מידעהצהרת נגישות
תצוגת צבעים באתר(* פועל בדפדפנים מתקדמים מסוג Chrome ו- Firefox)תצוגה רגילהמותאם לעיוורי צבעיםמותאם לכבדי ראייה
סגירה
  • הצהרת נגישות

RF טכנולוגיה מתקדמת בחיתוך בקרן לייזר

לחברה לעיבוד פח המשתמשת או המתכוונת להשתמש במערכת לחיתוך בקרן לייזר תעשייתי בפרט
ומכונות ממוחשבות בכלל אין דבר היותר חשוב מהיות הציוד מין , יצרני ומעל לכל כלכלי. שימוש בציוד העונה על הקריטריונים הנ"ל יכניס את החברה למסלול של יעילות הציוד רווחיות וחסכון ניכר בהוצאות אחזקה .
הקדמה זו נכונה בעיקר למערכות לחיתוך בלייזר CO2, רוב מחוללי קרן לייזר המיוצרים לתעשייה בעולם הנם מחוללי קרן הלייזר בטכנולוגיית ה- Radio Frequency) RF) .
כיום ניתן לייצר מחללי קרן לייזר בעוצמות גבוהות מאוד בטכנולוגיית ה- RF מה שלא ניתן להגיד על מחולל קרן הלייזר בשיטות האחרות. המחוללים עצמם מיוצרים בעצמה של KW20 - KW 1.8 .

Direct Current) - DC) ו- Radio Frequency) RF) שונים זה מזה מבחינה טכנולוגית כפי שניתן לראות בסכמה משמאל.
האנודה והקתודה ממוקמות בתוך הצינורות זכוכית שדרכם זורם גז הלייזר במחוללי קרן לייזר מדגם DC (ראה סכמה) לעומת זה במחולל קרן לייזר מדגם RF האנודה והקתודה ממוקמים מחוץ לצינורות שדרכם זורם הגז , הבדל קריטי זה הנו אחד מסדרת הבדלים שעושים את ההבדל בין RFל-DC .

מתח של DC של עד v-24,000 עובר בין האנודה והקתודה הגז שזורם בין השדה של המתח שנוצר גורם לפליטה של קרן הלייזר. 
מחולל קרן לייזר בשיטת ה- DC (עם מיקום של אנודה וקתודה במסלול זרימת גז הלייזר בתוך ה-שפורפרות) סובל מהחסרונות הבאים:

  • כתוצאה מהשדה החשמלי המרוכז בקצה האנודה וכן כתוצאה מהחום הגבוה שנוצר בתוך ה -שפורפרות ישנה פליטה של חלקיקים קטנים מהאנודה והקתודה חלקיקים אלה נפלטים למסלול זרימת הגז וגורמים לזיהום תמידי של גז הלייזר.

  • אותם חלקיקים שנפלטים מהאנודה והקתודה כתוצאה מבעירה קבועה של האלקטרודה גורמים גם לזיהום האופטיקה בתוך מחולל קרן הלייזר. זיהום זה גורם לירידה ממושכת בעוצמה של הלייזר וגם להתדרדרות באיכות הקרן. עם הזמן נגרמת סטייה חדה בין תקופות השירות שלהן נזקקת המכונה בתחילת השימוש במכונה בהשוואה לתקופה מאוחרת יותר.

  • המראות בתוך מחולל קרן הלייזר חייבות לעבר טיפול ניקיון קבוע כדי למנוע הפסדי עצמה וכן למנוע או (Mode,Symmetry,Focusability,Power Density Distribution) הקרן איכות של התנוונות של ביצועי המכונה. בגלל תהליך הניקוי המכני יש להחליף את המראות לאחר מספר פעולות ניקוי.

  • כתוצאה משרפת פני השטח של האנודה יש לבצע ניקיון שלה ואף החלפתה באופן תדיר ע"מ שהלקוח יוכל לשמר את ביצועי המכונה.

  • את השפורפרות חייבים להחליף ככל שרמת הזיהום (כתוצאה משרפת קצה האנודה) בתוכם גדלה.

