مشخصه‌ها و پارامترهای مهم لیزر

لیزرها (Laser = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) دستگاه‌هایی هستند که پرتوی متمرکز از نور تولید می‌کنند. برای درک عملکرد و کیفیت یک لیزر، باید با مشخصات و پارامترهای کلیدی آن آشنا باشیم. در ادامه مهم‌ترین پارامترهای لیزر را معرفی می‌کنم:

1- توان خروجی لیزر چیست؟

توان خروجی (Output Power) یکی از مهم‌ترین پارامترهای لیزر محسوب می‌شود، چون مستقیماً روی قدرت برش، عمق حکاکی، سرعت پردازش و نوع مواد قابل استفاده تأثیر دارد.

توان خروجی یعنی مقدار انرژی نوری که لیزر در یک ثانیه به بیرون می‌فرستد. این انرژی معمولاً با وات (W) یا میلی‌وات (mW) بیان می‌شود.

• 1000 میلی‌وات = 1 وات
• مثلاً یک لیزر 40 وات، در هر ثانیه 40 ژول انرژی نوری تولید می‌کند.

چرا توان خروجی مهم است؟

تأثیر روی قدرت برش

• هرچه توان بالاتر باشد، عمق نفوذ لیزر بیشتر می‌شود.
• مثلاً:
  • لیزر 5 وات دیودی برای حکاکی روی چوب مناسب است.
  • لیزر 160 وات دیودی برای برش چوب سه میل مناسب است.
  • لیزر CO2 با 100 وات می‌تواند تخته‌های چوبی تا 10 میلی‌متر را برش دهد.

سرعت اجرای لیزر

• با توان بالاتر، دستگاه می‌تواند با سرعت بیشتر کار کند، بدون اینکه کیفیت افت کند.
• در پروژه‌های صنعتی که تولید انبوه داریم، این موضوع خیلی مهمه.

توان خروجی لیزر را با چه وسیله ای اندازه میگیرند

پاور متر لیزر

2-  طول موج لیزر چیست؟

یکی از مشخصه‌ها مهم لیزر طول موج لیزر است . طول موج در لیزر، به فاصله بین دو قله‌ی متوالی از نور لیزر گفته می‌شود و معمولاً با واحد نانومتر (nm) اندازه‌گیری می‌شود. این عدد، تعیین‌کننده رنگ نور لیزر و نحوه‌ی تعامل آن با مواد مختلف است. به بیان ساده‌تر، هر طول موجی با مواد خاصی بهتر جذب یا عبور داده می‌شود و همین باعث تفاوت عملکرد لیزرها در صنایع مختلف می‌شود.

چرا طول موج مهم است؟

مهم‌ترین دلیل اهمیت طول موج این است که هر ماده‌ای در برابر طول موج خاصی از نور، رفتار متفاوتی نشان می‌دهد. به عنوان مثال:

• چوب و پارچه نور لیزر CO2 با طول موج ۱۰۶۰۰ نانومتر را خیلی خوب جذب می‌کنند، برای همین این لیزرها برای برش و حکاکی این مواد عالی‌اند.
• اما همین طول موج روی فلزات تقریبا بی‌اثر است، چون بیشتر انرژی را بازتاب می‌دهند.
• در عوض، فلزات به خوبی به لیزر فایبر با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر پاسخ می‌دهند، چون این طول موج بهتر در فلز نفوذ می‌کند.

طول موج لیزر

اگر میخواهید با لیزر های مختلف بیشتر آشنا شوید پست راهنمای کامل لیزر برش و حکاکی را بخوانید .

تفاوت عملکردی در اثر طول موج

حتی اگر دو لیزر توان برابری داشته باشند، اگر طول موجشان متفاوت باشد، ممکن است عملکرد کاملاً متفاوتی از خود نشان دهند. به عنوان مثال، لیزر دیودی 20 وات با طول موج 450 نانومتر، روی فلز اصلاً تأثیر ندارد، اما لیزر فایبر 20 وات با 1064 نانومتر می‌تواند روی فولاد و آلومینیوم حکاکی انجام دهد. دلیلش این است که نور آبی (450nm) توسط فلز بازتاب داده می‌شود ولی مادون‌قرمز (1064nm) جذب می‌شود.

