-Schalter, normalerweise YAG- und einige Faserlaser.
B ist schlimmer. Die Effizienz ist nicht nur geringer, es gibt auch keinen Verbrennungsvorteil, wenn die mittlere Leistung gleich ist.
Aus meiner Erfahrung mit Power Blue Lasern zum Schneiden und Brennen von Druck auf Holz kommt es auf die durchschnittliche Leistung an, dh gemittelt über die Reaktionszeit des Materials.
Die meisten Materialien sind passiv, aber nichtlinear, da sie beim Karbonisieren mehr optische Leistung absorbieren und den Temperaturanstieg an dieser Schwelle beschleunigen.
Ein aktives Material, das ich in Betracht ziehen würde, ist ein Material, bei dem die chemische Reaktion der Photoenergie eine sofortige Ionisierung und eine spontane molekulare Reaktion schneller auslöst als das Zeitintervall der Impulsperiode. Dies setzt eine lineare Absorption voraus, bis die blaue Absorption ansteigt und dann eine hypothetische spontane Reaktion (Fusion) auslöst.
Von den Phenol-, Epoxid-, Metall- und Zellulosematerialien, die ich bisher verwendet habe, zeigte keines die letztere Schmelzeigenschaft und alle ähnelten ungefähr der ersteren Eigenschaft. Wenn Sie vorhaben, einen Fusionsreaktor zu bauen, lassen Sie es mich wissen. ;)
Das bedeutet, dass nicht die Spitzenenergie den schnelleren Temperaturanstieg auslöst, sondern die Zeitdauer. dynamische Absorptionsrate und durchschnittliche Leistungsdichte (optimaler Fokus).
Darüber hinaus nimmt die Effizienz von Power-LEDs und Laser-LEDs mit steigendem Strom über dem Laserstrom durch I²ESR-Verluste und steigende Temperatur kontinuierlich ab. Obwohl ein gut gestaltetes Substrat für die Wärmeübertragung einen ziemlich flachen Wirkungsgrad bis zu 50 % der Nennleistung unterstützt, nimmt er darüber messbar ab.
Ich denke, Ihre einzige Hoffnung besteht darin, eine Stickstoff- oder Flüssigkeitskühlung mit geschlossenem Kreislauf zu entwickeln, wie sie bei übertakteten CPUs verwendet wird, wenn Sie die Laser-LEDs übersteuern oder in eine überlegene Optik investieren möchten, um den Strahl auf einen kleineren Punkt zu fokussieren, der der Stabilität der Z-Achse entspricht.
Auch führt die Linsenaberration dazu, dass die optische Laserdichte durch die teure Präzisionsglasoptik, die bei Gaslaserschneidern verwendet wird, erheblich reduziert wird.
Ich stellte fest, dass der Laserdruck auf Holz im Vergleich zu einem Tintenstrahldrucker aufgrund der thermischen Reaktionszeit beim Erhöhen der Temperatur auf Karbonisierungsniveaus extrem langsam war. Ich habe versucht, Gantry-Geschwindigkeiten, gepulsten Überstrom und verschiedene PWM-Pegel zu ändern, und nichts funktionierte schneller als kontinuierliche volle Nennleistung bei konstanter Bodenplattentemperatur mit Zwangsluftkühlung.
Ich erinnere mich, dass ich während meiner Arbeit bei Bristol Aerospace Ende der 70er Jahre die Leistungsaufnahme für das Zirk-Monel-Stahl-Diffusionsbonden instrumentiert habe, und selbst bei einer verfügbaren Leistung von 100 kW an der Oberfläche war die beste Lösung eine kontinuierliche Leistung, die die Zufuhrrate, die Kühlrate und die Leistungspegel steuerte. Obwohl hier die Plasmaionisation ziemlich heiß war und wahrscheinlich resonierte, war dies kein Laser, sondern 1 ~ 5 V AC bei sehr hohen Strömen. Es gab signifikante Funken optischer IR-, UV- und Röntgenstrahlenemissionen durch gesputterte Diffusion von 3 Oberflächen zwischen den riesigen massiven Kupferrollenkontakten, also könnte man sagen, dass es durch Kontaktgeräusche und Hochdruckgasemissionen gepulst wurde, aber dies war ein Beispiel für Schmelzschweißen oder Diffusionsverklebung, wenn es richtig gemacht wird.
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