  • עקב כך רמת האחזקה (המיותרת) בתוך מחולל קרן הלייזר גורמת להוצאות כספים על חלקי חילוף ועלויות שירות ובמיוחד לזמן השבתת מכונה לצורך הטיפולים המוזכרים לעיל.

  • מכוון שכתוצאה מהשימוש במחולל קרן לייזר מדגם: DC נדרשת פעולת אחזקה רציפה בתוך המחולל ואז קיים תמיד הסיכוי לפגיעה בכיול של המערכת האופטית בתוך מחולל קרן הלייזר וכתוצאה מכך פגיעה בקרן הלייזר. נוסף על כך ישנה סכנה לפגיעה באטמים (שפורפרות קוורץ) וכתוצאה מכך ישנה אפשרות של השבתת מכונה בגלל בעיות של וואקום בתוך מחולל קרן הלייזר, נוסף על כך אם פעולות האחזקה מבוצעות ע"י העובד עצמו או ע"י טכנאי לא מוסמך (בגלל הרצון לחסוך בכסף) ישנה אפשרות של פגיעה בשפורפרות שהנן חלק יקר מאוד.

דבר נוסף הקשור לטכנולוגיית ה - DC מתייחס לנושא יציבות הפרמטרים של ההפעלה, המתח הגבוה בין אלקטרודות ה - DC יכול להיות תלוי בעד כמה האוויר מסביב מלוכלך שיכול לגרום לדליפת זרם או ניצוץ יתר על המידה מהאנודה למחולל קרן הלייזר או לחלקים מחוץ לצינור הפליטה. סכנה זו גורמת למחוללי קרן לייזר מדגם DC להיות רגיש לכשל ואף מקטינה את אמינותם.
בעבודה ב- Pulsed Mode , במחולל מדגם DC ניתן לראות כי ישנה נטייה חזקה להיווצרות חוט להט בצורת קשת בין האלקטרודות וזרימת החשמל באופן מלא עוברת דרך הצורה הקשתית שהתקבלה. 

מבנה זה של שדה חשמלי בעבודה עם Pulsed Mode משמשת לדוגמא בריתוך- TIG Pulse כדי להשיג תפר צר ככל שניתן. מבנה קשתי כזה נוצר בריתוך בין האלקטרודה והעובד. במקרה של עבודה ב- Pulsed DC מבנה זה מגדיל באופן דרסטי את השחיקה לא רק בקצה האנודה אלה גם באזור ה-שפורפרות באזור של טבעת הקתודה. באותו זמן נגרמת אי יציבות גם בהספק וגם בהתפלגות צפיפות ההספק ( Mode ) וגם סטייה אופיינית בקרן.

איכות עיבוד לא יציבה הנה תוצאה ישירה של עיבוד ב-Pulsed DC .
עירור קרן לייזר באמצעות תדר רדיו Radio Frequency) RF)
בשיטת RF לעירור קרן הלייזר, האנודה והקתודה אינם ממוקמים עוד בתוך ה-שפורפרות (במסלול זרימת הגז) ולכן אין מגע בין הגז לבין האנודה והקטודה.ניתן לראות בסכמה מספר 1 למעלה.
כתוצאה מכך המרחק בין שני אלקטרודות ה- RF הוא בערך %90 נמוך בהשוואה למרחק שקיים במחולל מקביל (לייזר co2) , זה אומר כי במחוללי RF דרוש מתח הנמוך ב- %90 בין שני האלקטרודות מאשר במחולל מסוג DC .
כמו כן לשני האלקטרודות במחולל RF יש פני שטח זהים וגדולים , האנרגיה החשמלית מתפזרת על שטח אלקטרודה גדול יותר. התוצאה: עוצמת שדה חשמלי או צפיפות זרם אחידה בשטח הפנים של אלקטרודות ה-RF בכל עקומות ההספק של הלייזר הקטן פי כמה בהתאמה לערכים הקיימים במחולל קרן לייזר מסוג DC .
לכן עירור בשיטת ה- RF מקנה יתרונות רבים לעומת המחולל בשיטת ה-DC. 
מכוון שאין כל בעירה של אלקטרודה בתוך השפורפרות , אזי אין זיהומים של ה-שפורפרות או האופטיקה. פרמטר זה חשוב כאשר נבדקת אמינות וחיי שירות של המחולל.
דהיינו עבודה עם מחולל לאורךשנים ללא כל טיפול במראות בשפורפרות.
כתוצאה משימוש במחולל משיטת ה- RF ניתן למנוע את הפגמים הבאים:
- ניקוי של המראת במחולל קרן הלייזר והחלפת האלקטרודות או השפורפרות אינו נדרש בתדירות גבוהה.
- מינימום זמני תקלה ותחזוקה של המחולל.
- מחולל קרן לייזר יציב מאוד לאורך זמן בין תקופות השירות הקבועות מראש יש לבדוק את יחידת הקירור ויחידת השימון המרכזית היחידות המייצרות את העצמה ועקומת ההספק(Mode ) אינה סובלת משינויים התלויים בטכנולוגיה.

