اكتشف

تقييم أنواع الليزر

تم تطوير أنواع ليزر جوهر السيراميك في سبعينيات القرن الماضي بغرض الاستخدامات التجارية كليزر بأيونات الغاز ومبرد بالماء. وتستخدم أنواع الليزر في فئة جوهر الزجاج تقنيات البناء القديمة بنفخ الزجاج لإيجاد مصادر ليزر غير باهظة التكلفة. وفي المقابل، تعود جذور تقنية الليزر المعدني إلى أعمال التطوير العسكري بموجب عقود مبرمة مع وزارة الدفاع بغرض الاستخدام الأكثر إلحاحًا وحسمًا للمهام العسكرية. وفي أواخر ثمانينيات القرن الماضي، اكتملت البرامج العسكرية. وعلى الرغم من ذلك، استمر تطوير الليزر من فئة جوهر المعدن لجعل أنواع الليزر الأعلى موثوقية وإفادة في المتناول للتطبيقات التجارية والصناعية.

ابتكار مصادر الليزر في شركة ULS

نجحت شركة ULS من خلال استخدام خبرات طويلة على مدار عشرات السنوات في معالجة المواد والعديد من التقنيات الحاصلة على براءات اختراع وملايين ساعات الخدمة والصيانة الميدانية في جميع أنحاء العالم، في تصميم حل عالي القدرات من أجل القطع والحفر والنقش: ألا وهو مصدر ليزر نوع ثاني أكسيد الكربون مضمّن ومبرد بالهواء في فئة جوهر المعدن، مع مرنان لوحي مكرر للأنماط وخالي من الفراغات بالإضافة إلى مصدر طاقة تردد لاسلكي مضمّن. علمًا بأن مزيج التقنيات المشمولة في هذا التصميم لا تجعل مصادر الليزر من شركة ULS صغيرة الحجم وحسب، بل تتيح الفرصة للتشغيل النابض والحقيقي بالموجات المتواصلة (CW). وعلاوة على ذلك، فإن دمج تصميم من الفئة العسكرية مع القدرة الكاملة على إعادة معالجة الليزر تجعل من مصادر الليزر هذه مصادر متينة ومستدامة بلا حدود.

مصادر الليزر من شركة ULS بطاقة تتراوح ما بين 10 إلى 500 وات

وتقوم شركة ULS بتصنيع مصادر ليزر تتراوح ما بين 10 وات وحتى 500 وات في طاقة الخرج بمعدل أطوال موجية عند 10.6 مايكرومتر و9.3 مايكرومتر. تحتوي جميع مصادر الليزر من شركة ULS على تبريد بالهواء مضمّن في جميع نطاق الطاقة الكلي. وتوفر مصادر الليزر العديد من مزايا المعالجة للمستهلك:

• جودة رائعة للقطع والحفر والنقش بالليزر
  تؤدي القدرة الفائقة على تركيز شعاع الليزر إلى نتائج معالجة متسقة بشكل كبير.
• إنتاجية معالجة عالية
  من خلال الاستخدام الأكثر فاعلية لطاقة الليزر، يمكن تحسين إنتاجية نظام الليزر إلى درجة مذهلة.
• تتيح المزايا الأخرى المتعددة من شركة Universal
  تشمل الأمثلة على ذلك كل من تقنية ^™Rapid Reconfiguration والليزر الثنائي و^™SuperSpeed.
• السلامة التشغيلية
  يعمل الألمونيوم الملحوم من الفئة الفضائية، ومصادر الطاقة منخفضة الجهد بالإضافة إلى مزايا السلامة المضمّنة على الحد من فرص التعرض للمخاطر.
• الموثوقية والفائدة العالية
  يعمل تصميم مصادر الطاقة بالإضافة إلى برامج خدمة الليزر الفريد على الحد من فترات تعطل نظام الليزر بشكل كبير.

جودة رائعة للقطع والحفر والنقش بالليزر

توفر مصادر الليزر نوع ثاني أكسيد الكربون المقدمة من شركة ULS أفضل مصادر الليزر المبردة بالهواء من حيث جودة معالجة وأكثرها اتساقًا في الأسواق. ويمكن قياس ذلك من خلال النظر في الجوانب الثلاثة المختلفة لمصدر الليزر: توزيع طاقة الشعاع، وتنوعات الشعاع فوق مجال المعالجة، بالإضافة إلى اتساق الطاقة عبر الوقت.

