レーザー加工用光学システムソリューション

レーザー加工用光学システムソリューション
の決定レーザー加工光学システムのソリューションは、具体的なアプリケーションシナリオによって異なります。シナリオが異なれば、光学システムのソリューションも異なります。特定のアプリケーションには、個別の分析が必要です。光学システムを図1に示します。

思考の道筋は次のとおりです。具体的なプロセス目標 –レーザ特性 – 光学系設計 – 最終目標の実現。以下に、いくつかの異なる応用分野を示します。
1. 精密マイクロ加工分野（マーキング、エッチング、穴あけ、精密切断など） 精密マイクロ加工分野における一般的な典型的なプロセスは、携帯電話のロゴマーキング、医療用ステント、ガス燃料噴射ノズルのマイクロホールなど、金属、セラミック、ガラスなどの材料に対するマイクロメートル単位の加工です。加工プロセスの中核となる要件は、まず、極めて小さな集光スポット、極めて高いエネルギー密度、最小の熱影響領域などを満たす必要があります。上記の用途と要件に対して、選択と設計は、レーザー光源そして、その他の構成要素も実行されます。
a. レーザーの選択：好ましい紫外線／緑色固体レーザー（ナノ秒）または超高速レーザー（ピコ秒、フェムト秒）は、主に2つの理由から選ばれます。1つは、波長が集光スポットに比例するため、一般的に短い波長が選択されることです。もう1つは、ピコ秒／フェムト秒パルスは「低温処理」特性を持ち、熱拡散前にエネルギー処理が完了し、低温処理が実現されることです。一般的に、ビーム品質係数M2が1.1未満で、優れたビーム品質を持つ、空間光出力のレーザー光源が選択されます。
b. ビーム拡張システムとコリメートシステムは通常、可変倍率のビーム拡張レンズ（2倍～5倍）を使用し、ビーム径を可能な限り大きくするように設計されている。ビーム径は集光スポットに反比例するため、一般的にはガリレオ式ビーム拡張方式が用いられる。
c. フォーカスシステムは通常、高性能F-θレンズ（スキャン用）またはテレセントリックフォーカスレンズを使用します。焦点距離は集光スポットに比例し、一般的に焦点距離の短いフィールドレンズ（f = 50mm、100mmなど）が使用されます。図1に示すように、一般的にフィールドレンズは多要素レンズ群（レンズ数 ≥ 3）を使用し、広い視野、大きな開口、および低い収差指標を実現できます。ここで使用する光学レンズはすべて、レーザーの損傷閾値を考慮する必要があります。
d. 同軸監視光学システム：光学システムでは、通常、処理プロセスの正確な位置決めとリアルタイム監視のために、同軸ビジョン（CMOS）システムが統合されています。
2．マクロ材料加工　マクロ材料加工の典型的な応用例としては、自動車用板材の切断、船舶用鋼板の溶接、バッテリーケースの溶接などが挙げられます。これらの加工には、高出力、高い貫通力、高効率、そして加工安定性が求められます。
3. レーザー積層造形（3Dプリンティング）およびクラッディング レーザー積層造形（3Dプリンティング）およびクラッディングの用途には、通常、航空宇宙複合金属印刷、エンジンブレード修理などの典型的なプロセスが含まれます。
主要構成要素の選定は以下のとおりです。
a. レーザーの選択: 一般的に、高出力ファイバーレーザー通常500Wを超える出力を持つものが選ばれる。
b. ビーム整形：この光学系はフラットトップの光を出力する必要があるため、ビーム整形がコア技術であり、回折光学素子を使用して実現できます。
c. フォーカスシステム：ミラーとダイナミックフォーカスは、3Dプリンティング分野における基本的な要件です。同時に、スキャンレンズは、エッジとセンターの処理の一貫性を確保するために、物体側テレセントリック設計を採用する必要があります。