הודות לשימוש במתח נמוך בהרבה וצורת ההפעלה החשמלית של הלייזר (RF פועל בטווח תדרי ה- MHZ ) אין סכנה או חשש לכשל הנגרמים כתוצאה מניצוץ חשמלי או זליגת יתר הנגרמת מהמתח הגבוה בהרבה הנמצא במחולל מסוג DC.

הרכבת האלקטרודות בציר ניצב לציר כיוון קרן הלייזר ולכיוון זרימת הגז מבטיח צורת התפלגות עקומת הספק סלקטיבית בקרן הלייזר וקרן לייזר שמאופיינת כך יכולה להיות יותר מותאמת לדרישות המכונה.

בטכנולוגיית ה- RF מחולל קרן הלייזר ועקומת ההספק ( Mode ) יציבים גם בעבודה עם Pulse ניתן לראות זאת בסכמה מספר 3 השוואת הסכמה הנ"ל לסכמה מספר 2 של DC מראה את ההבדלים ביציבות.

השפעת טכנולוגיית יצירת הקרן על ביצועי המכונה:
למשתמש הסופי ישנם מספר דרישות ביצועיות מהמכונה:
השגת איכות חיתוך מיטבית בעלות ייצור נמוכה.
מכונה אשר לא דורשת רמת מפעיל גבוהה מאוד.
פרמטרים אלה חשובים לרוכשים ציוד מעין זה שכן לפרמטרים הללו ישנה השפעה על איכות התוצרת וכן על העליות הסופיות של תפעול מכונה.
בשימוש במחולל מדגם RF הפרמטרים הנם סטנדרטים מהיצרן לכל חומר המותאם למכונה. במידה והחומר אינו תואם את הגדרות היצרן יש להתאים פרמטרים חדשים עבור חומר ספציפי זה.
במכונת לייזר עם מחולל מסוג DC המפעיל צריך להיות בעל ניסיון רב ע"מ לקבל את התוצאות המיוחלות.
כלומר הפרמטרים שצריכים להילקח בחשבון על ידי המפעיל הנם: התאמת חומר הגלם לפרמטר והתאמת
איכות הקרן לחיתוך שילוב של שניהם יארך זמן הגבוה בהרבה מאשר במחולל RF

איכות הקרן
איכות קרן הלייזר (צפיפות האנרגיה והתפלגות עקומת ההספק "Mode ") תלויה לא רק: בשיטת עירור קרן הלייזר אלה גם תלויה בתצורת מחולל קרן הלייזר שבעזרתה מקבלים קרן באיכות יוצאת מהכלל בשילוב עם הספק גבוה. כל זה ניתן להשגה כתוצאה מאחידות ויציבות של פריקת גז דרך שפורפרות קוורץ .
בקוטר קטן של שפורפרות הקוורץ אפשר לייצר מחוללים בהספקים של מעל 2000w.
איכות קרן לייזר המושגת עם מחולל מסוג RF בהחלט משובחת בהרבה בהשוואה למקבילה במחולל מסוג DC
וזה מתורגם למהירויות חיתוך גבוהות יותר וחימום נמוך יותר בחומר הגלם.