توزيع طاقة الشعاع

تتمتع مصادر الليزر المقدمة من شركة ULS بتوزيع طاقة على منحني جرس (غاوسية) بمعامل انحراف قيمته 1.1. وهذا النوع من الأشعة مرغوب بشدة لمعالجة المواد بالليزر، حيث يسمح للأجزاء البصرية بتركيز أقصى قدر من الطاقة فوق المادة بأصغر حجم نقطة تركيز بؤري ممكنة. ويقصد بحجم منطقة التركيز الصغيرة أقل حجم شقوق في عمليات القطع بالإضافة إلى دقة أعلى في النقش والتصوير والحفر.

قطاع مستعرض توضيحي لتوزيع طاقة من شعاع منحني جرس (غاوسية) نظيف. سيوفر شعاع منحني جرس (غاوسية) نتائج متسقة بصرف النظر عن اتجاه الانتقال وسيزيد من كثافة طاقة الشعاع عند نقطة التركيز.

تنوعات الأشعة فوق منطقة المعالجة

في نظام تموضع الشعاع على محوري س-ص النموذجي على شكل جسر رافعة الذي تستخدمه شركة ULS والعديد من الشركات المصنعة الأخرى، تتغير المسافة من مصدر الليزر إلى موقع المعالجة مع حركة حامل البصريات الموصل للشعاع جيئة وذهابًا فوق منطقة المعالجة. وللحفاظ على اتساق المعالجة، يجب أن يظل حجم بؤرة التركيز متسقة بشكل معقول عبر منطقة المعالجة بالكامل. وعلى العكس من شركات التصنيع الأخرى، تستخدم مصادر الليزر من شركة ULS مرنان حر الحيز ينتج عنه اتساق في التركيز البؤري فوق منطقة المعالجة بالليزر بالكامل. وهذا يعني أن معالجة المواد بالليزر باستخدام مصادر الليزر من شركة ULS يتميز بخصائص متسقة على مستوى الرؤية والأبعاد بصرف النظر عن المكان الذي تتم فيه المعالجة في المجال.

اتساق الطاقة عبر الوقت

تولّد مصادر الطاقة حملاً حراريًا كبيرًا خلال التشغيل وهو ما يؤدي إلى تغيرات ميكانيكية طفيفة في المرنان البصري وارتفاع درجة حرارة الوسائط النشطة. وقد يؤدي ذلك إلى تغيرات في جودة الشعاع وخرج طاقة الليزر. وتعد الإدارة الحرارية لليزر أساسًا في تحقيق نتائج متسقة عبر نطاق تشغيل حراري واسع. وفي الماضي، كان التبريد بالماء مستخدمًا للتغلب على الحرارة في مصادر الليزر نوع ثاني أكسيد الكربون التي تزيد عن 25 وات. وكانت شركة ULS أول من ابتكر استخدام تبريد الهواء في مصادر الليزر نوع ثاني أكسيد الكربون وهو ما أدى إلى إحداث العديد من التطورات الفنية التي أتاحت المجال للشركة بتقديم أنواع ليزر مبردة بالهواء للأسواق بقوة تصل إلى 500 وات. وكانت شركة ULS من بين أوائل من أدرك ميزات أنواع الليزر المبرد بالهواء في معالجة المواد باستخدام الليزر. حيث يزيل تبريد الهواء الحاجة إلى مبردات الماء الباهظة والتي يصعب الحفاظ عليها إضافة إلى أنه يقلل من تعقيد وتأثير أي نظام لمعالجة المواد بالليزر. وكانت شركة ULS أول شركة مصنعة توفر خطًا إنتاجيًا كاملاً من أنظمة القطع والحفر والنقش بالليزر بطرحها لمصادر الليزر المبرد بالهواء.

