SLS技术能量来源—CO2激光器的故事!

公司产品 | 2018-12-24 07:16

上个周末小编携家人观赏了首次全球中国最先上映的英雄电影《海王》,其中有个反派的强大武器,引起了小侄子的兴趣。

“为什么强大的海王叔叔还害怕苍蝇头冒出的红光呢?”水电路低配海王你舅舅徐叔叔,今天就仔细讲讲以CO2激光器为代表激光器的故事吧。

首先为什么不是冒蓝火、哒哒哒的加特灵呢?这是由于激光器的波长所决定的。光的波长,通常决定光的颜色。常见激光器如:氦氖激光器:最重要的红光放射源(632.8 nm),二氧化碳激光器:波长约10.6 μm(红外线)都是重要的工业激光。很有可能反派苍蝇头就是使用这两种激光器之一呢(如果你天赋异禀,CO2激光器虽然常人看不见,但特别的你看到冒出光也应该是个红色。)

好了言归正传,1964年发明的CO2激光器实际上一种用途广泛的工业激光来源。它主要有这几个优点:

1、效率高

2、既能连续又能脉冲发射

3、光束质量好

4、功率范围大(几瓦之几万瓦)

所以它适合很多场景的使用,比如:

军事领域:战斧(Tomahawk)改型巡航导弹就使用了CO2激光相干成像雷达;

工业领域:高功率激光切割设备、激光烧结增材制造(SLS)、激光熔融增材制造(SLM);

医疗:由于水在二氧化碳激光器的发光频率极容易挥发,因此也常常被用来做激光嫩肤,磨皮等激光手术。

那么,它的原理是什么呢?

它的原理比较复杂,选择二氧化碳分子主要是二氧化碳分子内有3种运动,电子运动、原子振动、分子转动。这主要是CO2分子是线性对称分子,且来源比较方便。

CO2分子为线性对称排列的三原子分子,三个原子排列成一条直线(分子轴),中间是碳原子,两端是氧原子,分子里的各原子始终运动着,要绕其平衡位置不停地振动。根据分子振动理论,CO2有三种不同的振动方式:①二个氧原子沿分子轴,向相反方向振动,即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值,而此时分子中的碳原子静止不动,因而其振动被叫做对称振动。②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动,且振动方向相同,而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。由于三个原子的振动是同步的,又称为变形振动。②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动,且振动方向相同,而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。由于三个原子的振动是同步的,又称为变形振动。

激发原理是:放电管中,输入几十毫安或几百毫安的直流电,放电是,混合气体的氮气收到电子撞击激发起来,激发的氮分子和二氧化碳分子碰撞,氮分子把自己能量传递给二氧化碳分子,二氧化碳的从低能级跃迁到高能,形成粒子数反转从而发生激光。

所以,这一过程会产生热量,CO2激光器通常使用水冷、风冷来保持相对工作稳定。但传统CO2激光器需要一定时间就要维护,比较麻烦,像使用长效免维护的TPM3D的SLS机型就很有竞争力了。

这主要是使用了陶瓷结构,和其他激光器是基于70年代的有的经典铝制挤压或机加工保护体相比:陶瓷体减少了金属管激光器的金属和气体反应高的问题。随着时间推移,部分内部器件磨损,导致金属管的一部分应为摩擦暴露出来,激光气体中的游离氧和金属发生氧化反应,改变了混合气构成,同时这种设计多采用o型密封圈隔绝内外环境,无法避免外部空气和水分渗入激光管中,进一步危害混合气体的成分。由于陶瓷实际上氧化铝,不会和氧气发生反应从而避免这种问题的出现,另外陶瓷的热膨胀系数只有铝的三分之一,这样激光器的热变化影响激光稳定性的这个影响因素也大大降低。同时陶瓷管还可以和高压气体一同工作,提供更好的输出和功率稳定性。

激光器使用的陶瓷管和在陶瓷管外侧的电极大大延长使用寿命

本大喵说完之后,看到小侄子一脸崇拜(懵),看着我,他说:“做坏人有点难,我还是做好人吧。”我心中自豪感油然而生,看我又拯救了祖国的花朵,让侄子有了奋斗的目标,让他们成为社会有用的人,深藏了功与名,一边啃着皇家狗粮的我,心里美滋滋哒。刹那间,头上冒出了成就“滋嗨汪”。汪得佛(wonderful)、奈斯(nice)