جدول طول موج ‌ها و رنگ لیزرهای دیودی

طول موج لیزر را با چه وسیله ای اندازه گیری میکنند

برای اندازه‌گیری طول موج لیزر از دستگاهی به نام اسپکترو متر (Spectrometer) یا آنالایزر طیفی (Wavelength Meter) استفاده می‌شود. این دستگاه نور خروجی لیزر را تجزیه می‌کند و با تحلیل ترکیب طیفی آن، طول موج دقیق پرتوی لیزر را (معمولاً با دقت نانومتر) نمایش می‌دهد. اسپکترو‌مترها در آزمایشگاه‌ها، تحقیقات نوری و کالیبراسیون دقیق دستگاه‌های لیزر استفاده می‌شوند و می‌توانند تعیین کنند که لیزر واقعاً در چه طول موجی کار می‌کند، مخصوصاً در شرایطی که تنظیم یا نوع لیزر مشکوک باشد یا نیاز به دقت بالا وجود داشته باشد.

3- مد کاری

پارامتر مد کاری (Operation Mode) یکی از مشخصه‌های مهم عملکرد لیزر است و تعیین می‌کند که لیزر چگونه و با چه الگویی نور تولید کند. این ویژگی تأثیر زیادی روی کیفیت حکاکی، سرعت، عمق برش و حتی انتخاب نوع لیزر برای کار خاص دارد. مد کاری یعنی نحوه روشن و خاموش شدن پرتوی لیزر در طول زمان. به‌طور کلی، لیزرها در دو نوع مد کاری اصلی تولید می‌شوند:

مد پالسی (Pulsed Mode)

در مد پالسی ، لیزر به‌جای اینکه به‌صورت مداوم روشن باشد، به شکل پالس‌های بسیار سریع و منقطع کار می‌کند. یعنی پرتو لیزر به ‌صورت پشت ‌سر‌هم روشن و خاموش می‌شود، اما در هر پالس، انرژی بالایی به سطح ماده منتقل می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که حرارت خیلی متمرکز و کنترل ‌شده‌ای ایجاد شود، بدون اینکه به اطراف آسیب برساند .

این نوع مد برای حکاکی دقیق روی فلزات، پلاستیک‌های حساس یا حتی شیشه بسیار مناسب است. به‌ ویژه در لیزرهای از مد پالسی برای ایجاد جزئیات ریز، کنتراست بالا و حتی حکاکی رنگی استفاده می‌شود..

مد پیوسته (Continuous Wave یا CW)

در مد پیوسته، پرتو لیزر به‌صورت دائم و یکنواخت تولید می‌شود و بدون قطع شدن روی سطح ماده تابیده می‌شود. این نوع تابش باعث ایجاد حرارت پیوسته و ثابت می‌شود، که برای برش سریع یا حکاکی‌های سطحی و بزرگ بسیار کارآمد است.

مد پیوسته بیشتر در لیزرهای co2 و دیود استفاده می‌شود و برای برش موادی مانند چوب ، چرم ، نمد ، پارچه یا آکریلیک مناسب است . در این حالت ، دستگاه می‌تواند با سرعت بالا و قدرت مداوم، قطعه ‌کار را پردازش کند ، اما دقت نهایی ممکن است نسبت به مد پالسی کمی کمتر باشد، مخصوصاً در جزئیات خیلی ریز.

4- کیفیت پرتوی لیزر

کیفیت پرتوی لیزر به این معناست که پرتوی خروجی لیزر چقدر دقیق و متمرکز است و تا چه حد به یک پرتو ایده‌آل (Gaussian Beam) نزدیک است. این کیفیت با شاخصی به نام M² (ام به توان دو) اندازه‌گیری می‌شود. اگر عدد M² برابر با ۱ باشد، یعنی پرتو از نظر فیزیکی در بهترین حالت ممکن قرار دارد و می‌تواند روی نقطه‌ای بسیار کوچک متمرکز شود. هر چه این عدد بالاتر برود، پرتو لیزر پخش‌تر می‌شود و دقت و قدرت تمرکز آن کاهش می‌یابد.