كما قامت شركة ULS بتضمين المجموعات التشغيلية الرئيسية لأي مصدر ليزر: وهي المرنان البصري، ووحدة تزويد الطاقة، وحل التغلب على الحرارة في حزمة واحدة مدمجة. إضافة إلى ذلك، حصلت شركة ULS على براءة اختراع لتصميم مرنان يستخدم تكوينًا عالي الكفاءة ومكرر للأنماط ويستخدم الوسائط النشطة بكفاءة. وهذا المستوى العالي من التضمين والكفاءة والتصميم المكون من المعدن بالكامل يتيح إمكانية تبريد المكونات من خلال واحد أو اثنين من وحدات نفخ الهواء عالية الكفاءة وذات السرعات المتغيرة ولها القدرة أيضًا على التغلب على تقلبات الحرارة، بصرف النظر عن استخدام الليزر والظروف المحيطة. ومع تقنيات الليزر الأخرى مثل مصادر الليزر ذات جوهر السيراميك، أصبح التبريد أكثر صعوبة نظرًا لأن موصلية الحرارة في السيراميك أقل منها في المعادن. وهذا يعني أن مصادر الليزر من شركة ULS ستقدم جودة قطع وحفر ونقش بالليزر متسقة عبر مجموعة واسعة من الظروف البيئية للتشغيل من خلال التبريد بالهواء المريح والمجدي من ناحية التكاليف.

إنتاجية أعلى للمعالجة

إن الدور الذي تلعبه مصادر الليزر في مستوى إنتاجية المعالجة يخضع لعوامل الطاقة المتوفرة واستجابة الليزر والإدارة الصحيحة لطاقة الليزر المستخدمة على المادة التي يجري معالجتها.

كما أن الطاقة القصوى المتاحة من بين الاعتبارات الهامة في إنتاجية معالجة المواد بالليزر. فطاقة الليزر الأعلى ليست دائمًا هي الأفضل. حيث تتأثر نتائج معالجة المواد بالليزر بمجموعة معقدة من عدة متغيرات منها أقصى طاقة متاحة، والطول الموجي، ومعدل إيصال الطاقة، وكثافة الطاقة، إلخ. وعلى الرغم من القدرة على تعديل أي ليزر عالي الطاقة لكي يحقق نفس متوسط الطاقة التي يحققها مصدر ليزر منخفض المعدل، إلا أن التفاعل بين الليزر والمادة لن يكون بنفس الدرجة دائمًا. على سبيل المثال، يمكن لمصدر الليزر سعة 10 و50 وات إيصال متوسط طاقة بسعة 10 وات. وبرغم ذلك، يجب تشغيل ليزر سعة 50 وات لمدة 20% من الوقت وإيقافه لمدة 80% الباقية من أجل تحقيق ذلك. وخلال مدة التشغيل بنسبة 20%، يُصدر الليزر ذي قوة 50 وات ما يصل إلى 50 وات من طاقة الليزر القصوى، وليس 10 وات كما هو مبين في الرسم التوضيحي أدناه. وتكون الطاقة الإجمالية الموصلة إلى المادة بنفس القدر في كلتا الحالتين، ولكن في حالة واحدة يتم إيصال الطاقة باستمرار بمستوى طاقة منخفض، وفي الحالة الأخرى تكون الطاقة الموصلة عبارة عن هبّات قصيرة ذات مستويات طاقة أعلى. ويمكن لكل طريقة إيصال للطاقة أن تؤدي إلى نتيجة مختلفة على المادة كما أن اختيار مصدر الليزر لأي استخدام محدد يتوقف على النتيجة المرغوبة. فعلى الإجمال، من الأفضل الحصول على كلا نوعي مصدر الطاقة لتحسين مستوى تفاعل الليزر مع المادة عبر مجموعة واسعة من المواد.

