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SLM激光加工系统与振镜加工系统两用光路案例分享

jf_64961214 来源:jf_64961214 作者:jf_64961214 2024-10-29 15:56 次阅读

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原有光路

01、实验背景

随着精密激光加工需求的增长,如何在现有振镜系统基础上增加空间光调制器(SLM)作为加工设备,搭建一套灵活的双模式光路系统——既能单独使用振镜系统,又能独立操作SLM系统,且在各自工况下互不干扰,这一切的关键就在于给光路加装“切换开关”。本文将介绍几种创新设计方案,探索如何在现有振镜光路中整合SLM光路,最终实现双模式加工的稳定、便捷切换。

02、光路改造

改造灵感大比拼

思路1:让SLM直接当镜子,光路不改

这招简单粗暴,把SLM直接当“镜子”反射激光,继续用振镜加工。这个方案的最大优点就是“平移光路,稳如磐石”,完全不需要其他改动。

激光器波长:515nm

重复频率:600khz

脉冲宽度:800fs

光斑:30-50um,高斯光

单脉冲能量:125uJ

然而,细节往往是关键所在——振镜加工所需的激光峰值功率密度远超出SLM的耐受阈值,导致SLM光路面临过高功率密度的问题。根据计算,即使将激光光斑扩展至SLM的最大照射直径(12mm),其峰值功率密度仍可达276.3MW/cm²,超过SLM能承受的上限(由于800nm以下的双光子吸收特性,SLM在30MW/cm²以上的功率密度无法承受),即便通过能量衰减方式将峰值功率降至27.63MW/cm²,虽然可保证SLM的安全使用,但会影响振镜系统的加工能量需求,严重影响加工效果。

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结果:直接PASS!

思路2:分家!两套光路,分头并进

如果SLM和振镜合不来,那就分个“家”吧!让激光一出来就分成两束:一路“直奔振镜”,另一路“转向SLM”。这听上去没毛病,但在空间紧张的光学平台上安排分束光路,结果只能是——拥挤!

这里我们想到一个“小妙招”:利用平台上“爬升光路”。在原平台上增加第二层面包板,把SLM光路安排到“空中一层”——腾出更多空间。尽管这招有效,但调节和后期维护麻烦,工程量也不小。

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结果:虽然可行,但操作繁琐。

思路3,共轴光路,翻转切换

说到“省空间、调光路”,共轴光路派上用场了。这里的关键设计是翻转镜和推拉镜,让SLM和振镜系统共用同一条光路!

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● 巧用翻转镜和推拉镜

将45度反射镜和翻转镜架组合在一起,在平台上布置45度反射镜,将光路偏转至共轴光路中。光路在进入SLM加工系统时,在SLM加工模式下,推入4f系统的透镜;切换至振镜模式时,移出4f透镜以形成原始光路。此设计有效实现了两种光路的无干扰切换。——一键切换,光路丝滑流畅!

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定制4f系统

4f系统的两个透镜焦距需根据SLM与振镜的距离提前设定,确保两者光路的匹配度。由于SLM加工光路共用振镜系统的一部分路径,4f系统的焦距配置需精准。若实际布置空间不足,可通过增加反射镜轻松延长4f的光路长度,从而更灵活地适应空间布局需求。

● 焦平面保护“法宝”

高能激光的焦平面能量密度极高,尤其在大功率加工时,容易对光学镜片造成损伤。因此,所有反射镜、透镜的摆放位置尽量避开焦平面位置,让光路既高效又安全。

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最终方案:切换自由的共轴光路!

基于上述思路,最终光路设计为:元件移入光路时进入SLM加工模式,移出光路时为振镜模式。此双模式光路的实现满足了实验需求,操作流畅、切换灵活,一次实验中就能轻松实现振镜和SLM单独使用的快速切换,真正做到“一键变身”。

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这样的光路改造小试验,最终为激光加工设备实现了“多功能切换”,不仅节省了设备空间,还提高了切换效率。如此灵活的方案让这台激光设备拥有了“魔术变身”的能力,你学到了吗?

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新品推荐!700W蓝宝石SLM

滨松引入了新型号700W蓝宝石SLM,通过独特的散热技术和蓝宝石加持,将LCOS的平均功率阈值从业界最高的200W以上一举飙升到了700W以上。实测功率密度超过3127W/cm2。搭载了这一技术的X15213-03CL在金属加工领域实现了LCOS的又一重大突破。

LCOS-SLM(空间光调制器)X15213 系列产品一览:

X15213系列提供广泛的产品阵容,以满足各种波长的需求。所有类型都配备一个具有抗反射涂层的玻璃基板和一个带有振镜的CMOS芯片

推荐光束直径 (1/e2) 为8mm或以上。

●铝镜型 (-01/-07/-08)

铝镜型利用了 CMOS 芯片上铝电极的反射,具有较宽的反射波段,因此适用于较广的波长范围。

●介电多层镜型 (-02/-03/-05/-12/-13/-15/-16/-19)

介电多层镜型的 CMOS 芯片表面上具有专门设计的介电多层膜,可支持各种波长的激光光源。与铝镜型相比,介质镜实现的反射率越高,内部吸收率就越低。可实现高光利用率。

●水冷型 (-02L/-02R/-03L/-03R/-03BL/-03BR/-12L/-12R/-15L/-15R/-16L/-16R/-19L/-19R)

介电多层镜型的灯头具有内置水冷散热器,可抑制激光辐照引起的升温,并实现高功率处理能力。

●蓝宝石型 (-03CR/-03CL)

除了水冷散热器外,蓝宝石玻璃还用于玻璃基板。因此,散热效率得以改进,功率处理能力超过700W。

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审核编辑 黄宇

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