ויסות העוצמה ויכולת המיתוג (Pulsing Properties )
מתנד RF באיכויות גבוהות משתמש במתנד גביש מדויק מאוד. תדר ה- RF מווסת את ההספק הדרוש בשפורפרת המגבר כדי לייצר את קרן הלייזר. ע"י מיתוג של התדר הגבוה מקבלים יכולת בקרה על עצמת הספק הלייזר מ - %0 - ל %100 והמעבר מעצמה מינימלית לעוצמה מקסימלית הנה באלפית השניה. אין באופן מעשי כל שינוי במאפייני הקרן וכך מושגת אופטימיות בתוצאות החיתוך וזה מובטח בכל צורות ההפעלה.

עירור בשיטת ה - RF מאפשר ויסות של עוצמת הלייזר באמצעות טווח תדרים הנע בין 10 Hz-10KHz
באמצעות גל ארוך ורציף.
בעירור בשיטת ה -DC לעומת זאת ניתן להשיג מקסימום תדר Pulse של 2KHz .
מחוללי ה - RF מציעים יתרונות נוספים וחשובים בחיתוך ב - Pulse - על מחוללי ה DC כתוצאה מיכולת טעינה
גבוהה הקשורה בטווח התדרים שבהם המערכת פועלת.
המערכת מייצרת עצמת לייזר יציבה שאפשר לחזור אליה שוב ושוב גם במטלות בהן נדרשת עצמת לייזר קטנה מאוד לדוגמא בחדירה מהירה או בחיתוך מסובך.
במחולל מסוג DC ישנה מערכת החלפה של העצמה ( Switched-mode power supply )המסופקת ע "י
המחולל ועוצמת הלייזר ואיכות הקרן אינן סימטריות (ראה סכמה מספר 2 ). זוהי בעצם התפשרות נוספת
במערכת החסרונות של המחולל.
שרפת האלקטרודה ואי היציבות הבלתי מבוקרת של העיבוד בעוצמת Pulse גורם להוצאות תפעול גבוהות.

יציבות בכיוון הקרן
להשגת תוצאות חיתוך איכותיות וזהות בכל אפשרויות העיבוד ובכל נקודה בשטח העבודה מאפייני קרן הלייזר (התפלגות העצמה, כיוון התרחבות הקרן) חייבים להישאר אחידים.
מאפייני הפריקה חייבים להישאר ללא שינוי בכל צורות העיבוד בלייזר (עוצמה נמוכה או מקסימלית, גל ממושך או עבודה בצורת Pulse), לאורך התקופה.
פרמטרים של קרן לייזר יציבים ניתנים להשגה בצורה אידיאלית במחוללי RF - תודות לשחרור יציב ולאיכות
גבוהה ועקבית של המערכת האופטית.
בנוסף לאמור לעיל לגודל המחולל ולעיצובו ישנה השפעה על כיוון קרן הלייזר למרכז המראות והעדשה .
מחולל ה -RF קטן ומורכב על גוף המכונה עצמה.
הלייזר והמכונה מהווים יחידה מכנית אחת המחוברים זה לזה בחיבור חזק. תנועה של מלגזה ברצפת היצור לא
יגרום לאי כיוון קרן הלייזר.
במכונות בהן המחולל מורכב על גוף המכונה יכולה המכונה לסבול גם מצב של רעידת אדמה או תנודות
הנגרמות ממכונת ניקוב המותקנת ליד.
במכונות בהן המחולל מורכב מחוץ למכונה אמינות התפעול בתנאים שהוזכרו לעיל מוטלות בספק.
השפעות חום בחודשי הקיץ על מחולל קרן הלייזר המורכב על המכונה הנן אחידות למכונה ולמחולל.
במקרים בהם המחולל מורכב מחוץ למכונה ההשפעה אינה אחידה ולכן נדרש כיוון אופטיקה בחודשי הקיץ.

חיבור מחולל קרן הלייזר לגוף המכונה מקצר את זמן ההתקנה ומבטיח כי הכיול של המערכת זהה לכיול
המחמיר שבוצע אצל היצרן.
מחוללי DC מכוילים ברצפת הלקוח ולא בתנאי מעבדה במפעל היצרן.