رسم توضيحي يظهر نبضات نفس متوسط الطاقة الناتجة عن مصدر ليزر سعة 10 وات ومصدر ليزر سعة 50 وات. يمثل كل مستطيل نفس مقدار طاقة النبض "E" التي تحدث في نفس المقدار الزمني. وعلى الرغم من أن متوسط الطاقة واحد، إلا أن الطاقة القصوى مختلفة بالنسبة لكل ليزر وهو ما سيغير الطريقة التي تؤثر بها طاقة الليزر على المادة قيد المعالجة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن جميع مصادر الطاقة نوع ثاني أكسيد الكربون تتطلب مدة زمنية صغيرة كي يرتفع خرجها البصري إلى مستوى طاقتها المقننة وللانخفاض إلى خرج الطاقة صفر. كما أن مقدار الوقت اللازم لكي يمر الليزر بهذه الانتقالات يطلق عليه وقت الاستجابة وهو العامل الأكثر حيوية بالنسبة لمدى إنتاجية المعالجة في الاستخدام في مجال التصوير بالمسح الخطي. وتوفر مصادر الليزر ذات القلب المعدني من نوع ثاني أكسيد الكربون أوقات استجابة رائعة متى ما قورنت بتقنية ليزر الأنبوب الزجاجي القديمة. فسوف يكون لليزر الأنبوب الزجاجي النموذجي وقت استجابة أطول كثيرًا من مقابله ذي الجوهر المعدني. ويرجع ذلك في جانب منه إلى تركيب وبنية الليزر وفي جانب منه إلى إلكترونيات التحكم. وهذا من شأنه تقليل إنتاجية التصوير إلى حد كبير في أنظمة الليزر ذات الأنبوب الزجاجي.

وعند تحسين مستوى الإنتاجية بالنسبة لنتائج معالجة المواد بالليزر، فإن وقت الاستجابة من العوامل الهامة، لكنه ليس العامل الوحيد الذي يجب مراعاته. فقد دأبت العديد من شركات تصنيع أنظمة الليزر في الأعوام الأخيرة على تعزيز سرعات حامل البؤرة الخاص بأعمال النقش بالمسح الخطي بما يزيد عن 100 بوصة/ثانية (2.5 متر/ثانية). وتحاول السرعات العالية لحامل البؤرة زيادة الإنتاجية من خلال قوة قسرية، بيد أنه قد يكون للسرعات الأعلى تأثيرًا سلبيًا على الإنتاجية، لا سيما في استخدامات التصوير. والتداخل بين تمريرات المسح الخطي من المعايير الهامة عند التصوير بتقنية المسح الخطي. يؤثر مستوى التداخل على جودة حواف صور المسح الخطي بالإضافة إلى استواء المنطقة المحفورة. وتقلل سرعات المعالجة العالية من كثافة الطاقة المستخدمة على المادة ومن ثم تقلل من عرض المزال من المادة، بما يؤدي في نهاية المطاف إلى تقليل التداخل بين التمريرات. وقد يتطلب هذا النقص في التداخل عند استخدام السرعات العالية من المستخدم تقليل مباعدة السطور (زيادة الخطوط لكل بوصة - LPI) للتعويض وهو ما يقلل من مستوى الإنتاجية.

وعلى الإجمال، فإن وقت استجابة الليزر والتداخل المنخفض في السرعات العالية يشير إلى الحاجة إلى التحوط عند تصميم نظام فعال للقطع والحفر والنقش بالليزر. وتعد الإدارة الصحيحة لطاقة الليزر الأساس في تحسين مستوى الإنتاجية بالنسبة لمعالجة المواد بالليزر. وأي نظام ليزر يتمتع بالمرونة في إدارة طاقة الليزر بطرق عديدة يعطي المستخدمين القدرة الفائقة على تحسين مستوى الإنتاجية لمجموعة واسعة ومتنوعة من المواد والاستخدامات. كما أن مصادر الليزر المقدمة من شركة ULS مصممة لتمكين العديد من تقنيات شركة ULS التي تتيح للمستخدم القدرة على إدارة إيصال طاقة الليزر بطرق فريدة وفعالة.

تمكين إضافة ميزات متعددة من شركة Universal

إن مصادر الليزر من شركة ULS جزء لا يتجزأ من منظومة المنتجات والتكنولوجيا والعمل بالإضافة إلى العديد من الميزات الفريدة من شركة Universal لتوفر الحل الأمثل للمعالجة إلى كل عميل.