این ویژگی در کاربردهای دقیق مثل حکاکی‌های ظریف، برش با لبه‌های تمیز یا کار روی فلزات حساس اهمیت زیادی دارد. برای مثال، لیزرهایی مثل فایبر مارکینگ که M² نزدیک به ۱ دارند، می‌توانند خطوطی بسیار باریک و دقیق روی فلز ایجاد کنند. در مقابل، لیزرهای دیودی یا CO2 ارزان‌تر معمولاً M² بالاتری دارند و در برش پارچه یا چوب ، چرم عملکرد عالی دارند .

لیزر هایی که در فروشگاه لیزر جی کد موجود هستن همگی دارای نقطه فوکوس باریکی هستن که کیفیت برش بالا را تضمین میکند .

5- طول عمر لیزر

طول عمر لیزر به مدت زمانی گفته می‌شود که یک لیزر می‌تواند به‌صورت مؤثر و با حفظ عملکرد اولیه کار کند، قبل از اینکه توان خروجی آن کاهش یابد یا نیاز به تعویض پیدا کند. این مقدار معمولاً برحسب ساعت کارکرد (Hours) بیان می‌شود و بسته به نوع لیزر، شرایط استفاده، و کیفیت ساخت آن می‌تواند از چند هزار تا بیش از صد هزار ساعت متغیر باشد.

برای مثال، لیزرهای دیودی معمولاً طول عمری بین ۵,۰۰۰ تا ۲۰,۰۰۰ ساعت دارند، بسته به اینکه با چه توان و چه شدت کاری استفاده شوند. لیزرهای CO2 با تیوب شیشه‌ ای بین ۳,۰۰۰ تا ۱۰,۰۰۰ ساعت عمر می‌کنند. در مقابل، لیزرهای فایبر از بالاترین طول عمر برخوردارند و اغلب بیش از ۱۰۰,۰۰۰ ساعت دوام دارند، به همین دلیل در صنایع حرفه‌ای و تولید انبوه کاربرد گسترده‌ای دارند.

طول عمر واقعی لیزر به فاکتورهایی مثل خنک‌کاری مناسب، تمیزی لنزها، ولتاژ ورودی، محیط کاری (گرد و غبار، دما)، و استفاده درست از دستگاه بستگی دارد. مراقبت مناسب می‌تونه طول عمر عملی دستگاه رو افزایش بده و از افت توان یا خرابی زودرس جلوگیری کنه.

طول عمر لیزر

6- سرعت اسکن یا حرکت هد

هد گالوو

سرعت اسکن یا حرکت هد (Scan Speed / Head Speed) به سرعتی گفته می‌شود که سَر لیزر روی سطح کار حرکت می‌کند تا عملیات برش یا حکاکی انجام شود. این سرعت معمولاً با واحد میلی‌متر بر ثانیه (mm/s) یا میلی‌متر بر دقیقه (mm/min) اندازه‌گیری می‌شود و یکی از عوامل اصلی تعیین‌کننده کیفیت، سرعت و دقت خروجی نهایی است. در دستگاه‌های گالوو (مانند لیزرهای فایبر مارکینگ)، به آن سرعت اسکن گفته می‌شود، اما در دستگاه‌های CNC محور‌دار مثل CO2، بیشتر با عنوان سرعت هد شناخته می‌شود.

سرعت بالاتر باعث می‌شود پروژه سریع‌تر انجام شود، اما اگر توان لیزر کافی نباشد یا سرعت بیش از حد تنظیم شود، عمق حکاکی کم یا برش ناقص ایجاد خواهد شد. برعکس، در سرعت‌های پایین‌تر، پرتو لیزر زمان بیشتری روی یک نقطه متمرکز می‌ماند و در نتیجه عمق برش یا شدت حکاکی بیشتر می‌شود. بنابراین، همیشه باید بین سرعت و توان، تعادل مناسبی برقرار شود تا نتیجه مطلوب حاصل شود.

برای مثال، در لیزرهای دیودی معمولاً سرعت حرکت هد بین 100 تا 1000 mm/min تنظیم می‌شود، درحالی‌که لیزرهای فایبر مارکینگ می‌توانند با سرعت اسکن تا 5000 mm/s یا بیشتر کار کنند. انتخاب سرعت مناسب، به نوع متریال، طرح، توان لیزر و حتی نوع لنز فوکوس هم بستگی دارد. تنظیم نادرست سرعت ممکن است باعث دود زیاد، سوختگی لبه‌ها یا افت کیفیت در جزئیات طرح شود.