إعادة التكوين السريع ^™Rapid Reconfiguration

تمت محاذاة جميع أنظمة الليزر بدقة في المصنع وفقًا لمعيار مرجعي شائع، وهو ما يعطي لأنظمة الليزر من نوع ثاني أكسيد الكربون التي تنتجها شركة ULS توافقًا مع غالبية أنظمة القطع والحفر والنقش بالليزر من شركة ULS. ويمكن إضافة وإزالة مصادر الليزر من النظام في غضون ثوانٍ دون الحاجة لأي أدوات أو تدريب، وذلك باستخدام تقنية مقدمة من شركة ULS وحاصلة على براءة اختراع يطلق عليها Rapid Reconfiguration^™أو إعادة التكوين السريعة، وهي ميزة أخرى تحسّن بشكل كبير من مرونة المعالجة والإنتاجية. كما أن العديد من تطبيقات القطع والحفر والنقش بالليزر حساسة لكثافة طاقة الليزر وطولها الموجي. وتتيح تقنية إعادة التكوين السريعة القدرة على إعادة تكوين طاقة الليزر الإجمالية والطول الموجي بسهولة وهو ما يمنح المستخدم مرونة فائقة في تحسين تكوين نظام الليزر إلى المستوى الأمثل لتلبية مجموعة واسعة ومتنوعة من احتياجات معالجة المواد.

تكوين الليزر المزدوج

وعلى النقيض من مصادر الليزر السيراميك أو ذات الأنبوب الزجاجي، فإن مصادر الليزر نوع ثاني أكسيد الكربون ذات جوهر المعدن المقدمة من شركة ULS مستقطبة خطيًا، الأمر الذي يسمح لأنظمة معالجة الليزر من ULS استخدام أكثر من ليزر واحد في المرة الواحد على نفس النظام. ولمصادر الليزر المتعددة العديد من المزايا التي تعود على المستخدم: حيث إن لها القدرة على زيادة الطاقة الإجمالية للنظام، وهو ما يؤدي إلى زيادة إنتاجية المعالجة عند الحاجة لذلك، كما أنها قادرة على جعل الأنظمة أكثر مرونة وقدرة على معالجة مجموعة كبيرة من المواد المختلفة من خلال استخدام مصدر ليزر واحد أو كليهما استنادًا إلى متطلبات الطاقة القصوى ومتوسط الطاقة للعملية قيد التنفيذ. كما أن لتقنية تكوين الليزر الثنائي أيضًا القدرة على استخدام العديد من مصادر الأطوال الموجية من أجل زيادة أكبر في مرونة المعالجة. تعرض بعض المواد تفاعلات غير متناسقة مع الضوء المستقطب، وهو ما قد لا يكون مرغوبًا في بعض الحالات. ومن خلال دمج شعاعين مستقطبين خطيًا عند 90 درجة بالنسبة لبعضهما الآخر، يتم التخلص من أي عدم اتساق في المعالجة بسبب الاستقطاب، بما يؤدي إلى قطع وحفر ونقش متسقين بصرف النظر عن اتجاه الحركة. ولا تتوفر تقنية التكوين الثنائي لليزر إلا من شركة ULS وحدها.

تقنية ^™ SuperSpeed

يتيح الاستقطاب الخطي أيضًا القدرة على استخدام تقنية ^™SuperSpeed، وهي تقنية أخرى فريدة من شركة Universal والتي يمكنها تحقيق أكثر من ضعف إنتاجية المعالجة خلال أعمال النقش والحفر بنظام المسح الخطي.

تكامل النظام وقاعدة بيانات المواد الذكية

إن أنظمة الليزر ومصادر الليزر على اتصال دائم بما يضمن سلامة تشغيل النظام والمعالجة والأمان. حيث يقرأ نظام الليزر الطاقة المقننة والطول الموجي لكل مصدر ليزر مركّب، بما يسمح لقاعدة بيانات المواد حساب المعلمات الأمثل للمعالجة بشكل تلقائي. كما يتم تضمين مصادر الليزر بإحكام في أقفال السلامة بالنظام. ففي حالة فتح باب أو لوحة دخول، ستُوقف مصادر بث الليزر عن العمل على الفور، مما يؤدي إلى الحفاظ على سلامة المستخدم والنظام. كما تحتوي مصادر الليزر على حزمة معلومات تشخيصية قد تكون مفيدة في حالة تعرض مصدر الليزر للعبث أو التعطل أو كانت بحاجة إلى صيانة.

السلامة التشغيلية

يحتوي كل من مصدر الليزر السيراميك والزجاج على عناصر تركيبية هشة قد تتلف بسهولة إذا ما تعرضت لأي نوع من الصدمة. وعلى النقيض تمامًا من ذلك، فإن أنواع الليزر ذات الجوهر المعدني من ULS مبنية من الألمونيوم من الفئة المستخدمة في صناعة الطائرات والملحوم آليًا، ما يجعلها أجهزة قوية للغاية. فيمكن نقلها وتركيبها وشحنها وتخزينها بسهولة دون خشية التعرض للضرر.

كما أن التصميم المكتنز الذي تتمتع به مصادر الليزر من شركة ULS يجعلها أكثر سهولة في التناول: بدون الحاجة لإدارة أنابيب ماء أو مبردات أو أسلاك جهد عالي أو وحدات توريد طاقة تردد لاسلكي بعيد. تمثل المياه والإلكترونيات ذات الجهد العالي دائمًا خطرًا على السلامة عندما لا يعمل أي من النظامين بشكل صحيح، على سبيل المثال في حالة تسرب المياه. وتحتوي إمدادات الطاقة لليزر الأنبوب الزجاجي على مستويات جهد تشغيلية تزيد عن 25,000 فولت ويتم توصيلها دائمًا عن بعد بمصدر الطاقة من خلال كابلات وموصلات عالية الجهد، مما يعرض لخطر الصدمة الكهربائية القاتلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إمدادات الطاقة المستخدمة لإمداد مصادر الليزر في أنبوب زجاجي تعمل في نطاق تيار كهربي (30 إلى 150 مللي أمبير) وهو نطاق يمثل خطورة خاصة على قلب الإنسان حيث يسبب إزالة الخفقان والموت. وهذه التقنية بحاجة لهذه المستويات العالية من الجهد من أجل تأيين الغازات داخل أنبوب الليزر. وعلى النقيض، فإن مصادر الليزر بالتردد اللاسلكي كتلك التي توفرها شركة ULS، مختلفة تمامًا، ولا تستخدم مستويات جهد عالية ومن ثم فإنها أكثر أمانًا بالأساس.

كما تتمتع مصادر الليزر المقدمة من شركة ULS بالعديد من المزايا المضمنة بها والتي تقلل من مشكلات السلامة قبل أن تتسبب في ضرر للنظام أو المنشأة أو الأفراد. حيث يوجد داخل كل مصدر ليزر مستشعران لارتفاع وانخفاض درجة الحرارة وهما مصممان لوقف التشغيل في حالة مخالفة أية حالة، الأمر الذي يطيل من عمر الليزر. كما أن مصادر الليزر موصلة بدارات صلبة داخل نظام أقفال الأمان لوقف المعالجة في حالة فتح أي باب أو فتح لوحة الوصول. وهذا من شأنه زيادة الأمان بالنسبة للمستهلك

الموثوقية وطول مدة الخدمة

تتمتع مصادر الليزر من شركة ULS بسجل حافل ورائع من طول عمر التشغيل. فقد أنتجت شركة ULS عشرات الآلاف من أنظمة الليزر بالجوهر المعدني نوع ثاني أكسيد الكربون منذ 1997، والعديد من هذه الأنظمة لا يزال في الخدمة بعد مرور عقد من التشغيل. وعلاوة على ذلك، فإن التركيب المعدني يتيح لأنظمة الليزر سهولة الصيانة وإعادة الشحن وإعادة الاستخدام لفترات زمنية غير محددة، وهي ميزة غير متاحة مع مصادر الليزر السيراميك أو الزجاج حيث إنها تتعرض في الغالب للالتصاق أو الانصهار معًا عند تصنيعها ولا يمكن فصلها.

فعندما يكون هناك مصدر ليزر بحاجة لإعادة شحن، فمن الجدير الإشارة إلى أن شركة ULS لديها أيضًا برنامج مبادلة فريد من نوعه في هذا المجال. فبدلاً من تجديد واستبدال ليزر المستخدم وما يترتب على ذلك من تعطل كبير للعمل، تشحن شركة ULS سريعًا مصدر طاقة بديل إلى المستهلك من أجل استبداله. وبمجرد وصول مصدر الليزر البديل، يستغرق تركيبه ثوانٍ فقط ويتم إرسال الليزر القديم إلى شركة ULS بما يمنع أي تعطل لعمل المستهلك. وفي العادة يتم إعادة الليزر البديل المستبدل مرة أخرى إلى المستهلك في غضون 24 ساعة من طلب الخدمة.